Estudio de Olas Sobre Estructuras Costeras en Carmen Del Parana

7/21/2019 Estudio de Olas Sobre Estructuras Costeras en Carmen Del Parana

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ESTUDIO DE LOS EFECTOS DE OLAS SOBREESTRUCTURAS EN CARMEN DEL PARAN

MTODO DEL SHORE PROTECTION MANUAL (SPM)

INFORME

OCTUBRE DE 2001


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ESTUDIO DE LOS EFECTOS DE OLAS SOBREESTRUCTURAS EN CARMEN DEL PARAN

INDICE

1. INTRODUCCIN

2. REFERENCIAS Y ESTUDIOS ANTERIORES

3. DETERMINACIN DEL ESFUERZO DEBIDO AL VIENTO (UA)

4. CARACTERSTICAS DEL EMBALSE INFLUYENTES EN EL CLCULO

5. CLCULO DE LAS ALTURAS DE OLA EN AGUAS PROFUNDAS

6. CLCULO DE LAS ALTURAS DE OLA EN AGUAS RASAS

7. PROPAGACIN DE LA OLA Y TREPADA AL PI DEL TALUD

8. DISEO DE LA PROTECCIN DE LOS TALUDES

9. DISEO DE LAS PLAYAS

ANEXOS

N DescripcinAnexo 1 Planta de localizacin del estudio y esquema de los fetchs incidentes

Anexo 2 Esquema de longitudes y profundidad media de los fetchs en el embalse

Anexo 3 Vientos en Posadas -Tabla de clasificacin - Rosa de Frecuencia Media

Anexo 4 Diagrama de Intensidad-Duracin-Recurrencia, cuadrantes N, S, E y SE

Anexo 5 Diseo de las playas

Anexo 6 7 - 8 Curvas de correccin del viento

Anexo 9 -10 Nomogramas de prediccin de altura de ola

Anexo 11 Esquema de olas rompientes y perfil del fondoAnexo 12 Indice de altura de rotura versus Esbeltez de ola de aguas profundas

Anexo 13 Profundidad adimensional de rotura versus esbeltez de rotura

Anexo 14 Relacin de sobre-elevacin versus Esbeltez de rotura

Anexo 15 Valores de y versus Esbeltez de rotura

Anexo 16 Altura Adimensional de Ola Rompiente versus Esbeltez relativa

Anexo 17 Run-up y Run-down en Rip-rap graduado versus esbeltez de aguas profundas


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ESTUDIO DE LOS EFECTOS DE LAS OLAS

SOBRE ESTRUCTURAS EN CARMEN DEL PARAN

1. INTRODUCCIN

El presente estudio tiene el objetivo de verificar la estabilidad de algunas estructuras

costeras en el distrito de Carmen del Paran, tales como los taludes de Ruta 1 (a serrelocalizada debido a su afectacin por el embalse de Yacyret en la cota 83 m), ascomo los taludes de la Avenida Costanera de la Ciudad de Carmen del Paran y lasplayas adyacentes a la misma, en el marco del proyecto de tratamiento costero de laciudad (ver Anexo 1).

2. REFERENCIAS y ESTUDIOS ANTERIORES

Estudios anteriores sobre vientos en la zona del embalse, altura de ola y trepada deola, fueron abordados por CIDY en el Informe de Diseo:

Estructura: Presas Tema: Vientos y Olas en el Embalse,Nro.1-10-4-016- B/R2, Marzo 1984 (Ref-1).

Este informe trata la cuestin de las olas en relacin a las estructuras de la presaprincipal y las presas laterales de ambas mrgenes, considerando vientos dedireccin Sur, Este y Norte, adems del octante Este (SE), por ser estas direccioneslas de mayor incidencia en las estructuras mencionadas.

La estacin meteorolgica seleccionada fue la del Aeropuerto de Posadas, por tener

los registros ms extensos y completos de la regin. La estacin posee la muyimportante informacin sobre direccin, intensidad y duracin de los vientos.El perodo considerado abarca desde 1961 a 1980 (a nivel diario).

La Tabla 1 (Anexo 3) muestra las frecuencias de vientos por rumbos e intensidades,especificando la velocidad de pico (VP). En esta tabla se observa que los vientosms intensos rotan desde el SO hasta el E, y ellos estn asociados principalmente ala entrada de frentes fros. La tabla presenta tambin los porcentajes por intervalosde velocidades y rumbos, as como un promedio de los eventos por rumbos, dondelos mayores valores (en orden decreciente) corresponden a los cuadrantes S, SE, Ny NE (Rosa de vientos en Anexo 3).

Esta informacin es apenas ilustrativa y no proporciona datos para el clculo, por locual en el estudio se ha hecho la proyeccin probabilstica de los valores mximosanuales de duracin de vientos para varios niveles de velocidad, mediante la funcinde densidad de probabilidad de Pearson III.La figura del Anexo 4, muestra el diagrama de Intensidad-Duracin-Recurrenciapara los cuadrantes Norte, Sur, Sur-Este y Este, graficado de acuerdo a los valorescalculados en la Ref-1. Estos son los cuadrantes de mayor incidencia.En el cuadrante Sureste y Este se observan los mximos valores de duracin paralas velocidades mayores, caracterizado por la mayor esbeltez de la recta de ajustelineal, seguido por el cuadrante Sur, y por ltimo el cuadrante Norte, que tiene

escasa incidencia en este proyecto.


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Las tablas y diagramas mencionados arriba no han podido ser actualizados con lainformacin del perodo 1981-2000 debido a no estar disponibles en tiempo para suprocesamiento, por lo que el presente estudio aplicar los mismos datos con laslongitudes de los fetch incidentes sobre las obras proyectadas en Carmen delParan.

El mtodo empleado en este estudio est desarrollado en la obra:

Shore Protection Manual, (SPM / Vol 1 y 2 / 1984) del Coastal EngineeringResearch Center (CERC), del USA Corps of Engineers (USACE), (Ref-2).

3. DETERMINACIN DEL ESFUERZO DEBIDO AL VIENTO (UA)

Estando disponibles los diagramas de Intensidad-Duracin-Recurrencia aplicables alrea del embalse, se ensayarn varias velocidades con sus correspondientesduraciones, actuando sobre los fetchs diseados (Anexo 1 y Anexo 2),considerando las direcciones de mxima longitud, vientos ms intensos y duraderos.

Los vientos intensos son de corta duracin, mientras que los ms duraderos y msfrecuentes son de menor intensidad. La combinacin de duracin, intensidad ylongitud de fetch determinar la condicin ms crtica para la formacin de olasextremas. En este estudio se ensayan las velocidades de 120, 100, 80 y 60 km/hpara una recurrencia Tr = 100 aos.La siguiente tabla ilustra las duraciones esperadas para estas velocidades de picodel viento, obtenidas del diagrama de Intensidad Duracin - Recurrencia (Anexo4), correspondiente a los cuadrantes mencionados anteriormente.

Tabla 3- SUR: Duraciones para varias velocidades en proyeccin de 100 aos

VP (km/h) VP (m/s) Duracin (hora-min)

120 33.3 13 min100 27.8 37 min80 22.2 1 h 42 min60 16.7 4 h 54 min

Tabla 3- S E: Duraciones para varias velocidades en proyeccin de 100 aos

VP

(km/h) VP

(m/s) Duracin (hora-min)

120 33.3 30 min100 27.8 1 h 45 min80 22.2 2 h 15 min60 16.7 5 h 15 min

Tabla 3- NORTE : Duraciones para varias velocidades en proyeccin de 100 aos

VP (km/h) VP (m/s) Duracin (hora-min)

80 22.2 0 h 42 min60 16.7 2 h 36 min

Ahora bien, para entrar en el mtodo de clculo del SPM es necesario realizar unaserie de correcciones y homogeneizacin de los valores de velocidad del viento.


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3.1 Correccin por estabilidadCuando se produce la entrada de un frente fro, se estima que la temperaturadel aire bajar rpidamente, mientras que la temperatura del agua tendr ciertainercia manteniendo por ms tiempo temperaturas clidas correspondientes alpredominio precedente de masas de aire clido, resultando en un diferencial de

temperatura ( Ta Ts ) que puede ser estimado en (-10grados Celsius).De acuerdo a las curvas de correccin, se obtiene el factor RT= 1.17( Fig. 3-14 del Anexo 6 - Pag. 3-31 del SPM-Vol 1)

3.2 Correccin por elevacin de la estacin meteorolgicaAplicando la siguiente expresin para Z = 11 m:

UA = Uo ( 10 / z )1/7

= Uo . RE

RE = ( 10 / 11 )1/7

= 0.99

3.3 Tabla 3-3 : Correccin por localizacinDebida al traslado de vientos terrestres sobre el agua.( Fig. 3-15 del Anexo 6 - Pag. 3-31 del SPM-Vol 1)

VP (km/h) VP (m/s) RL120 33.3 0.9100 27.8 0.980 22.2 0.960 16.7 1.0

3.4 Correccin del Viento Pico

Aplicando los coeficiente de correccin calculados arriba, se obtienen los

valores del viento pico corregidos ( Vt) :

VP (km/h) VP (m/s) RT RE RL Vt (m/s)120 33.3 1.17 0.99 0.9 34.7100 27.8 1.17 0.99 0.9 29.080 22.2 1.17 0.99 0.9 23.1

60 16.7 1.17 1.00 1.0 19.3

3.5 Ajuste por duracin (homogeneizacin a viento de 1 hora de duracin) : V1hLas velocidades del viento son reportadas como viento pico, o sea la mximavelocidad observada, la cual ocurre en un corto lapso de tiempo. Por esta

razn, la Vt (m/s) no debe ser usada tal cual es para la generacin de ola, sinoque debe ser modificada a una velocidad promedio dependiente del tiempo,usando el siquiente procedimiento:

Tiempo necesario recorrer 1 milla: t1 mile = 1609 m / Vt (m/s)

Las Figuras 3-12 del Anexo 7 y 3-13 del Anexo 8 - Pag. 3-28 y 3-29 del SPM-Vol 1, permiten encontrar el coeficiente de conversin para vientos de cualquier


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duracin:

VP (km/h) Vt (m/s) t1 mile(seg) Vt / V1h V1h (m/s)

120 34.7 46.4 1.275 27.2100 29.0 55.5 1.255 23.180 23.1 69.7 1.225 18.960 19.3 83.4 1.210 16.0

3.6 Clculo del esfuerzo debido al viento UA

Las frmulas y nomogramas para el clculo de crecimiento de olas estnexpresadas en trminos de la velocidad de corte, calculada por la expresin:

UA = 0.71 ( V1h )1.23

VP (km/h) Vt (m/s) V1h (m/s) UA (m/s)120 34.7 27.2 41.3100 29.0 23.1 33.880 23.1 18.9 26.460 19.3 16.0 21.5

4. CARACTERSTICAS DEL EMBALSE INFLUYENTES EN EL CLCULO

Profundidad del embalse

La accin elica generadora de olas es limitada en el caso de masas de agua dereducida profundidad, porque parte de la energa del viento transmitida al agua seconsume en vencer la friccin con el fondo. En la figura del Anexo 6 aparece unesquema de las profundidades medias en el embalse, las longitudes de fetch y lasprofundidades al pi de las estructuras sometidas al oleaje.

Longitudes de fetchEl fetch es la distancia sobre la superficie del embalse que recorre un viento dedeterminada direccin. Existe tambin el concepto de fetch efectivo, el cual es unvalor promedio de las longitudes medidas en un haz desde el punto de estudio deola. El SPM no recomienda la aplicacin obligatoria de este concepto por lo cual

los clculos se realizarn con las longitudes brutas (Anexo 2).El fetch mximo para los locales estudiados incide sobre la proteccin costera surde Carmen del Paran, con un rumbo de 215 (S SO) y tiene una longitud de 50km. Tambin inciden sobre esta costa un fetch de 13 km desde el Sur, y otro deaproximadamente 12 km, desde el Sureste. Sobre la costa norte incide un fetchde 2 km , orientado al Norte.Para las obras de relocalizacin de la Ruta 1 (terrapln lado sur), existe un fetchnico que tiene un rumbo de 195 (sur-suroeste) y longitud de 25 km, y un fetchde 5 km orientado al noreste, incidiendo sobre el terrapln del lado norte.


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Tabla 4: caractersticas del embalse en relacin a los locales en estudio

Talud Sur de la Ruta I Talud de la proteccin costerade Carmen del Paran

Rumbo Longituddel Fetch

(km)

ProfundidadMedia

(m)

Pendientedel talud

m

Longituddel Fetch

(km)

Prof.Media

(m)

MenorPendiente

del fondom

MayorPendiente

del fondom

Sureste Obs. - - 12 12 0.020 0.042Sur 22 12 0.500 13 12 0.020 0.042

Suroeste 25 12 0.500 50 12 0.020 0.042Norte 5 6 0.500 2 6 0.020

Obs: local protegido por la pennsula de la Ciudad de Carmen del Paran.

5. CLCULO DE ALTURA DE OLA EN AGUAS PROFUNDAS : Ho

Para la estimacin de la altura de ola causada por efecto del viento sobre el embalsese utilizar el mtodo SMB (Sverdrup-Munk-Bretschneider), segn es detallado en elShore Protection Manual (SPM) del Coastal Engineering Research Center(ref. 2).

La magnitud calculada empricamente es la altura significativa de ola Ho, definidacomo el promedio del tercio superior del tren de ondas generadas por el viento (sinefecto de refraccin).

Entrando en el nomograma 3-23 del Anexo 9 - Pg. 3-49 del SPM (curvas deprediccin de olas significativas para aguas profundas, en funcin de la longitud delfetch, velocidad y duracin del viento), obtenemos los valores de las tablas siguientes:

Tabla 5.1 SUR : para longitud limitada del fetch( entrando en el nomograma 3-23 del Anexo 9, con UA y fetch )

Velocidad del Viento Fetch de 25km Fetch de 50kmVP (km/h) UA

(m/s)t (h-min) Ho(m) T (seg) t (h-min) Ho(m) T (seg)

120 41.3 2 h 15 3.3 6.2 3 h 30 4.6 8.5100 33.8 2 h 20 2.7 5.8 3 h 45 3.7 7.480 26.4 2 h 30 2.1 5.4 4 h 00 3.0 6.860 21.5 2 h 45 1.7 5.0 4 h 20 2.4 6.4

Tabla 5.2 SURESTE : para longitud limitada del fetch( entrando en el nomograma 3-23 del Anexo 9, con UA y fetch )

Velocidad del Viento Fetch de 13km

VP (km/h) UA(m/s)

t (h-min) Ho(m) T (seg)

120 41.3 1 h 25 2.35 5.0100 33.8 1 h 35 1.95 4.8

80 26.4 1 h 45 1.55 4.460 21.5 1 h 48 1.25 4.2


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Tabla 5.3 NORTE : para longitud limitada del fetch( entrando en el nomograma 3-23 del Anexo 9, con UA y fetch )

Velocidad del Viento Fetch de 2km Fetch de 5kmVP (km/h) UA

(m/s)t (h-min) Ho(m) T (seg) t (h-min) Ho(m) T (seg)

80 26.4 0 h 27 0.78 2.5 0 h 45 1.20 3.460 21.5 0 h 30 0.50 2.2 0 h 55 0.80 3.0

Tabla 5.4 SUR : para duracin limitada del viento( entrando en el nomograma 3-23 con UA y t (h-min))

Velocidad del Viento

VP (km/h) UA (m/s) t (h-min)Ho(m)

T (seg)

Fetch mnimo(km)

120 41.3 0 h 13 0.70 2.2 1 (aprox)100 33.8 0 h 37 0.95 3.0 3.380 26.4 1 h 42 1.55 4.5 1360 21.5 4 h 54 2.50 6.7 53

Tabla 5-5 SURESTE : para duracin limitada del viento( entrando en el nomograma 3-23 con UA y t (h-min))

Velocidad del VientoVP (km/h) UA (m/s) t (h-min)Ho(m) T (seg)

Fetch mnimo(km)

120 41.3 30 min 1.10 3.0 2.7100 33.8 1 h 45 min 2.10 5.0 1580 26.4 2 h 15 min 1.88 5.2 2060 21.5 5 h 15 min 2.75 7.0 66

Tabla 5-6 NORTE : para duracin limitada del viento

( entrando en el nomograma 3-23 con UA y t (h-min))

Velocidad del Viento

VP (km/h) UA (m/s) t (h-min)Ho(m) T (seg)

Fetch mnimo

(km)80 26.4 0 h 42 min 0.85 2.9 3.560 21.5 2 h 36 min 1.60 4.8 22.0


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Tabla 5-7 SUR : valores adoptados para aguas profundas( considerando las duraciones y fetch reales )

Velocidad Viento Fetch de 25km Fetch de 50kmVP

(km/h)

UA (m/s)Duracint (h-min) Ho

(m)

T

(seg)

CrecimientoLimitado por

Ho

(m)

T

(seg)


120 41.3 0 h 13 0.70 2.2 Duracin 0.70 2.2 duracin100 33.8 0 h 37 0.95 3.0 Duracin 0.95 3.0 duracin80 26.4 1 h 42 1.55 4.5 Duracin 1.55 4.5 duracin60 21.5 4 h 54 1.7 5.0 Fetch 2.40 6.4 fetch

De la tabla 5-7 SUR puede comentarse que las duraciones de viento para lasvelocidades entre 80 y 120 km/h, obtenidas del diagrama de proyeccin I-D-R (Anexo4) correspondiente al cuadrante SUR, son insuficientes para desarrollar plenamente laaltura de ola potencial que corresponde al fetch considerado.Consecuentemente, el desarrollo de las alturas de olas est limitado por la duracindel viento.

La gran duracin del viento correspondiente a la velocidad de 60 km/h (4h 54), esmayor que la duracin mnima requerida para desarrollar suficientemente las olascorrespondientes al fetch considerado. En el caso del fetch de 25 km la ola llegara auna altura de 1.7 m , mientras que para 50 km llegara a una altura de 2.4 m, siendoque en ambos casos el desarrollo est limitado por las longitudes del fetch (25 km y 50km), que son inferiores al fetch mnimo (53 km).

Tabla 5-8 SURESTE : valores adoptados para aguas profundas( considerando las duraciones y fetch reales )

Velocidad Viento Fetch de 13km

VP(km/h)

UA (m/s)Duracint (h-min) Ho

(m)T

(seg)


120 41.3 30 min 1.10 3.0 Duracin100 33.8 1 h 45 1.95 4.8 Fetch80 26.4 2 h 15 1.55 4.4 Fetch60 21.5 5 h 15 1.25 4.2 Fetch

De la tabla 5-8 SURESTE puede comentarse que la duracin del viento para lavelocidad de 120 km/h, obtenidas del diagrama de proyeccin I-D-R (Anexo 4)correspondiente al cuadrante S E, es insuficiente para desarrollar plenamente la alturade ola potencial que corresponde al fetch considerado de 13 km. Consecuentemente,el desarrollo de las alturas de olas est limitado por la duracin del viento.

Para las velocidades inferiores a 120 km/h ( 100 80 y 60 ) los fetchs mnimosrequeridos para duracin ilimitada del viento son mayores que el fetch real.Consecuentemente para estas tres velocidades, la altura de ola de aguas profundasestar limitada por la longitud del fetch.


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Tabla 5-9 NORTE : valores adoptados para aguas profundas( considerando las duraciones y fetch reales )

Velocidad Viento Fetch de 2km Fetch de 5kmVP

(km/h)UA (m/s)

Duracint (h-min) Ho

(m)T

(seg)


Ho(m)

T(seg)


80 26.4 0 h 42 0.78 2.5 fetch 1.20 3.4 fetch60 21.5 2 h 36 0.50 2.2 fetch 0.80 3.0 fetch

Para las velocidades de 80 y 60 km/h, los fetchs mnimos requeridos para duracinilimitada del viento son mayores que el fetch real. Consecuentemente para estasvelocidades, la altura de ola de aguas profundas estar limitada por la longitud delfetch.

6. CLCULO DE ALTURA DE OLA EN AGUAS RASAS

Las alturas de olas significativas indicadas en la tabla 5.5, 5.6 y 5.7 corresponden avientos actuantes en aguas profundas. Se considera agua profunda cuando laprofundidad des mayor que una semilongitud de onda L (o sea d / L >0.5).Segn Eckart (pag.2-7 / SPM):

L = g . T2.{tanh ( 4 . 2 d )}1/22 . T2 g

Para las magnitudes caractersticas del embalse y de las olas calculadas con ladireccin SUR, es posible calcular la siguiente tabla:

Tabla 6-1 SUR : Verificacin de la profundidad relativa d/L, para d= 12 m.

VP(km/h)

UA(m/s)

Duracint

(h-min)

Ho(m)

T

(seg)

Fetch(km)

CrecimientoLimitado

por

Lo(m) d / L Tipo

120 41.3 0 h 13 0.70 2.2 25 duracin 7.6 1.59 Prof.120 41.3 0 h 13 0.70 2.2 50 duracin 7.6 1.59 Prof.100 33.8 0 h 37 0.95 3.0 25 duracin 14.1 0.85 Prof.100 33.8 0 h 37 0.95 3.0 50 duracin 14.1 0.85 Prof.80 26.4 1 h 42 1.55 4.5 25 duracin 31.4 0.38 Tran.

80 26.4 1 h 42 1.55 4.5 50 duracin 31.4 0.38 Tran.60 21.5 4 h 54 1.70 5.0 25 fetch 38.2 0.31 Tran.60 21.5 4 h 54 2.40 6.4 50 fetch 58.2 0.21 Tran.

Se verifica que para algunas de las olas generadas el embalse se comportaracomo de aguas profundas, pues d / L > 1/2 , mientras que para las restantes sera deaguas transicionales. Corresponde entonces recalcular los valores de altura de olacorrespondientes al embalse de aguas rasas, utilizando los nomogramas especficospara profundidad constante.


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Tabla 6-2 SUR : Clculo de las alturas de ola para aguas rasas.(Fig. 3-34 del Anexo 10 Pg. 3-63 del SPM - Para d = 12 m)

Con fetch limitado (real) Con duracin limitada (real)VP(km/h)

UA(m/s) Duracin

mnima(h min)

Hs(m)

T(seg)

fetchreal(km)

Duracinreal

(h - min)

Hs(m)

T(seg)

fetchmnimo

(km)

80 26.4 1 h 40 1.80 4.8 25 1 h 42 1.80 4.9 2780 26.4 2 h 15 2.20 5.6 50 1 h 42 1.80 4.9 2760 21.5 1 h 40 1.50 4.5 25 4 h 54 2.25 6.8 27060 21.5 2 h 30 1.85 5.3 50 4 h 54 2.25 6.8 270

En esta tabla, los valores en negrito son los adoptados.Para la velocidad de 80 km/h y fetch de 25 km, la condicin restrictiva es el fetch, puesen caso que el viento soplase 1 h 42, el fetch mnimo requerido sera 27 km.

Para la velocidad de 80 km/h y fetch de 50 km, la condicin restrictiva es la duracin

del viento, pues el viento sopla durante 1 h 42, siendo que para desarrollarcompletamente la ola necesitara una duracin mnima de 2 h 15.

Para la velocidad de 60 km/h y longitudes de fetch de 25 km y 50 km, la condicinrestrictiva es la longitud del fetch, pues para esas longitudes, la duracin necesaria delviento es 1 h 40 y 2 h 30 respectivamente, siendo la duracin real de 4 h 54. Paradesarrollar todo el potencial de ola con esa duracin de viento, en ambos casos serequieren fetchs mnimos de 270 km.

Para las magnitudes caractersticas del embalse y de las olas calculadas con ladireccin SURESTE, es posible calcular la siguiente tabla:

Tabla 6-3 SURESTE : Verificacin de la profundidad relativa d/L, para d=12 m

VP(km/h)

UA(m/s)

Duracint (h-min)

Ho(m)

T(seg)

Fetch(km)

CrecimientoLimitado

por

Lo(m)

d / L Tipo

120 41.3 0 h 30 1.10 3.0 13 duracin 14 0.85 Prof.100 33.8 1 h 45 1.95 4.8 13 fetch 35 0.34 Tran.80 26.4 2 h 15 1.55 4.4 13 fetch 30 0.40 Tran.60 21.5 5 h 15 2.4 4.2 13 fetch 27 0.44 Tran.

Se verifica que para las olas generadas por vientos de 120 km/h, con la duracinindicada en la tabla, el embalse se comportara como de aguas profundas, pues d/ L > 1/2.Para las olas generadas por vientos iguales o menores que 100 km/h, pero conduraciones mayores, conforme indicado en la tabla, el embalse se comportara comode aguas transicionales.

Corresponde entonces recalcular los valores correspondientes a la olas en embalse deaguas rasas, utilizando los nomogramas especficos para profundidad constante, eneste caso d = 12 m

Tabla 6-4 SURESTE : Clculo de las alturas de ola para aguas rasas.


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(Fig. 3-34 del Anexo 10 Pg. 3-63 del SPM Para d= 12 m).


UA(m/s) Duracin

mnima(h min)

Hs(m)

T(seg)

fetchreal(km)

Duracinreal

(h - min)

Hs(m)

T(seg)

fetchmnimo

(km)100 33.8 48 1.75 4.4 13 1 h 45 2.40 5.7 35

80 26.4 1 h 1.40 4.0 13 2 h 15 2.20 5.6 5060 21.5 1 h 10 1.15 3.7 13 5 h 15 2.50 7.3 800

En esta tabla, los valores en negrito son los adoptados.Se verifica que para todas las velocidades, la condicin restrictiva es el fetch de slo13 km, pues en caso que el viento soplase en las duraciones reales, los fetchsmnimos requeridos seran mayores que el fetch real (35, 50 y 800 km).

Tabla 6-5 NORTE : Verificacin de la profundidad relativa d/L, para d= 6 m

VP(km/h) UA(m/s) Duracint (h-min) Ho(m)T(seg) Fetch(km) CrecimientoLimitado

porLo(m) d / L Tipo

80 26.4 0 h 42 0.78 2.5 2 fetch 9.8 0.6 Prof.80 26.4 0 h 42 1.20 3.4 5 fetch 17.8 0.3 Tran.60 21.5 2 h 36 0.50 2.2 2 fetch 7.6 0.8 Prof.60 21.5 2 h 36 0.80 3.0 5 fetch 14.0 0.4 Tran.

Se verifica que para las olas generadas en el fetch de 2 km, el embalse secomportara como de aguas profundas, pues d / L > 1/2.Para las olas generadas en el fetch de 5 km, el embalse se comportara como deaguas transicionales.

Corresponde entonces recalcular los valores correspondientes a la olas en embalse deaguas rasas, utilizando los nomogramas especficos para profundidad constante, eneste caso d = 6 m

Tabla 6-6 NORTE : Clculo de las alturas de ola para aguas rasas.(Fig. 3-34 del Anexo 10 Pg. 3-63 del SPM Para d= 6 m).


UA(m/s) Duracin

mnima(h min) Hs(m)

T(seg)

fetch

real(km)

Duracin

real(h - min) Hs(m)

T(seg)

fetch

mnimo(km)

80 26.4 0h 18 0.60 2.3 2 0h 42 1.00 3.3 780 26.4 0h 30 0.90 3.0 560 21.5 0h 19 0.50 2.2 2 2h 36 1.50 6.0 18060 21.5 0h 35 0.75 2.8 5


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Verificacin experimental de las condiciones de ola en un sitio de la PLD

En este pargrafo se considerarn las caractersticas de ola observadas el da04/10/2001 aproximadamente a las 16 horas, cuando el viento soplaba del cuadrantesur-suroeste con una intensidad aproximada de 21 km/h (valor obtenido de medicionesen la estacin transformadora Rincn Santa Mara).

La ola observada a la altura de la progresiva 29 km de la PLD (presa lateral derecha;entre Aa Cu y San Cosme) tena una altura rompiente de 40/45 cm (estimacinvisual), tal como se aprecia en la siguiente fotografa. El perodo medido en la ocasinfue de T = 3 seg.

El fetch incidente desde la direccin sur-suroeste en este punto de la PLD es de unos22 km, y la duracin del viento, que soplaba desde la madrugada del mismo da conuna intensidad aproximadamente constante es suficiente para determinar condicionesde limitacin de crecimiento por longitud del fetch, antes que por la duracin.

21 k/h = 5.83 m/s Vp = 1.17 x 5.83 = 6.82 m/s

t1 milla= 1609/6.82 = 236 seg. ; Ut /U 1 hora = 1.11 ; UA= 6.6 m/s

Entrando con UA= 6.6 m/s y Fetch= 22 km en el baco de aguas profundas:

Ho = 0,5 m ; T = 3,2 seg. ; (con una duracin mnima del viento = 3 horas 45 min.)

Los valores calculados son similares a las magnitudes observadas en el sitio, ya que laola de aguas profundas Ho se ha transformado en ola rompiente llegando a la costacon menor altura y menor perodo T.


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7 PROPAGACIN DE LA OLA Y TREPADA AL PI DEL TALUD

7.1 Influencia del fondo en la propagacin de la Ola

La ola generada en aguas profundas puede representarse mediante una funcinsinusoidal (Anexo 11 ).

En esas condiciones, la altura de la cresta de la ola, medida desde el nivel normal(nivel medio del agua quieta), es igual a la profundidad de los valles.Cuando la ola es generada en aguas rasas, o se propaga hacia ellas, se hacen sentirlos efectos del fondo (la celeridad de la ola es mayor que el movimiento de la parteinferior), aumentando la esbeltez de la ola pues se transforma en una ola trocoidal, enla cual las crestas son ms elevadas y menos extensas que los valles.La altura mxima de una ola viajando en aguas profundas est limitada por la esbeltezpara la cual puede mantenerse estable. Una vez alcanzado este lmite de esbeltez, laola comenzar a romper disipando parte de su energa.

Basado en consideraciones tericas, Michell expres la esbeltez lmite como:

Ho / Lo = 0.142 ~ 1 / 7 Siendo el ngulo cncavo de la ola de 120.

Cuando la ola se mueve en aguas rasas, la esbeltez lmite decrece, siendo unafuncin de la profundidad relativa (d / L)y de la pendiente del fondo(m).

La profundidad de inicio de rompimiento se llama (db).Munk deriv varias relaciones a partir de la teora de ola solitaria modificada,

relacionando la altura de rompiente (Hb), la profundidad de rompiente (db), la altura de

ola de aguas profundas no refractada (Ho) y la respectiva longitud de onda (Lo) :

ndice de altura rompiente Hb / Ho = 1/{3.3 ( Ho / Lo) 1/3 }tambin: d

b/ H

b = 1.28 o sea H

b = 0.78 d

b

Subsecuentes investigaciones han establecido que estas relaciones dependen de lapendiente de la playa m y de la esbeltez de las olas incidentes.

La figura del Anexo 12 (Fig. 2-72 - Pg. 2-131/SPM) atribuda a Goda, muestra lasrelaciones empricas derivadas para varias pendientes de la playa, pudindose

calcular Hb. Con esta altura se calcula la esbeltez de rotura Hb / g T2 y a travs de

las curvas de pendientes del Anexo 13 (Fig. 2-73 - Pg. 2-132/SPM), la relacin

emprica entre db/ Hb , para obtener db. La siguientes tablas 7-1 (SURSUROESTE) y 7-2 (SUR SURESTE), presentan los valores calculados para todoslos casos previstos.


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Comentarios sobre los resultados de las Tablas 7- 1 y 7 2.

En la tabla 7-1 (SUR - SUROESTE), se puede verificar que las olas incidentes sobre eltalud Sur de la Ruta 1 no rompern antes de alcanzar el mismo, excepto en el caso de losvientos de 80 y 60 km/h con fetch de 25 km, pues en estos casos la profundidad de larompiente sera mayor que la profundidad (de 1,50 m), sobre el terrapln remanente del

antiguo trazado de la Ruta I (en la cota 81.50 m).

Para conformar esta situacin podra dejarse como remanente el terrapln sumergido delantiguo trazado de la Ruta 1, al sur (300 m) del nuevo terrapln, hasta aproximadamentela cota 81,50 m, pudiendo ste inducir una rompiente de olas, que slo dejara pasarinclumes a las olas de menor magnitud.

Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo suave (playas y talud de laavenida costanera que no descienda de la cota 83 ), comenzarn a romper a distanciasvariables ( 36 - 192 m), antes de la costa, debido a la poca profundidad del fondo.

Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo abrupto (playas y talud de laavenida costanera que no descienda de la cota 83 ), comenzarn a romper a distanciasvariables ( 27 - 99 m), tambin antes de la costa.

Las olas rompientes sobre la costa sur ocasionarn una elevacin (S) sobre el nivel delas aguas quietas (83 m SNM), debido a la marea elica, con elevaciones entre 0.08 y 0.39m.

En la tabla 7-2 (S - S E), se puede verificar que las olas incidentes en la costa sur , conperfil del fondo suave, (frente a las playas y el talud de la avenida costanera que nodescienda de la cota 83 ), rompern a distancias variables (68 -151 m), antes de alcanzarla costa (supuesta en la cota 83 m SNM).

Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo abrupto, (frente a las playas ytalud de la avenida costanera que no descienda de la cota 83 ), rompern a distanciasvariables (33 - 75 m), tambin antes de alcanzar la costa.

Las olas rompientes sobre la costa sur ocasionarn una elevacin (S) sobre el nivel delas aguas quietas (83 m), debido a la marea elica, con elevaciones entre 0.17 y 0.28 m.

Resumiendo, todas las olas incidentes sobre la costa sur de la Ciudad de Carmen del

Paran, romperan antes de llegar a la playa, con lo cual los efectos erosivos sobre lasestructuras, sean estas de playa o taludes de la avenida costanera, seran minimizados.

La mayora de las olas (las de mayor magnitud), incidentes sobre el nuevo terrapln de laRuta I relocalizada tambin romperan antes de alcanzarlo debido al efecto del terraplnremanente sumergido de la Ruta I (trazado antiguo), en caso de que ste subsista hastauna cota de 81.50 m (1.50 m de profundidad desde la cota 83 m). Este terrapln nuevoslo sera alcanzado por olas cuya profundidad de rompiente sea menor que la profundidadde 1.50 m por encima del remanente del antiguo terrapln de la Ruta 1.


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Tabla 7-1 (SUR SUROESTE) : verificacin de la profundidad de ola rompiente y la elevacin p

Viento

VP(km/h)

Fetch

(km)

Localde

incidencia

Ho

(m)

T

(s)

Pend.terreno

m(m/m)

HogT2

Hb

Ho

Hb

(m)

HbgT2

db

Hbdb

(m)

dbmx(m)

120 25 0.70 2.2 0.005 0.0147 0.72 0.50 0.0105 1.28 0.94 1.58

1.04 1.11

100 25 0.95 3.0 0.005 0.0108 0.88 0.84 0.0095 1.28 1.08 1.57

1.04 1.49

80 25 1.55 4.5 0.005 0.0078 1.00 1.55 0.0078 1.28 1.98 1.56

1.04 2.40

60 25

Talud dela Ruta 1

1.70 5.0 0.005 0.0069 1.12 1.90 0.0077 1.28 2.43 1.55

1.04

120 25 0.70 2.2 0.02 0.0147 0.86 0.60 0.0126 1.31 0.79 1.61

1.32 0.97

120 50100 25 0.95 3.0 0.02 0.0108 0.87 0.61 0.0069 1.20 0.73 1.5

41.19 0.94

100 5080 25 1.55 4.5 0.02 0.0078 1.02 1.58 0.0080 1.21 1.91 1.5

61.21 2.46

80 5060 25 1.70 5.0 0.02 0.0069 1.02 1.73 0.0071 1.22 2.11 1.5

51.20 2.68

60 50

Carmendel Paran

Costa Sur(pendiente

suave)

2.40 6.4 0.02 0.0060 1.04 2.50 0.0060 1.18 2.95 1.53

1.17 3.83

120 25 0.70 2.2 0.042 0.0147 1.58 1.11 0.0234 1.68 1.86 1.7

5

1.65 1.94

120 50100 25 0.95 3.0 0.042 0.0108 1.04 0.99 0.0110 1.23 1.22 1.5

81.15 1.56

100 50

Carmen

del Paran

Pennsula(pendienteabrupta)


17/51

80 25 1.55 4.5 0.042 0.0078 1.07 1.66 0.0140 1.35 2.24 1.64

1.30 2.72

80 5060 25 1.70 5.0 0.042 0.0069 1.10 1.87 0.0076 1.18 2.20 1.5

51.12 2.90

60 50 2.40 6.4 0.042 0.0060 1.12 2.69 0.0067 1.17 3.15 1.54

1.08 4.14

Observacines:En la tabla se puede verificar que las olas incidentes sobre el talud Sur de la Ruta 1 no rompern antes de alcanzar el mismo, pterrapln (de unos 6 m), es mayor que las profundidades de rotura calculadas.Esta situacin podra atenuarse dejando como remanente el terraplen sumergido del antiguo trazado de la Ruta 1, al sur del n81,50 m, pudiendo inducir a la rotura de las olas. Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo suave o abrupto descienda de la cota 83 ), comenzarn a romper a distancias variables ( 27 -192 m), antes de la costa (supuesta en la cotfondo. Las olas rompientes sobre la costa sur ocasionarn una elevacin (S) sobre el nivel de las aguas quietas (83 m), d0.08 y 0.39 m.

Tabla 7-2 (SUR SURESTE) : verificacin de la profundidad de ola rompiente y la elevacin por ma

Vel.

viento(km/h)

Fetch(km)

Localde

incidencia

Ho

(m)

T

(s)

Pend.m

(m/m)

HogT2

Hb

Ho

Hb

(m)

HbgT2

db

Hbdb

(m)

dbmx(m)

120 13 1.10 3.0 0.020 0.0125 0.96 1.06

0.0120 0.32 1.40 1.60 1.28 1.67

100 13 1.95 4.8 0.020 0.0086 0.98 1.91

0.0085 1.23 2.35 1.58 1.22 3.02

80 13 1.55 4.4 0.020 0.0082 1.00 1.5

5

0.0082 1.22 1.89 1.56 1.21 2.42

60 13

Carmencosta sur

(pendientesuave)

1.25 4.2 0.020 0.0072 1.02 1.28

0.0074 1.21 1.55 1.55 1.20 1.98

120 13 CarmenPennsula

1.10 3.0 0.042 0.0125 1.02 1.12

0.0127 1.23 1.38 1.63 1.25 1.83


18/51

100 13 1.95 4.8 0.042 0.0086 1.04 2.03

0.0090 1.17 2.38 1.56 1.16 3.17

80 13 1.55 4.4 0.042 0.0082 1.06 1.64

0.0086 1.15 1.89 1.55 1.14 2.54

60 13

(pendienteabrupta)

1.25 4.2 0.042 0.0072 1.08 1.35

0.0078 1.12 1.51 1.54 1.13 2.08

Observacines:Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo suave, (frente a las playas y talud de descienda de la cota 83 ), comenzarn a romper a distancias variables (68 -151 m), antes de al

Las olas incidentes en la costa sur , con perfil del fondo abrupto, (frente a las playas y talud de descienda de la cota 83 ), comenzarn a romper a distancias variables (33 - 75 m), tambin an

Las olas rompientes sobre la costa sur ocasionarn una elevacin (S)sobre el nivel de las agumarea elica, con elevaciones entre 0.17 y 0.28 m.


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Tabla 7-3 Tabla resumen de los locales, tipos de ola incidentes y protecciones diseadas

Local Descripcin del local Pendientedel fondo

Tipo deola

Alturade ola

Solicita

S1 Playas frente a la costa sur. 0.020 Rompiente


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7.2 Aumento del nivel de agua (S) sobre el nivel normal de aguas quietas

Debido al transporte de masa de agua hacia la costa, por la sola accin de las olas,ocurre una conversin de energa cintica del movimiento de la ola, a una quasi-permanente energa potencial que se manifiesta por una sobre-elevacin del nivel deaguas quietas, frente a la costa, llamada marea elica (set-up).

Este aumento de nivel permite la ocurrencia de olas mayores que las basadas en laprofundidad normal (ver figura del Anexo 11 ).Los clculos de la trepada de ola (run-up) en los taludes expuestos deben incluir esteefecto adicional de la marea elica.

La figura del anexo 11 presenta dos perfiles del fondo representativos del sector surde la avenida costanera de la ciudad de Carmen del Paran:

a) Suave: el fondo adyacente a la avenida tiene una pendiente de 0.020 (1:50);

b) Abrupta: al sur de la pennsula localizada al Sur-Oeste de la Ciudad, la pendiente

resulta ser ms abrupta, de 0.042 (1:24).

Se han tomado estos valores como representativos de la pendiente de fondo frente ala costa.

En las tablas 7-1 y 7-2 aparecen los valores Sde la sobre-elevacin por mareaelica (set-up), encontrados a travs de la figura del Anexo 14 (Fig.3-50 Pg 3-103/SPM).

7.3 Olas rompientes antes de alcanzar la costa

El punto de inicio de la rompiente es definido como el lugar donde comienza aaparecer espuma en la cresta de la ola, o donde la cara frontal de la ola se ponevertical, o donde la cresta comienza a rotar sobre la cara frontal de la ola.Hedar sugiri que el proceso de rompiente se extiende por una distancia igual a lamitad de la longitud de la onda en aguas rasas. La relacin entre la distancia de

rompimiento (p) y la altura de rompiente (Hb) depende de la pendiente del fondoprximo a la playa (m).

p= . Hb= (4,0 9,25 m) Hb

La relacin adimensional db/ Hb vara con la pendiente del fondo prximo a la playa yla esbeltez de la ola incidente, como indicado en el Anexo 15 (Fig.7-2 Pg 7-5/SPM). Como los valores experimentales de laboratorio variaron dentro de cierto

rango, han sido definidas dos curvas y como lmites superior e inferior.Estas profundidades mxima y mnima para la ocurrencia de la rotura de la ola hansido calculadas en las tablas 7-1 y 7-2, donde tambin han sido calculadas lasdistancias mxima y mnima desde la costa para el inicio de la rompiente.

= (db/ Hb )mx ; = (db/ Hb )mn ; distancia = db/ m


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La figura del Anexo 15 puede ser usada junto con la del Anexo 12 (Fig.2-72 Pg2-131/SPM) para determinar la profundidad de agua donde romper.

Cuando se disea para condiciones de ola rompiente, es deseable determinar lamxima altura de rompiente a la cual la estructura estar sometida.Esta altura de diseo de ola rompiente depende de la profundidad crtica de diseo al

pi de la estructura, pendiente del fondo, esbeltez de la ola incidente y distanciarecorrida por la ola durante su rompimiento.

Asumiendo que la ola de diseo es una que se desploma sobre la estructura, la alturade diseo rompiente puede ser determinada por:

ds ds: profundidad al pi de la estructura

Hb= __________ = db/ Hb

- m . p p = p/ Hb

L

a magnitud de a ser usada en la ecuacin no puede ser directamente conocidahasta evaluar Hb. Si son conocidos la mxima profundidad de diseo, y el perodode la ola incidente T, la altura de diseo de la ola rompiente puede ser obtenida delAnexo 16 (Fig. 7-4 / SPM).


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Esta situacin podra presentarse en el caso de que el talud de la estructura costerasometida a olas rompientes, descienda por debajo de la cota 83 m SNM.

Caso del talud al sur de la Av. costanera (S4): En este clculo se supondr que laprofundidad al pi del talud tenga un valor mximo de ds= 1.5 m, esto es, que lleguehasta la cota 81.5 m SNM.

ds/ g . T2 = 1.5 / 9.8 . 6.42 = 0.004 (calculado con T de la mxima ola incidente)

entrando en la Fig. 7-4 (Anexo 16), y para m = 0.042 ; Hb/ ds = 1.1La altura mxima de la ola rompiente a la que el talud estar sometido ser:

Hb= 1.1 x 1.5 = 1.65 mEntonces, para las olas rompientes sobre las estructuras, corresponde dimensionar elrip-rap del talud con este valor.

7.4 Trepada de la ola ( R ) sobre la estructura del talud (Run-up)

La trepada de ola es la altura vertical sobre el nivel medio del agua hasta donde la olallegar, dependiendo de la forma estructural, rugosidad, profundidad del agua al pi dela estructura, pendiente del fondo, y de las caractersticas de la ola incidente.

A causa del elevado nmero de variables involucradas en el fenmeno, no se disponede una descripcin completa del mismo. Han sido hechos ensayos de laboratorio apequea escala, experimentando la trepada de olas regulares en pendientesimpermeables, los cuales han sido sumariados en grficos como los 7-8 a 7-12 del

SPM.Las curvas estn en forma adimensional para la trepada relativa (R / Ho) como unafuncin de la esbeltez y pendiente de la estructura.

La trepada sobre estructuras impermeables revestidas de piedra partida (quarrystone)est presentada en la Fig. 7-15 Pg. 7-26 / SPM.El efecto del uso de Rip-Rap graduado sobre una estructura impermeable estpresentado en el Anexo 17 (Fig. 7-19 Pg. 7-30 / SPM).

Considerando la ola de diseo no rompiente de aguas profundas, incidente sobre el

talud sur de la Ruta 1 (fetch de 25 km) : H0 = 1.70 m , con T = 5 segEntonces:

H0 / g . T2 = 1.70 / 9.8 x 25 = 0.0069 y ds / H0 = 6.0 / 1.7 = 3.53

De la Fig. 7.19 (Anexo 17), entrando con 0.0069, podemos obtener las relacionespara deducir ambas, la trepada (run-up) y descenso (run-down):

Runup / H0 = 1.35 ; Entonces Run-up = (+) 2.39 m

Rundown / H0 = 0.76 ; Entonces Run-down = (-) 1.29 m

8. DISEO DE LA PROTECCIN DE LOS TALUDES (RIP-RAP)


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En la tabla 8 se presenta el clculo del tamao del escollerado para las estructuras devarios sitios, indicados en la figura del Anexo 1. Estos sitos han sido seleccionadosconsiderando la variabilidad de la ola de diseo y de la pendiente del fondo frente a laestructura, adems de la circunstancia de si se trata de olas rompientes o norompientes.

Para la verificacin de la estabilidad del rip-rap se utiliza la frmula deHudson-Jackson:

Tambin: Wmx = 4 W50 ; Wmn = 1/8 W50

Condiciones de diseo para las protecciones con rip-rap

La condicin de diseo ms exigente para la proteccin del talud sur de la Ruta 1

(S10), es un viento de 60 Km/h, soplando sobre un fetch de 25 Km con direccin Sur-Suroeste, resultando en una altura de ola de aguas rasas Hs= 1,50 m (Tabla 6-2 SUR).

Considerando que esta ola romper sobre la estructura de proteccin, correspondeconsiderar la altura de ola de rotura Hb= 1,90 m, calculada a partir de la altura de olade aguas profundas H0= 1,70 m (Tabla 7-1 Sur-Suroeste).

Se considera poco probable la entrada de olas generadas en el fetch de 50 km, hastael talud de la Ruta 1, debido a que el saliente de San Cosme y Damin sobre elembalse, obstruye la entrada del valle del arroyo Tacuary.


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El talud norte de la Ruta 1(S11) tiene un fetch incidente de 5 Km, mucho menorque el talud sur, resultando una altura de ola de agua profunda H0= 1,20 m (Tabla 5-9 Norte). La ola que rompera sobre el talud norte sera algo mayor que sta peromenor que la ola rompiente sobre el talud sur, por lo que es aplicable la mismaproteccin diseada para sta.

El espign de la marina deportiva (S9 ), se considera construido sobre unaescollera de proteccin y sometido a las olas generadas en el fetch de 25 km. y en elde 50 km.De acuerdo al diseo preliminar de la planta de la escollera y muelles de la marinadeportiva, el pi de la escollera llegara hasta la cota 81 m del embalse, teniendo asuna profundidad mxima ds = 2.0 m al pi de la estructura.De acuerdo a la trayectoria de las posibles olas incidentes en el espign (escollera),las olas avanzaran sobre un rea de cota entre 80 m y 81 m, al sur y suroeste delespign, con una pendiente 1:500 = 0.002.

De la figura se deduce que la ola de direccin Sur-Suroeste es la que tendra mayoresposibilidades de actuar sobre la estructura. Esta ola tiene una altura de aguasprofundas H0= 2,40 m (Tabla 7-1 Sur-Suroeste), con un perodo T = 6.4 seg.Seguidamente se calcula la altura de ola que alcanzara la estructura, debido a queella rompera antes de alcanzar la misma, pues su profundidad de rotura (db= 2.68 a2.08 m), ya es alcanzada antes de llegar al espign :

ds/ g . T2 = 2.0 / 9.8 . 6.42 = 0.005

entrando en la figura del Anexo 16 (Fig. 7-4), y para m = 0.002 ; Hb/ ds = 0.752La altura mxima de la ola rompiente a la que el talud estar sometido ser:

Hb= 2.0 x 0.752 = 1.50 m


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La condicin de diseo ms exigente para la proteccin del talud de la Av. Costaneraal sur(S4), es un viento de 60 Km/h, soplando sobre un fetch de 50 Km con direccinSur-Suroeste, resultando en una altura de ola de aguas rasas Hs= 1,85 m (Tabla 6-2SUR).

Si esta ola rompiera sobre la estructura de proteccin, correspondera considerar la

altura de ola de rotura Hb= 2,69 m, calculada a partir de la altura de ola deaguas profundas H0= 2,40 m (Tabla 7-1 Sur-Suroeste). Pero en este caso, severifica tambin que la misma rompe antes de alcanzar la estructura, por lo cual hasido calculada la altura de ola que rompera sobre ella si tuviera una profundidad deagua de 1,50 m al pi, y la pendiente del fondo frente a la costa sea la ms abrupta(1:24 = 0,042). La altura de la ola rompiente sobre la estructura es Hb= 1,65 m(Punto 7. 3), pues ella ha venido perdiendo energa desde el inicio de la rompiente, aunos 70 - 100 metros antes de la costa.

El talud de la Av. costanera al norte (S6), tiene un fetch incidente de 2 Km,resultando una altura de ola de agua profunda H

0= 0,78 m (Tabla 5 -9 Norte).

Tambin en este caso la altura de ola rompiente que llegara hasta la estructura deproteccin ser un poco mayor pero de menor magnitud que la ola incidente en eltalud sur, por lo cual el dimensionado del rip-rap puede ser homogneo a lo largo detodo el talud hacia el embalse.

Tabla 8 : Clculo del tamao del rip-rap

Local deIncidencia

Tipode ola

Alturade ola

W 50(gr)

D(m)

Dmx(m)

Dmn(m) Dao

318 0.38 0.76 0.13 CeroS4Av. costanera

Talud Surrompe 1.65

197 0.30 0.59 0.11 Tolerable

S6Av. costanera

Talud Norterompe < 1.65

demS4

239 0.33 0.65 0.12 CeroS9Escollera Marina rompe 1.50 148 0.26 0.52 0.10 Tolerable

486 0.47 0.93 0.16 CeroS10Ruta 1-Talud Sur

Norompe 1.90 301 0.37 0.73 0.13 Tolerable

S11Ruta 1-Talud norte

Norompe < 1.90

IdemS10

318 0.38 0.76 0.13 CeroS12Escollera Costa Sur rompe 1.65

197 0.30 0.59 0.11 Tolerable


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Seccin tpica de la proteccin de los taludes

9. DISEO DE LAS PLAYAS

Las playas pueden disipar efectivamente la energa de las olas. Las playas naturalesexistentes son parte del sistema costero natural, y su accin disipadora de olas ocurreusualmente sin crear efectos ambientales adversos. Cuando ocurren problemas deerosin de playas, son debidos a una deficiencia en el suministro natural de la arena.En estos casos, como en el caso de la creacin de una playa artificial, la colocacin dematerial de prstamo en la playa debe ser considerada como una medida para laestabilizacin.Se debe investigar la factibilidad de la colocacin mecnica o hidrulica de la arenapara formar o restaurar la playa.El planeamiento de una playa con relleno artificial requiere :

1. Determinacin de las caractersticas del transporte de materiala lo largo de laplaya, en el sitio del proyecto y costa adyacente. El mejor mtodo es laobservacin de playas para estimar las reas de erosin y sedimentacin durante

un largo perodo de tiempo. En el caso de Carmen del Paran, esta actividaddeber ser encarada objetivando el mantenimiento de las playas artificiales.


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2. Determinacin de las caractersticas promediode la composicin del materialexistente de la playa (arena nativa), en la zona de movimiento litoral.Es necesario obtener muestras para caracterizar la arena nativa de la playa yobtener un standard para comparar las propiedades del material de prstamopotencial. Estas muestras deben ser obtenidas de la playa por encima del nivelde agua y tambin por debajo, en el frente inmediato a la playa.

La muestra nativa compuesta es el resultado de la distribucin de sedimentos enel perfil activo reflejando el estado de equilibrio dinmico entre los sedimentos ylos procesos naturales del sistema.

3. Evaluacin y seleccin de material de prstamopara el llenado inicial de laplaya y relleno peridico, incluyendo la determinacin de cantidades extrarequeridas basado en la comparacin de la arena nativa y material de prstamo.La accin de distribucin de las olas y corrientes tendern a transportar losmateriales ms finos hacia el interior del cuerpo de agua, dejando el material msgrueso hacia el frente de la rompiente y cubrindolo con material de tamaomedio. Algunos tamaos ms finos existentes en el material de prstamo podran

no ser estables en el ambiente de la playa, y su paulatina desaparicin hara queel material de prstamo se vaya pareciendo cada vez ms al nativo, reduciendode esta forma el volumen original colocado en la playa. Puede esperarse que losmateriales ms finos sean transportados agua adentro hasta una profundidadcompatible con su tamao, formando una pendiente del fondo menos pronunciada,frente a la playa. Por el contrario, el material remanente ms grueso tender aformar una playa ms empinada que el relleno original.

La ubicacin del yacimiento del material de prstamoes un factor importante aser considerado en el proyecto, para evaluar las distancias de transporte, seanstas en carretera (prstamo en terreno seco), la longitud de bombeo (prstamosubacutico), o una combinacin de ambos casos. El fondo antiguo del roParan, yacimiento potencial de arena de prstamo, se encuentra a una distanciade unos 4 Km de las playas proyectadas en Carmen del Paran.Existiran tambin yacimientos ms cercanos, en el lecho del arroyo Tacuary yaanegado por el embalse, que podran ser removidos por dragado, transportadospor bombeo y colocados por refulado en las playas.Otra posibilidad es la ubicacin de yacimientos de material compatible para lasplayas que sean transportados por medios mecnicos hasta el sitio.Generalmente este tipo de material de yacimiento en terreno seco contendrtamaos apropiados para la playa junto con tamaos ms finos o ms gruesos.

Los tamaos ms finos irn siendo gradualmente removidos por los procesosnaturales en la playa, mientras que si existen tamaos ms gruesos, stosdebern ser removidos mecnicamente de la playa. Esta situacin har que elvolumen necesario para formar la playa aumente en forma considerable, tanto enla colocacin inicial como durante el mantenimiento.

4. Determinacin de laaltura y ancho de la berma y ancho de playa.Las bermas o reas costeras relativamente planas estn formadas por depsitosde material por accin de las olas. La altura de la berma est relacionada con lasfluctuaciones del nivel de agua, las pendientes normales de la playa y frente a laplaya, y el ambiente de olas. Algunas playas tienen ms de una berma, siendo

que la berma inferior est formada por la trepada de olas durante el rangoordinario de niveles de agua, mientras la berma superior est formada por la


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accin de olas durante tormentas, o niveles de agua superiores en el embalse.El grado de proteccin del terreno adyacente a la playa depende grandemente dela efectividad de la berma de tormenta y su ancho deber ser incrementadocuando existan tambin propsitos recreacionales para la playa. Valores de 7 a 9m2 de playa seca (berma) por baista, son usuales para el dimensionamiento.El ancho de la playa depender de las fluctuaciones de nivel del embalse en las

operaciones normales (Anexo 5).

5. Determinacin de las pendientes de estabilidad de la playa por encima y pordebajo del nivel medio de agua. La pendiente inicial del relleno de la playadeber ser mayor que aquella de una playa natural estabilizada. El subsecuentecomportamiento de la pendiente depende de las caractersticas del material derelleno y la accin de las olas. En este sentido se buscar determinar laspendientes de playas existentes con material y condiciones de olas similares.La pendiente del fondo frente a la playa estar en el rango de 1:20 a 1:30 desde lainterseccin del nivel de aguas bajas con el fondo existente.

6. Proteccin al pi de la zona de relleno de playa. Esta proteccin servirinicialmente como lmite de contencin del relleno de la playa artificial,especialmente en las reas donde la pendiente del fondo sea mayor que lapendiente proyectada del relleno y posteriormente servir como un rompeolassumergido para las olas cuya profundidad de rompiente sea mayor que laprofundidad de esta proteccin. La escollera de proteccin deber elevarseaproximadamente hasta la cota 81 m, poco menos de 2 m por debajo del nivelnormal del embalse. En la siguiente figura se puede observar el perfil completode la playa desde la proteccin costera hasta la proteccin del pi. La lnea de laproteccin del pi de playa estar a una distancia aproximada de 100 m desde el

pi del talud de la avenida costanera o de las reas verdes costeras.En la figura aparece el detalle constructivo de la escollera de proteccin.

Implantacin de rompeolas frente a las playas

El rompeolas fuera de la playa es una estructura diseada para proveer proteccincontra la accin de las olas a un rea de la playa localizada a sotavento.Generalmente son orientados de forma paralela a la lnea de la playa y estngeneralmente construidos de piedra partida o con clulas metlicas o de concretorellenas con piedra partida.Los rompeolas reflejan o disipan a las olas incidentes que impactan la estructura y

transmiten energa al rea protegida a su sombra por medio del fenmeno dedifraccin (ver figura del Anexo 18). La reduccin de la energa de las olas a lasombra de la estructura reduce la entrada y transporte de sedimentos en esta regin.Entonces, la arena transportada de regiones cercanas por una predominante corrienteparalela a la costa, tender a ser depositada a sotavento del rompeolas.Esta deposicin causa el recrecimiento de un saliente de la lnea de la playahacia elrompeolas. Si la longitud del rompeolas es suficientemente grande en relacin a ladistancia de emplazamiento de la costa, el saliente de la lnea de playa podra recrecerhasta conectarse al rompeolas formando un elemento morfolgico de la costadenominado tmbolo (ver figuras del anexo 19 y 20).

Entonces, los rompeolas proveen proteccin no solamente reduciendo la energa delas olas incidentes, sino tambin construyendo una playa protectiva ms ancha que la


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original, la cual acta como un amortiguador durante eventos de tormenta.

La respuesta de la lnea de la playa ante la construccin del rompeolas estgobernada predominantemente por las alteraciones resultantes en el transporte dematerial en la vecindad, y en menor medida por el balance del transporte desde/haciala playa. El emplazamiento de un rompeolas causa que la lnea de la playa se ajuste a

las nuevas condiciones buscando una configuracin de equilibrio.

Si las crestas de las olas incidentes son paralelas a la lnea de la playa ( condicin detransporte de material nula para corrientes paralelas generadas por olas), las olasdifractadas a la sombra del rompeolas transportarn arena desde los lmites de estaregin hacia la zona de sombra, continuando el proceso hasta que la configuracin dela lnea de playa tienda a ser paralela a las crestas de las olas difractadas y eltransporte a lo largo de la costa sea nuevamente nulo. A esta altura del proceso, elsaliente o tmbolo tendr un aspecto simtrico.

La mayor cuestin en el diseo del rompeolas para proteccin de playa es determinar

si el ajuste de la playa resultante debe conectarse a la estructura del rompeolas o n.Esta situacin presenta algunas ventajas y desventajas, entra las ventajas de lacreacin de un tmbolo puede mencionarse la mayor proteccin a la playa, y unincremento del rea de la playa para fines recreativos. Entre las desventajas puedemencionarse una interrupcin en el intercambio de sedimentos en reas cercanas a laplaya y el peligro en el acercamiento de baistas al rompeolas.

En caso de que se prefiera evitar la formacin del tmbolo, ello puede ser prevenidomediante algunas de las siguientes tcnicas:

a) la relacin de la Longitud del rompeolas (L) Versus Distancia a la playa (X),haciendo que L < X.Esta configuracin permite la interseccin de las olas difractadas antes que las olasno distorsionadas adyacentes a la estructura alcancen la lnea de playa.La formacin del tmbolo es prcticamente imposible si L < 2 X.

b) Sobrepaso de la ola. El rompeolas puede ser diseado de modo que parte de laenerga de la ola incidente pueda ser transmitida por sobrepaso, lo cual previene laconexin del saliente de la playa con la estructura.

c) Permeabilidad el rompeolas, es otra manera de prevenir la formacin del tmbolo,

permitiendo que parte de la energa incidente pase a travs de la estructura.d) Rompeolas segmentados, que ofrecen una solucin muy funcional para una

longitud de playa extensa. La cantidad de energa que llega a sotavento de laestructura es controlada por el ancho de las aberturas entre los rompeolas.Este ancho de abertura debe ser al menos de dos longitudes de onda de las olas, yla longitud del rompeolas debe ser menor que la distancia a la playa. Esta solucinpermite colocar los rompeolas a distancias ms cercanas a la playa yconsecuentemente a menores profundidades (ver anexo 19 y 20).

e) Posicionamiento con respecto a la zona de rompiente. Emplazando el rompeolas

entre la zona de rompiente y la lnea de playa, podran darse condiciones deformacin de tmbolo. Si el emplazamiento se acerca an ms a la lnea de laplaya, un gran porcentaje de transporte de sedimentos a lo largo de la playa pasar


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a barlovento de la estructura (hacia aguas adentro).

f) Orientacin de la estructura. Orientando el rompeolas con respecto a ambos, ladireccin de la ola predominante y la lnea original de playa, ya que el cambio deorientacin modifica la pauta de difraccin a la lnea de playa y su respuesta.

Otras consideraciones: Aparte de la respuesta de la playa, existen varios otrosfactores que afectan la configuracin de la lnea de playa y la construccin derompeolas fuera de la playa. Estos incluyen los aspectos ecolgicos, seguridad,esttica y corrientes en las aberturas entre rompeolas.

En el caso de las playas proyectadas para Carmen del Paran, en principio nosera necesario el emplazamiento de estructuras de rompeolas para la proteccinde las playas siendo que gran parte de la energa de las olas incidentes se irdisipando debido a la rompiente. Adems, la alternancia de la direccin de las olasincidentes, entre el Suroeste y Sureste podra causar corrientes paralelas a la

costa de poca intensidad y sentidos opuestos que mitigaran los efectos erosivosdel transporte neto a lo largo de la playa.

Sin embargo, si se observaran erosiones sustanciales en la playa, el modo mseconmico sera recrecer la estructura de proteccin del pi de playa hasta unaelevacin de 83,5 m creando una lnea de rompeolas segmentados.


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ANEXO 1

PLANTA DE LOCALIZACIN DEL PROYECTO Y ESQUEMADE LOS FETCHs PARA CADA LOCAL DE INCIDENCIA


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ANEXO 2ESQUEMA DE LAS LONGITUDES DE FETCH

Y PROFUNDIDADES DEL EMBALSE


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ANEXO 3

TABLA 1 - VIENTOS EN POSADAS (1966 80)

Velocidad Pico : VP (km/h)Rumbo 40 50 60 70 80 90 100 110 120

NNEE

SES

SOO

NO

196237106238254903166

95954589126391922

41362236522258

24181124301146

8531713524

22176411

11432

1122

11

Suma deeventos

1218 530 222 128 57 24 11 6 2

% 100 44 18 1 4.7 2 0.9 0.5 0.2

Rumbo 40 50 60 70 80 90% medio por rumbo VP

40 a 100 km/hN

NEE

SES

SOO

NO

16.119.58.7

19.520.87.42.65.4

17.917.98.5

17.823.87.43.64.2

18.818.59.9

16.223.49.92.23.6

18.814.18.6

18.823.48.63.13.7

14.08.85.3

29.822.88.83.57.0

8.28.34.229.225.016.74.24.2

15.614.57.521.923.29.83.24.8

ROSA de los VIENTOS (60 a 90 Km/h) en POSADAS(% medio por rumbo)

0

5

10

15

20

25

30N

NE

E

SE

S

SO

O

NO MEDIA

90 Km/h

80 Km/h

70 Km/h

60 Km/h


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Proyeccin de vientos en Posadas- (Periodo 1961-1980)Diagrama de Intensidad - Duracin - Recurrencia = 100 aos

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0.1 1.0 10.0Duracin del viento (horas)

Velocidaddel

viento(km/h)


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DISEO ESQUEMTICO DE LAS PLAYAS


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Implantacin de rompeolas frente a las playas


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ANEXO

13PROFUNDIDAD ADIMENSIONAL DE ROTURA

VersusESBELTEZ DE ROTURA


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ANEXO14

RELACIN DE SOBRE-ELEVACINVersus

ESBELTEZ DE ROTURA


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ANEXO 9

NOMOGRAMA DE PREDICCIN DEALTURA DE OLA EN AGUAS PROFUNDAS


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ANEXO 10NOMOGRAMA DE PREDICCIN DE ALTURA DE OLA EN AGUAS RASAS


42/51

ANEXO 11

PERFIL DEL FONDO Y ESQUEMA DE OLAS ROMPIENTES


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ANEXO12

NDICE DE ALTURA DE OLAversus

ESBELTEZ DE LA OLA EN AGUAS PROFUNDAS


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ANEXO13

PROFUNDIDAD ADIMENSIONAL DE ROTURAVersus

ESBELTEZ DE ROTURA


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ANEXO

14

RELACIN DE SOBRE-ELEVACIN

VersusESBELTEZ DE ROTURA


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ANEXO 15

VALORES DE Y Vs. ESBELTEZ DE OLA


47/51

ANEXO 16

ALTURA ADIMENSIONAL DE OLA ROMPIENTE Vs. ESBELTEZ RELATIVA


48/51

ANEXO

17

RUN-UP (TREPADA) Y RUN-DOWN (RESACA) EN RIP-RAP GRADUADOversus

ESBELTEZ DE LA OLA EN AGUAS PROFUNDAS


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ANEXO 18

Proteccin costera de talud costero con rip rap


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ANEXO 19

Esquema de difraccin de las olas por efecto del rompeolas.

Lakeview Park (Lago Erie), Lorain, Ohio - E. U. A.Proteccin de playa con rompeolas segmentados combinados con espign.


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ANEXO 20

Kakuda Hama, JapnPlaya protegida con estructuras de rompeolas segmentados, permeables ysobrepasables por la ola, emplazados entre la rompiente y la lnea de la playa.

Documents

Estudio de Olas Sobre Estructuras Costeras en Carmen Del Parana