rom-1.0-3-sept09

Captulo IIIAgentes climticos

en el emplazamiento

Captulo III: Agentes climticos en el emplazamiento 179

CAPTULO III. AGENTES CLIMTICOS EN EL EMPLAZAMIENTO

3.1. INTRODUCCIN .......................................................................................................................................................................................... 1893.1.1. Objetivos y organizacin del captulo .............................................................................................................................. 189

3.1.1.1. Fundamentos y justificacin ........................................................................................................................... 1903.1.1.2. Otras recomendaciones a considerar ..................................................................................................... 190

3.1.2. Hiptesis y bases de trabajo .................................................................................................................................................. 1903.1.2.1. Descripcin temporal ........................................................................................................................................ 190

3.1.2.1.1. Variables de evolucin temporal rpida y lenta ......................................................... 1903.1.2.2. Dominios espaciales de trabajo ................................................................................................................... 1913.1.2.3. Otros factores de proyecto ........................................................................................................................... 191

3.1.3. Descripcin de los agentes climticos ............................................................................................................................. 1913.1.3.1. Descripcin en el corto plazo: estados .................................................................................................. 191

3.1.3.1.1. Dominios del tiempo y de la frecuencia ........................................................................ 1913.1.3.1.2. Dimensin espacial de la descripcin de estado ...................................................... 1923.1.3.1.3. Descripcin de variables cinemticas y dinmicas .................................................... 1923.1.3.1.4. Duracin del estado y descripcin conjunta de variables rpidas y lentas 192

3.1.3.2. Descripcin de duracin intermedia: ciclos .......................................................................................... 1923.1.3.2.1. Ciclos de solicitacin .................................................................................................................. 1933.1.3.2.2. Ciclos de calma y de operatividad ..................................................................................... 193

3.1.3.3. Descripcin de larga duracin: aos y vida til .................................................................................. 1943.1.3.3.1. Descripcin en la vida til ....................................................................................................... 194

3.1.3.4. Regmenes y funciones de probabilidad ................................................................................................. 1943.1.4. Descripcin conjunta de los agentes climticos ......................................................................................................... 1953.1.5. Fuentes y bases de datos ........................................................................................................................................................ 196

3.1.5.1. Visuales ....................................................................................................................................................................... 1963.1.5.2. Retroanlisis de estados meteorolgicos y campos de presiones .......................................... 198

3.1.5.2.1. Red WANA ..................................................................................................................................... 1983.1.5.2.2. Datos Simar-44 (Proyecto HIPOCAS) ........................................................................... 198

3.1.5.3. Simulacin ................................................................................................................................................................. 1983.1.5.4. Datos instrumentales ......................................................................................................................................... 199

3.1.5.4.1. Red en aguas profundas ........................................................................................................... 1993.1.5.4.2. Red costera ..................................................................................................................................... 1993.1.5.4.3. Red de maregrafos ................................................................................................................... 199

3.1.5.5. Laboratorio .............................................................................................................................................................. 199

3.2. AGENTES CLIMTICOS ATMOSFRICOS .................................................................................................................................... 199

3.2.1. Velocidad y direccin del viento ......................................................................................................................................... 200

3.2.1.1. Variables instantneas y bsicas ................................................................................................................... 2003.2.1.2. Descriptores de estado de viento ............................................................................................................. 2003.2.1.3. Funcin de probabilidad de la velocidad del viento ........................................................................ 202

3.2.1.3.1. Varianza y desviacin estandar de la velocidad .......................................................... 202

3.2.1.4. Espectro frecuencial y direccional del viento ...................................................................................... 202

ndice Captulo III

ROM 1.0-09Recomendaciones del diseo y ejecucin de las Obras de Abrigo (Parte 1. Bases y Factores para el proyecto. Agentes climticos)

180 Captulo III: Agentes climticos en el emplazamiento

3.2.2. Presin atmosfrica en la superficie del mar ............................................................................................................... 203

3.2.2.1. Variables instantnea y bsica ....................................................................................................................... 2033.2.2.2. Descriptor de estado de presin atmosfrica .................................................................................... 2033.2.2.3. Funcin de probabilidad de la presin atmosfrica ......................................................................... 2033.2.2.4. Funcin de densidad espectral de la presin atmosfrica ........................................................... 204

3.2.3. Otros agentes climticos atmosfricos ............................................................................................................................ 204

3.2.3.1. Visibilidad y niebla ................................................................................................................................................ 2043.2.3.2. Duracin del estado ........................................................................................................................................... 204

3.2.4. Modelos de circulacin atmosfrica: mesoescala y escala global ..................................................................... 205

3.2.4.1. Escalas de movimiento ...................................................................................................................................... 2053.2.4.2. Circulacin global ................................................................................................................................................. 205

3.2.4.2.1. Masa de aire .................................................................................................................................... 205

3.2.4.3. Modelos paramtricos de circulacin atmosfrica ......................................................................... 2063.2.4.4. Modelos numricos de circulacin atmosfrica ................................................................................. 207

3.2.4.4.1. HIRLAM ............................................................................................................................................. 207

3.2.4.5. Transformacin regional del campo de velocidades y presiones ............................................ 2073.2.4.6. Circulacin regional y local ............................................................................................................................. 208

3.2.4.6.1. Modelos de circulacin local ................................................................................................. 2083.2.4.6.2. Experimentacin en tnel de viento ................................................................................ 209

3.2.5. Descripcin de corta, intermedia y larga duracin .................................................................................................. 209

3.2.5.1. Descripcin en el estado atmosfrico ..................................................................................................... 2093.2.5.2. Descripcin de un ciclo de solicitacin y de calma atmosfrica ............................................. 2103.2.5.3. Descripcin conjunta de larga duracin y regmenes .................................................................... 210

3.3. AGENTES CLIMTICOS MARTIMOS .............................................................................................................................................. 210

3.3.1. Clasificacin y ordenacin ....................................................................................................................................................... 210

3.3.1.1. Oscilaciones de periodo corto .................................................................................................................... 211

3.3.1.1.1. Oleaje, oleaje( x;t) ....................................................................................................................... 2113.3.1.1.2. Grupos de olas, BLW( x;t) ..................................................................................................... 2113.3.1.1.3. Descomposicin de las oscilaciones de corto periodo ........................................ 212

3.3.1.2. Estado de oleaje ................................................................................................................................................... 2123.3.1.3. Oscilaciones de periodo intermedio ........................................................................................................ 212

3.3.1.3.1. Maremotos, ms( x;t) ................................................................................................................. 2133.3.1.3.2. Pulsaciones baromtricas, ms( x;t) ................................................................................... 2133.3.1.3.3. Oscilaciones forzadas en cuerpos de agua semicerrados y drsenas

portuarias , rea( x;t) ................................................................................................................. 2133.3.1.3.4. Descomposicin de las oscilaciones de periodo intermedio ............................ 214

3.3.1.4. Estado de las oscilaciones intermedias .................................................................................................... 2143.3.1.5. Oscilaciones de periodo largo ..................................................................................................................... 214

3.3.1.5.1. Marea meteorolgica, MM( x;t) ......................................................................................... 2143.3.1.5.2. Marea astronmica, MA( x;t) ............................................................................................... 2143.3.1.5.3. Descomposicin de las ondas de periodo largo ...................................................... 215

3.3.1.6. Estado de las oscilaciones largas ................................................................................................................. 2153.3.1.7. Estado del nivel (medio) del mar ............................................................................................................... 2153.3.1.8. Contenido energtico en las oscilaciones del mar .......................................................................... 2163.3.1.9. Bordes continentales y zonas litorales ..................................................................................................... 217

3.4. DESCRIPCIN DEL TREN DE ONDAS .......................................................................................................................................... 218

3.4.1. Descripcin matemtica ........................................................................................................................................................... 218

3.4.1.1. Variables bsicas .................................................................................................................................................... 218

ROM 1.0-09


Recomendaciones del diseo y ejecucin de las Obras de Abrigo (Parte 1. Bases y Factores para el proyecto. Agentes climticos)

3.4.1.2. Ecuacin de la dispersin ................................................................................................................................ 218

3.3.1.2.1. Interaccin ola-corriente ......................................................................................................... 219

3.4.1.3. Tipos de movimiento oscilatorio ................................................................................................................ 220

3.4.1.3.1. Variacin de la altura de onda a lo largo de la cresta ........................................... 220

3.4.1.4. Caracterizacin matemtica de la onda ................................................................................................. 2213.4.1.5. Regmenes de ondas y seleccin de la teora de ondas ............................................................... 221

3.4.1.5.1. Regmenes en funcin de h/L ................................................................................................. 221

3.4.1.6. Dominio de la frecuencia ................................................................................................................................ 224

3.4.1.6.1. Flujo medio de energa oscilatoria ..................................................................................... 224

3.4.2. Transformacin del tren de ondas ..................................................................................................................................... 225

3.4.2.1. Asomeramiento .................................................................................................................................................... 2263.4.2.2. Asomeramiento y refraccin con cambios de pendiente gradual .......................................... 226

3.4.2.2.1. Limitacin de la teora del rayo ........................................................................................... 226

3.4.2.3. Reflexin producida por un dique o un acantilado ......................................................................... 2273.4.2.4. Difraccin ................................................................................................................................................................. 228

3.4.2.4.1. Difraccin producida por un dique semi-infinito ...................................................... 2283.4.2.4.2. Radiacin desde morros y obstculos de forma arbitraria ................................. 2283.4.2.4.3. Difraccin producida durante la refraccin .................................................................. 228

3.4.2.5. Modelos numricos de transformacin del tren de ondas ........................................................ 2283.4.2.6. Clasificacin de los modelos ......................................................................................................................... 229

3.4.2.6.1. Modelos formulados en la teora de ondas ................................................................. 2293.4.2.6.2. Descripcin promediada y resolvedora de la fase ................................................... 229

3.4.2.7. Dominios pblicos de modelos de transformacin de ondas .................................................. 229

3.4.3. Modelos promediados en la fase en rgimen de Stokes ..................................................................................... 230

3.4.3.1. Modelos numricos formulados con la ecuacin de la pendiente suave (MSPE) ......... 231

3.4.3.1.1. Modelo elptico ............................................................................................................................. 2313.4.3.1.2. Aproximacin parablica ......................................................................................................... 2323.4.3.1.3. Aproximacin hiperblica ....................................................................................................... 232

3.4.3.2. Coeficientes de transformacin y propagacin ................................................................................. 233

3.4.3.2.1. Asomeramiento y refraccin ................................................................................................ 2333.4.3.2.2. Reflexin, difraccin y radiacin .......................................................................................... 233

3.4.4. Modelos numricos resolvedores de la fase y modelos avanzados ............................................................... 2343.4.4.1. La ecuacin de pendiente suave no estacionaria MSPE-t ............................................................ 2343.4.4.2. Los modelos basados en la ecuaciones de Boussinesq ................................................................ 2353.4.4.3. Modelos de Boussinesq en el dominio de la frecuencia .............................................................. 2353.4.4.4. Modelos numricos a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes exactos .................... 235

3.4.4.4.1. Modelos N-S y RANS ............................................................................................................... 236

3.4.5. Seleccin de un modelo de transformacin de ondas .......................................................................................... 236

3.4.5.1. Variables instantneas, bsicas y de estado de los modelos numricos .............................. 2373.4.5.2. Condiciones de contorno en los problemas de contorno ......................................................... 237

3.4.5.2.1. Condicin de contorno cinemtica ................................................................................... 2383.4.5.2.2. Condicin de contorno dinmica ...................................................................................... 239

3.4.5.3. Tipos de condiciones de contorno en modelos analticos y numricos de transfor-macin de ondas .................................................................................................................................................. 239

3.4.6. Regmenes hidrulicos en la rotura de ondas y modelos de clculo ............................................................ 239

3.4.6.1. Criterio de rotura ................................................................................................................................................ 2403.4.6.2. Rotura del tren de ondas por reduccin de la profundidad ..................................................... 240

3.4.6.2.1. Forma de rotura de la onda .................................................................................................. 240

3.4.6.3. Regmenes hidrulicos de rotura de ondas .......................................................................................... 242

3.4.6.3.1. Regmenes de Miche, del ndice de rotura y disipativos ....................................... 2423.4.6.3.2. Regmenes de rotura - reflexin ......................................................................................... 242

3.4.6.4. Evolucin del tren de ondas en la zona de rompientes ............................................................... 2443.4.6.4.1. Evolucin de energa del tren de ondas en zona de rompientes irregulares 244

3.4.6.5. Variacin del nivel del mar por rotura de trenes de onda ......................................................... 244

3.4.6.5.1. Modelos de transformacin del nivel del mar ............................................................ 245

3.4.6.6. Rotura de ondas en mares cruzados ....................................................................................................... 2453.4.6.7. Rotura de ondas en presencia de corriente ........................................................................................ 2463.4.6.8. Seleccin del modelo de rotura de ondas ........................................................................................... 246

3.5. DESCRIPCIN DEL OLEAJE A CORTO PLAZO ...................................................................................................................... 2473.5.1. Introduccin ..................................................................................................................................................................................... 247

3.5.1.1. Importancia de la profundidad relativa y del rgimen oscilatorio .......................................... 2473.5.1.2. Procesos de generacin y transformacin y dominios espaciales .......................................... 2483.5.1.3. Modelos y dominios ........................................................................................................................................... 248

3.5.2. Descripcin del estado en mar abierto (profundidades indefinidas) ............................................................ 248

3.5.2.1. Funcin de probabilidad de ...................................................................................................................... 2493.5.2.2. Funciones de probabilidad de la altura de ola individual ............................................................. 249

3.5.2.2.1. Relacin entre descriptores de alturas de ola ............................................................ 2503.5.2.3. Funcin de probabilidad del estadstico de orden r ....................................................................... 250

3.5.2.3.1. Funcin de probabilidad de la altura de ola mxima Hmx,N .............................. 251

3.5.2.4. Altura de ola de trenes mltiples: reflejado, difractado o irradiado ....................................... 252

3.5.2.4.1. Funcin de densidad de la altura de ola total ............................................................ 252

3.5.2.5. Funcin de probabilidad del periodo de ola individual ................................................................. 2523.5.2.6. Funcin de probabilidad conjunta de altura y periodo de ola ................................................. 252

3.5.2.6.1. Altura y periodo de ola independientes ........................................................................ 2523.5.2.6.2. Altura y periodo de ola dependientes ............................................................................ 253

3.5.2.7. Funcin de probabilidad del peralte de la ola .................................................................................... 254

3.5.2.7.1. Peralte de la ola significante ................................................................................................... 2543.5.2.7.2. Peralte lmite en mar abierto ................................................................................................ 255

3.5.2.8. Espectros terico-experimentales en mar abierto .......................................................................... 2553.5.2.9. Expresin general de la funcin de densidad espectral ................................................................ 256

3.5.2.9.1. Funcin de densidad espectral frecuencial tipo PM ................................................ 2573.5.2.9.2. Funcin de densidad espectral frecuencial tipo Jonswap ..................................... 2583.5.2.9.3. Parametrizacin espectral Jonswap con descriptores estadsticos .................. 258

3.5.2.10. Funciones de densidad espectral direccional ....................................................................................... 2593.5.2.11. Relaciones entre los descriptores estadsticos y espectrales en mar abierto .................. 2603.5.2.12. Espectro de dos o ms estados de oleaje ............................................................................................ 261

3.5.2.12.1. Espectros bimodales ................................................................................................................... 261

3.5.2.13. Extensin a otras variables cinemticas y dinmicas ....................................................................... 261

3.5.2.13.1. Funciones de densidad de probabilidad ......................................................................... 2623.5.2.13.2. Funciones de transferencia espectral ................................................................................ 2623.5.2.13.3. Extensin a otros agentes y problemas no lineales ................................................. 263

3.5.3. Descripcin en profundidades intermedias y reducidas ....................................................................................... 263

3.5.3.1. Funcin de densidad de probabilidad de la altura de ola ............................................................ 263

3.5.3.2. Funciones de densidad espectral ................................................................................................................ 2653.5.3.2.1. Espectro unidireccional TMA ................................................................................................. 2653.5.3.2.2. Espectro Jonswap generalizado ........................................................................................... 2653.5.3.2.3. Espectro de oleaje mltiple ................................................................................................... 267



3.5.4. Descripcin en la zona de rompientes ........................................................................................................................... 267

3.5.4.1. Funcin de densidad de probabilidad de la altura de ola ............................................................ 268

3.5.4.1.1. Truncamiento de la funcin de Rayleigh ........................................................................ 269

3.5.4.2. Criterios de rotura de las olas individuales de un tren irregular ............................................. 2693.5.4.3. Evolucin de la altura de ola relativa ....................................................................................................... 270

3.5.4.3.1. Funcin de densidad de probabilidad de la altura de ola relativa .................. 270

3.5.4.4. Descriptores de estado en la zona de rompientes ......................................................................... 271

3.5.4.4.1. ndice de rotura medio cuadrtico .................................................................................... 2713.5.4.4.2. Peralte lmite medio cuadrtico ........................................................................................... 2713.5.4.4.3. Mxima altura de ola limitada por rotura y probabilidad de presentacin ... 272

3.5.4.5. Fraccin de olas rompiendo, Qb .................................................................................................................. 2733.5.4.6. Regmenes hidrulicos en la rotura del oleaje .................................................................................... 273

3.5.4.6.1. Profundidad de inicio de rotura .......................................................................................... 275

3.5.4.7. Espectro frecuencial del oleaje en la zona de rompientes .......................................................... 2753.5.4.8. Evolucin del nivel medio del mar en la zona de rompientes ................................................. 275

3.6. GENERACIN Y TRANSFORMACIN DEL ESTADO DE OLEAJE ............................................................................. 276

3.6.1. Dominios espaciales y seleccin de modelos .............................................................................................................. 276

3.6.1.1. Procesos lentos y rpidos ............................................................................................................................... 2763.6.1.2. Seleccin de modelos ....................................................................................................................................... 277

3.6.2. Modelos de generacin del oleaje en mar abierto ................................................................................................. 277

3.6.2.1. Modelos paramtricos de generacin: campo homogneo ....................................................... 278

3.6.2.1.1. Descriptores de estado ............................................................................................................ 2783.6.2.1.2. Funciones de densidad espectral ........................................................................................ 2793.6.2.1.3. Efectos de la configuracin del rea de generacin y viento no uniforme 2793.6.2.1.4. Mtodos grficos .......................................................................................................................... 279

3.6.2.2. Modelos numricos de generacin ........................................................................................................... 279

3.6.2.2.1. En mar abierto: WAM ............................................................................................................... 2793.6.2.2.2. Mares y plataforma continental: WAVEWATCH ....................................................... 280

3.6.3. Modelos de generacin, transformacin y rotura ..................................................................................................... 280

3.6.3.1. Modelo dominios II-V: SWAN ..................................................................................................................... 280

3.6.4. Modelos de transformacin en profundidades intermedias y reducidas .................................................... 281

3.6.4.1. Modelos lineales integrados en la fase .................................................................................................... 2813.6.4.2. Resultados de los modelos lineales y sus aplicaciones .................................................................. 281

3.6.4.2.1. Transformacin de olas individuales .................................................................................. 2813.6.4.2.2. Descriptores de estado ............................................................................................................ 2823.6.4.2.3. Funcin de densidad de probabilidad .............................................................................. 2823.6.4.2.4. Transformacin de los componentes espectrales .................................................... 2833.6.4.2.5. Funciones de transferencia espectral ................................................................................ 2833.6.4.2.6. Validez de la aproximacin lineal y campo de aplicacin .................................... 285

3.6.4.3. Modelos resolvedores de la fase de un tren irregular de ondas ............................................. 2863.6.4.4. Modelos resolvedores de las ecuaciones generales ........................................................................ 2863.6.4.5. Seleccin de los modelos de transformacin del oleaje (sin rotura) ................................... 286

3.6.5. Modelos para la zona de rompientes .............................................................................................................................. 286

3.6.5.1. Bases para los modelos para la zona de rompientes ..................................................................... 2863.6.5.2. Modelos de evolucin de la ola rota y disipacin de energa ................................................... 287

3.6.5.2.1. Disipacin por friccin con el lecho ................................................................................. 2873.6.5.2.2. Disipacin durante la rotura de ola por fondo .......................................................... 288

ROM 1.0-09





3.6.5.3. Mtodos numricos de transformacin que incluyen la rotura ............................................... 289

3.6.5.3.1. Modelos integrados en la fase .............................................................................................. 2893.6.5.3.2. Modelos resolvedores de la fase ........................................................................................ 2903.6.5.3.3. Modelos numricos avanzados ............................................................................................ 290

3.6.5.4. Mtodos numricos para el clculo del nivel medio ...................................................................... 2913.6.5.5. Calibracin de los modelos ........................................................................................................................... 291

3.6.6. Transformacin del oleaje en zonas con batimetra regular ............................................................................... 291

3.6.6.1. Tranformacin de la funcin de probabilidad p(H,Tz) ................................................................... 2913.6.6.2. Distribucin de Rayleigh .................................................................................................................................. 2913.6.6.3. Evolucin de la altura relativa de la ola .................................................................................................. 2923.6.6.4. Transformacin de la funcin de densidad espectral ..................................................................... 292

3.7. DESCRIPCIN DEL OLEAJE A MEDIO Y LARGO PLAZO ............................................................................................... 292

3.7.1. Descripcin estadstica de los estados de oleaje: regmenes anuales ............................................................ 293

3.7.1.1. Curva de estados ................................................................................................................................................. 293

3.7.1.1.1. Paradas tcnicas y fallos instrumentales y relleno de datos ............................... 294

3.7.1.2. Frecuencia relativa de los estados de oleaje en ........................................................................... 2943.7.1.2.1. Frecuencia relativa de los estados de oleaje en el ao meteorolgico ....... 294

3.7.1.3. Rgimen de los estados de oleaje (Rgimen de oleaje) .............................................................. 2943.7.1.4. Rgimen de duracin de la excedencia .................................................................................................. 2953.7.1.5. Rgimen de los estados de oleaje en la vida til .............................................................................. 2953.7.1.6. Ajuste de modelos de probabilidad marginales ................................................................................. 2963.7.1.7. Limitaciones debidas a la no estacionariedad del proceso aleatorio .................................... 2963.7.1.8. Rgimen conjunto (Hs, Tz) ............................................................................................................................. 2973.7.1.9. Rgimen de los estados de oleaje condicionado a la direccin de propagacin .......... 3003.7.1.10. Rgimen de los estados de oleaje condicionado al nivel ............................................................. 300

3.7.2. Descripcin estadstica de los ciclos de operatividad y de calma ................................................................... 301

3.7.2.1. Persistencia, regmenes ...................................................................................................................................... 302

3.7.2.1.1. Persistencia media del ciclo de operatividad ............................................................... 302

3.7.2.2. Regmenes de los valores mnimos ........................................................................................................... 302

3.7.3. Descripcin estadstica de los ciclos de solicitacin ................................................................................................ 302

3.7.3.1. Frecuencia relativa de las excedencias del valor umbral .............................................................. 3033.7.3.2. Modelo de probabilidad de excedencias sobre umbral: GPD .................................................. 3043.7.3.3. Rgimen de excedencia sobre umbral condicionado a la direccin de propagacin ..... 3043.7.3.4. Regmenes de persistencia ............................................................................................................................. 304

3.7.3.4.1. Persistencia media y nmero medio de ciclos de solicitacin .......................... 305

3.7.3.5. Modelo de probabilidad del nmero de ciclos de solicitacin en .................................... 3053.7.3.5.1. Nmero de ciclos de solicitacin en el ao meteorolgico y en la vida til 305

3.7.3.6. Modelos del ciclo de solicitacin ................................................................................................................ 306

3.7.3.6.1. Evolucin temporal ...................................................................................................................... 3063.7.3.6.2. Parmetros de forma del ciclo de solicitacin .............................................................. 307

3.7.3.7. Marea meteorolgica asociada al ciclo de solicitacin .................................................................. 308

3.7.4. Anlisis de los valores mximos y extremos ............................................................................................................... 308

3.7.4.1. Distribucin de altura de ola mxima en un estado de oleaje ................................................ 3093.7.4.2. Probabilidad de excedencia de la altura de ola mxima .............................................................. 309

3.7.4.2.1. En un ciclo de solicitacin ....................................................................................................... 3093.7.4.2.2. En el ao y en la vida til ........................................................................................................ 310

3.7.4.3. Funcin de distribucin de los picos anuales (Rgimen de picos sobre umbral) ......... 311

ROM 1.0-09



3.7.4.4. Funcin de distribucin del mximo de N picos anuales (Rgimen de mximo picoanual) ........................................................................................................................................................................... 311

3.7.4.5. Rgimen de los estados de mar mximo anual (Rgimen de temporales) ...................... 3133.7.4.6. Condiciones de trabajo .................................................................................................................................... 314

3.7.5. Prediccin de oleaje en las costas espaolas ............................................................................................................... 314

3.8. GRUPOS DE OLAS ....................................................................................................................................................................................... 315

3.8.1. Introduccin ..................................................................................................................................................................................... 315

3.8.1.1. Importancia de los grupos de olas ............................................................................................................ 3153.8.1.2. Variables instantneas ........................................................................................................................................ 315

3.8.2. Descripcin en el estado ......................................................................................................................................................... 316

3.8.2.1. Probabilidad conjunta de alturas de ola consecutivas, f(H1, H2) .............................................. 3163.8.2.1.1. Alturas de ola independientes .............................................................................................. 3163.8.2.1.2. Alturas de ola correlacionadas ............................................................................................. 3163.8.2.1.3. Valor esperado del parmetro de correlacin ...................................................... 317

3.8.2.2. Probabilidad del nmero de olas ................................................................................................................ 317

3.8.2.2.1. Funcin de probabilidad de j1 .............................................................................................. 3173.8.2.2.2. Funcin de probabilidad del nmero de olas, j2 ........................................................ 318

3.8.2.3. Funcin de densidad de la envolvente del grupo ............................................................................. 319

3.8.2.3.1. Nmero medio de olas en el grupo .......................................................................... 319

3.8.2.4. Espectro de energa de la amplitud de la envolvente .................................................................... 319

3.8.2.4.1. Valor medio de la amplitud .................................................................................................... 3203.8.2.4.2. Longitud media y periodo medio del grupo ............................................................... 3203.8.2.4.3. Peralte espacial y temporal del grupo de olas ........................................................... 320

3.8.2.5. Descripcin frecuencial de las ondas vinculadas ............................................................................... 321

3.8.3. Transformacin del grupo de olas y del nivel del mar vinculado .................................................................... 321

3.8.3.1. Importancia de la variacin temporal y espacial del nivel del mar ........................................ 3213.8.3.2. Modelos de transformacin ........................................................................................................................... 322

3.8.4. Grupos de olas en los ensayos en modelo fsico ..................................................................................................... 322

3.8.4.1. Limitaciones en la generacin: modos libres y forzados ............................................................... 3223.8.4.2. Limitaciones en los contornos ..................................................................................................................... 323

3.8.5. Descripcin conjunta de grupos de olas y nivel del mar ..................................................................................... 324

3.8.5.1. Recomendaciones para la descripcin conjunta ............................................................................... 324

3.9. OSCILACIONES DE PERIODO INTERMEDIO ........................................................................................................................... 325

3.9.1. Maremotos ....................................................................................................................................................................................... 325

3.9.1.1. Introduccin ............................................................................................................................................................ 3253.9.1.2. Variables instantneas y bsicas ................................................................................................................... 326

3.9.1.2.1. Descripcin como onda larga .............................................................................................. 326

3.9.1.3. Descripcin de estado ...................................................................................................................................... 3263.9.1.4. Descripcin estadstica del maremoto .................................................................................................... 3273.9.1.5. Descripcin espectral del maremoto ...................................................................................................... 327

3.9.1.5.1. Consecuencias para el clculo y la aplicacin espectral ........................................ 328

3.9.1.6. Descripcin a largo plazo ................................................................................................................................ 329

3.9.1.6.1. Distribucin de la mxima amplitud anual (Rgimen extremal maremotos) 329

3.9.1.7. Modelos de transformacin ........................................................................................................................... 329

3.9.1.7.1. Modelos en el dominio del tiempo .................................................................................. 3293.9.1.8. Verificacin frente a maremotos ................................................................................................................. 329

3.9.1.8.1. El maremoto como agente extraordinario ................................................................... 330

3.9.1.8.2. El maremoto como agente extremo ............................................................................... 3303.9.1.9. Red de alertas ........................................................................................................................................................ 330

3.9.2. Maremoto generado por un deslizamiento .................................................................................................................. 330

3.9.2.1. Verificacin ............................................................................................................................................................... 330

3.9.3. Meteomaremotos ........................................................................................................................................................................ 331

3.9.3.1. Pulsaciones baromtricas locales ................................................................................................................ 3313.9.3.2. Descripcin a corto, medio y largo plazo ............................................................................................. 3313.9.3.3. El meteomaremoto como agente extremo ......................................................................................... 3313.9.3.4. Descripcin conjunta de meteomaremotos ........................................................................................ 331

3.9.4. Otras fuentes de oscilaciones intermedias .................................................................................................................... 332

3.9.4.1. Ondas de borde ................................................................................................................................................... 3323.9.4.2. Ondas de cizalla .................................................................................................................................................... 333

3.9.5. Oscilaciones forzadas en reas portuarias y litorales ............................................................................................. 333

3.9.5.1. Descripcin en el dominio del tiempo ................................................................................................... 3333.9.5.2. Descripcin en el dominio de la frecuencia ........................................................................................ 3333.9.5.3. Generacin y transformacin de oscilaciones intermedias en el rea ................................. 333

3.9.5.3.1. Modelos en el dominio del tiempo .................................................................................. 3333.9.5.3.2. Modelos en el dominio de la frecuencia ........................................................................ 334

3.9.5.4. Descripcin a largo plazo ................................................................................................................................ 3343.9.5.5. Verificacin frente a las oscilaciones en drsenas ............................................................................. 334

3.10. OSCILACIONES DE PERIODO LARGO ......................................................................................................................................... 334

3.10.1. Previsin del nivel del mar en las costas espaolas ................................................................................................. 335

3.10.1.1. Modelo HAMSOM ............................................................................................................................................. 3353.10.1.2. Previsin de la marea astronmica ........................................................................................................... 335

3.10.2. Marea meteorolgica ................................................................................................................................................................. 335

3.10.2.1. Introduccin ............................................................................................................................................................ 3353.10.2.2. Variables instantnea y bsica ....................................................................................................................... 3363.10.2.3. Descriptor de estado ........................................................................................................................................ 3363.10.2.4. Ciclo de solicitacin y amplitud ................................................................................................................... 3373.10.2.5. Modelos de generacin y tranformacin .............................................................................................. 3373.10.2.6. Modelos numricos ............................................................................................................................................ 3373.10.2.7. Seleccin de los modelos numricos ....................................................................................................... 337

3.10.2.7.1. Condiciones estacionarias ....................................................................................................... 338

3.10.2.8. Modelos de forma de marea meteorolgica ...................................................................................... 3383.10.2.9. Descripcin a medio y largo plazo ............................................................................................................ 3383.10.2.10. Curvas de estados sobre umbral ............................................................................................................... 3383.10.2.11. Frecuencia relativa de las excedencias del valor umbral .............................................................. 3383.10.2.12. Modelo de probabilidad de excedencias sobre umbral: GPD .................................................. 3383.10.2.13. Rgimen de duracin de la excedencia .................................................................................................. 3393.10.2.14. Modelo de probabilidad del nmero de ciclos de marea meterorolgica en ........... 3393.10.2.15. Funcin de distribucin de la amplitud mxima del ciclo de marea meteorolgica ... 3393.10.2.16. Funcin de distribucin de la amplitud mxima anual ................................................................... 3403.10.2.17. Rgimen extremal de la amplitud de la marea meteorolgica ................................................. 3403.10.2.18. Descripcin conjunta con otros agentes ............................................................................................... 3403.10.2.19. La marea meteorolgica en la verificacin ........................................................................................... 340

3.10.3. Marea astronmica ...................................................................................................................................................................... 341

3.10.3.1. Introduccin ............................................................................................................................................................ 3413.10.3.2. Variables instantnea y bsica ....................................................................................................................... 3423.10.3.3. Variable de estado ............................................................................................................................................... 342



3.10.3.4. Ciclo de solicitacin de la marea astronmica ................................................................................... 3433.10.3.5. Valocidad de la corriente de marea ......................................................................................................... 343

3.10.3.5.1. Elipse de marea ............................................................................................................................. 3433.10.3.5.2. Variacin de la corriente de marea en la profundidad ......................................... 344

3.10.3.6. Corrientes submareales ................................................................................................................................... 3443.10.3.7. Modelos de generacin y transformacin ............................................................................................ 344

3.10.3.7.1. Efecto Coriolis en la plataforma interior ........................................................................ 345

3.10.3.8. Prediccin de la onda de marea ................................................................................................................. 345

3.10.3.8.1. Componentes armnicas principales de la marea ................................................... 3453.10.3.8.2. Clasificacin de la marea en un punto ............................................................................ 3463.10.3.8.3. Componentes de marea generadas en aguas someras y por contornos .... 347

3.10.3.9. Descripcin a medio y largo plazo ............................................................................................................ 3473.10.3.10. Curva de estados de marea astronmica ............................................................................................. 3473.10.3.11. Ciclos de solicitacin y nmero de ciclos de la marea astronmica: mareas vivas ..... 3473.10.3.12. Funcin de distribucin de la carrera mxima del ciclo de marea astronmica ........... 3473.10.3.13. Funcin de distribucin de la carrera mxima anual ...................................................................... 3483.10.3.14. Rgimen extremal de la carrera de la marea astronmica ......................................................... 3483.10.3.15. Descripcin conjunta con otros agentes ............................................................................................... 3483.10.3.16. La marea astronmica en la verificacin ................................................................................................ 348

3.10.4. Corrientes marinas y circulacin ocenica .................................................................................................................... 349

3.10.4.1. Variables instantneas, bsica y de estado ............................................................................................. 349

3.10.4.1.1. Corriente media integrada en la columna de agua ................................................. 349

3.10.4.2. Modelos de circulacin ocenica ................................................................................................................ 3493.10.4.3. Otros fenmenos relacionados con la propagacin de ondas largas ................................... 350

3.11. DESCRIPCIN CONJUNTA (AGENTES CLIMTICOS) ..................................................................................................... 350

3.11.1. Dinmica de los agentes climticos ................................................................................................................................... 350

3.11.1.1. Dinmica atmosfrica ........................................................................................................................................ 3503.11.1.2. Dinmica de los maremotos ......................................................................................................................... 3513.11.1.3. Dinmica astronmica ....................................................................................................................................... 3513.11.1.4. Simultaneidad de ciclos de solicitacin ................................................................................................... 351

3.11.2. Regmenes conjuntos de los ciclos de solicitacin ................................................................................................... 351

3.11.2.1. Simultaneidad en las condiciones de trabajo ....................................................................................... 352

3.11.2.1.1. Caso I .................................................................................................................................................. 3523.11.2.1.2. Caso II ................................................................................................................................................. 3523.11.2.1.3. Caso III ................................................................................................................................................ 352

3.11.2.2. Variables aleatorias asociadas al mismo proceso de Poisson ..................................................... 352

3.11.2.2.1. Rgimen de picos por direcciones .................................................................................... 352

3.11.2.3. Variables aleatorias asociadas a distintos procesos de Poisson ................................................ 3533.11.2.4. Variables aleatorias asociadas a distintos procesos de Poisson y diferentes escalas .... 3533.11.2.5. Caso general ........................................................................................................................................................... 353

3.11.3. Regmenes conjuntos de nivel del mar y estados de oleaje ............................................................................... 353

3.11.3.1. Situacin I ................................................................................................................................................................. 3543.11.3.2. Situacin II ................................................................................................................................................................ 3543.11.3.3. Situacin III ............................................................................................................................................................... 355

3.12. VERIFICACIN FRENTE A LOS AGENTES CLIMTICOS .................................................................................................. 355

3.12.1. Niveles II y III ................................................................................................................................................................................... 356

3.12.1.1. Simulacin de Monte Carlo ........................................................................................................................... 3563.12.1.2. Estados lmite ltimos ........................................................................................................................................ 356

ROM 1.0-09



3.12.1.3. Estados lmite de servicio y ltimos .......................................................................................................... 3563.12.1.4. Estados lmite operativos ................................................................................................................................. 357

3.12.2. Nivel I .................................................................................................................................................................................................. 3573.12.2.1. Verificacin de las condiciones de trabajo operativas: CT1 ........................................................ 3573.12.2.2. Verificacin de las condiciones de trabajo extremas y excepcionales: CT2, CT3 ............ 3573.12.2.3. Ciclos predominantes y simultneos en el modo de fallo ............................................................ 3573.12.2.4. Valores compatibles de los agentes de ciclos simultneos ........................................................... 3573.12.2.5. Contribucin de cada supuesto.................................................................................................................... 3583.12.2.6. Valores compatibles a partir de los regmenes de los ciclos de solicitacin...................... 3593.12.2.7. Probabilidad de excedencia y periodo de retorno........................................................................... 359

3.13. FACTORES GEOMTRICOS .................................................................................................................................................................... 360

3.13.1. Niveles de referencia ................................................................................................................................................................. 3613.13.1.1. Variabilidad temporal y espacial de los niveles de referencia .................................................... 361

3.13.1.1.1. Variabilidad de larga duracin del NMMA ................................................................... 3613.13.1.1.2. NRM y variabilidad espacial ................................................................................................... 361

3.13.1.2. Informacin de proyecto ................................................................................................................................. 3613.13.1.3. Profundidad de agua en el estado ............................................................................................................. 362

3.13.1.3.1. Profundidad de agua sin oscilaciones del mar ............................................................ 3623.13.1.3.2. Profundidad de agua con oscilaciones de periodo largo ..................................... 3623.13.1.3.3. Profundidad de agua en presencia de los agentes climticos ............................ 363

3.13.2. Topografa y batimetra ............................................................................................................................................................. 363

3.13.2.1. Levantamientos topogrficos y batimtricos ....................................................................................... 3633.13.2.2. Extensin del levantamiento batimtrico .............................................................................................. 363

3.13.2.2.1. Reducciones recomendables ................................................................................................. 3643.13.2.2.2. Escala del levantamiento batimtrico ............................................................................... 364

3.13.3. Naturaleza y variabilidad del fondo ................................................................................................................................... 364

3.13.3.1. Informacin en las cartas naticas del IHM ......................................................................................... 3643.13.3.2. Batimetra y naturaleza del fondo .............................................................................................................. 3653.13.3.3. Procesos y evolucin espacial y temporal del fondo ..................................................................... 365

3.13.3.3.1. Evolucin del fondo en presencia de las obras ......................................................... 366

3.13.3.4. Procesos y evolucin espacial y temporal de la morfologa litoral ........................................ 366



ROM 1.0-09



3.1 INTRODUCCIN

La forma en planta del rea abrigada y la tipologa y las dimensiones geomtricas de los diques se determi-nan en funcin de los factores de proyecto predominantes que, en la mayora de los casos, son los agentes cli-mticos marinos (oleaje y nivel del mar) y el terreno. En cada punto del emplazamiento y a lo largo del tiempo,los agentes marinos se manifiestan por oscilaciones del mar que pueden provocar movimientos del barco o gene-rar acciones sobre las obras, por ejemplo empujes horizontales sobre un dique vertical o presiones intersticia-les en el terreno. La variabilidad temporal de los agentes est relacionada con las oscilaciones espaciales median-te la correspondiente ecuacin de dispersin que, en general, vincula el periodo de la oscilacin con su celeridado longitud de onda y las condiciones del medio, por ejemplo, la profundidad de agua.

Para desarrollar el proyecto de un rea abrigada, sea cual fuere su alcance y el de sus obras martimas, senecesita cuantificar los factores de proyecto en el emplazamiento para realizar: el predimensionamiento, especi-ficar, en su caso, las campaas de investigacin (marina, geotcnica y de los materiales), redactar el proyecto deconstruccin, ejecutar la obra; seguidamente, ponerla en servicio, usar y explotar y, en su caso reparar durantesu vida til y, finalmente, desmantelar y restaurar el emplazamiento. El alcance de estos trabajos depende de laimportancia de la obra, evaluada por su carcter, del nivel de verificacin I, II o III, y de la fase de proyecto.

3.1.1 Objetivos y organizacin del captulo

El objetivo de este captulo es proporcionar los mtodos y las herramientas analticas y numricas necesa-rias para describir y caracterizar los agentes climticos de forma conjunta y otros factores de proyecto en elemplazamiento, sin la presencia de la obra. El resultado final de estos trabajos debiera ser los regmenes conjun-tos de los estados meteorolgicos medios y de mximos en el emplazamiento y de los restantes agentes delmedio fsico. En la figura 3.3.1 se detalla la organizacin de este captulo.

Figura 3.3.1. Organizacin del captulo 3 y secciones

AGENTES CLIMTICOSEN EL EMPLAZAMIENTO

CAPTULO 3

Agentes climticosatmosfricosSECCIN 3.2

Descripcin de untren de ondasSECCIN 3.4

Descripcin deloleaje a corto plazo

SECCIN 3.5

Generacin ytransformacin delos estados de oleaje

SECCIN 3.6

Grupos de olasSECCIN 3.8

Oscilaciones deperodo intermedio

SECCIN 3.9

Oscilaciones deperodo largoSECCIN 3.10

Descripcin deloleaje a medio ylargo plazoSECCIN 3.7

Presinatmosfrica

Promediadosen la fase

Modelos de generacin, transformaciny rotura del oleaje

Resolvedoresen la fase

Viento

Agentes climticosmartimosSECCIN 3.3

Descripcin conjunta(agentes climticos)

SECCIN 3.11

Verificacin frente alos agentes climticos

SECCIN 3.12

FactoresgeomtricosSECCIN 3.13



3.1.1.1 Fundamentos y justificacin

El Anejo Fundamentos y justificacin contiene algunos conceptos y justificaciones de lo recomendado en estecaptulo y la informacin necesaria para su aplicacin. Se ha procurado recoger en estas Recomendaciones los con-ceptos, criterios y mtodos en los que se fundamenta la Ingeniera Martima procurando evitar lo particular parafacilitar la incorporacin de los progresos del estado del conocimiento que se estn ocurriendo en estos aos.

Comentario. Excepto en los casos en los que se indique de otra manera, todas las magnitudes se expresan en el S.I.;por ejemplo, longitud, altura, profundidad y desplazamiento en metros, periodo y tiempo en segundos,velocidad en m/s y aceleracin en m/s2.

3.1.1.2 Otras Recomendaciones a considerar

Dado que varios de los agentes climticos atmosfricos y martimos tienen el mismo origen es convenientedescribirlos de forma conjunta, apartado 3.1.2.3. A tal efecto, en estas Recomendaciones se recapitula parte dela informacin incluida en la ROM 0.4-95. En Espaa, siempre que sea posible, la descripcin de los agentes cli-mticos se apoyar en medidas instrumentales especficas en el emplazamiento, o, en su defecto, de la Red dePuertos del Estado (www.puertos.es) y del AEMET (www.aemet.es) y trasladadas al emplazamiento mediante laaplicacin de modelos numricos debidamente contrastados y validados.

Adems, la descripcin del agente ssmico se podr considerar como agente independiente de los dems agen-tes del medio fsico y se ajustar a la Norma de Construccin Sismorresistente actualmente vigente (NCSR-02). Elmaremoto que se produce por la ocurrencia de un terremoto con el epicentro en el fondo del mar se podr des-cribir como funcin estadstica derivada de la de aqul, e independendiente de los restantes agentes climticos. Losaspectos relacionados con la descripcin y caracterizacin del terreno se ajustar a la ROM 0.5-05.

3.1.2 Hiptesis y bases de trabajo

Los agentes climticos, en particular las oscilaciones del mar, se pueden describir admitiendo que son procesosaleatorios y que sus descriptores estadsticos son aproximadamente constantes en un intervalo de tiempo, denomi-nado estado, de duracin limitada. En l, tanto las variables instantneas como las bsicas son variables aleatorias quesiguen modelos de probabilidad cuyos parmetros se pueden utilizar, entre otros, como descriptores de estado.

3.1.2.1 Descripcin temporal

Los agentes climticos se pueden describir y caracterizar de acuerdo con el siguiente esquema:

1. Variables en el estado: instantneas, bsicas y descriptores de estado.2. Descripcin estadstica y frecuencial de las variables de estado o descripcin a corto plazo.3. Evolucin temporal de los estados y descripcin de duracin intermedia: Curvas de estado, ciclos de

solicitacin, de calma y de operatividad.4. Descripcin de larga duracin de los estados agrupados en intervalos de tiempo: estacional, anual, plu-

rianual y vida til.5. Regmenes o funciones de probabilidad (estacional, anual, plurianual y vida til) de las variables de esta-

do, teniendo en cuenta o no, su pertenencia a los ciclos de solicitacin y calma.

3.1.2.1.1 VARIABLES DE EVOLUCIN TEMPORAL RPIDA Y LENTA

El oleaje suele se el agente climtico principal para los diques de abrigo. El periodo de la ola, que es del orden desegundos, es una medida de su variabilidad temporal. Se dice que, en un punto del mar, el oleaje vara de forma rpida.Sin embargo, la variabilidad temporal de las mareas astronmica y meteorolgica es del orden de horas. Son manifes-

taciones lentas (con respecto al oleaje) todas aquellas cuya periodo de oscilacin es varias veces mayor que el perio-do del oleaje, es decir, los grupos de olas, las oscilaciones intermedias y las mareas meteorolgica y astronmica.

3.1.2.2 Dominios espaciales de trabajo

De acuerdo con la importancia de los procesos de generacin, evolucin y transformacin de los agentesclimticos, se definen cinco dominios espaciales de trabajo: (I) oceno y mar abierto, (II) plataforma continentalexterior, (III) plataforma continental interior y reas litoral incluyendo zona de rompientes, (IV) reas portuariasy (V) mares confinados de profundidad reducida. La importancia de los procesos en cada uno de ellos se deter-mina por el cociente entre la longitud caracterstica necesaria para que se produzca un cambio significativo en elcampo de las oscilaciones climticas martimas (y atmosfricas) y las dimensiones del dominio.

3.1.2.3 Otros factores de proyecto

En el proyecto de obras martimas y, en particular, de los diques de abrigo la seguridad, el servicio y la ope-ratividad dependen de los agentes del medio fsico climticos y ssmicos, que actan directamente sobre la obrao fuerzan la aparicin de otros agentes. En general, en ingeniera martima todos los factores de proyecto: par-metros, agentes y sus acciones pueden ser descritos siguiendo los dos apartados anteriores.

Comentario. La generalizacin de la descripcin de los agentes climticos y otros agentes permite un tratamiento unifor-me de la informacin y su aplicacin en la verificacin de la seguridad, el servicio y la operatividad. As, agen-tes tan diferentes como el oleaje, la presin intersticial en el terreno, la corrosin de una pila y la temperatu-ra del agua, asi como su variabilidad espacial y temporal, se pueden describir y analizar de forma anloga.Este mtodo permite organizar de forma rigurosa, coherente y homognea el anlisis de las condiciones detrabajo, la simultaneidad y compatibilidad de los valores de los agentes y acciones, y el clculo de la proba-bilidad conjunta de fallo y de uso y explotacin en la vida til o en cualquier otro intervalo de tiempo.

3.1.3 Descripcin de los agentes climticos

De acuerdo con el apartado 3.1.2.1 los agentes climticos (y otros factores de proyecto como el terreno ylos agentes ssmicos) se pueden describir en tres escalas de tiempo: corta, intermedia y larga.

3.1.3.1 Descripcin en el corto plazo: estados

A los efectos prcticos y con las restricciones impuestas, se admite que en un estado se produce un conjun-to de manifestaciones del agente o agentes que pertenecen a un proceso aleatorio estacionario y homogeneo, yque los descriptores estadsticos temporales y espaciales son invariantes. Esta descripcin se denomina de cortaduracin (o a corto plazo).

Comentario. En Espaa es habitual denominar estado de mar al estado de oleaje. Sin embargo, en estas Recomen-daciones se opta por generalizar estas definiciones, otorgando a cada una de ellas el mbito de aplica-cin de su denominacin, oleaje, nivel del mar, atmosfrico y meteorolgico. As el estado de nivel delmar incluye las manifestaciones lentas de la superficie libre del mar. El estado meteorolgico incluye elconjunto de manifestaciones de los agentes climticos forzados por la actividad atmosfrica: viento, pre-sin atmosfrica, oleaje y marea meteorolgica y, en su caso, meteomaremotos.

3.1.3.1.1 DOMINIOS DEL TIEMPO Y DE LA FRECUENCIA

La descripcin de un proceso aleatorio en el estado se puede hacer, o bien mediante el anlisis estadsticode una serie temporal de las variables bsicas para obtener sus modelos de probabilidad y sus momentos esta-

ROM 1.0-09



dsticos, o bien mediante el anlisis frecuencial de la serie para obtener su espectro frecuencial y direccional ysus momentos espectrales. Habitualmente el descriptor estadstico de estado es un valor estadstico muestral,por ejemplo, la media, el valor medio cuadrtico, etc., y el descriptor frecuencial de estado se elige entre los valo-res de los momentos espectrales o una combinacin de ellos, por ejemplo el rea bajo el espectro o momentode orden cero y que representa la varianza total del proceso.

Para los casos en los que los que la evolucin local de las variables instantneas (alrededor de su valor medio)sigan un modelo de probabilidad gaussiano, entonces, con amplia generalidad y con algunas hiptesis adicionales,se pueden establecer relaciones tericas entre las descripciones estadsticas y espectrales y entre los respecti-vos descriptores de estado, (tal y como se describe en la seccin 4.3.1).

Comentario. La descripcin a corto plazo de las oscilaciones del mar se apoya en la hiptesis de ergodicidad queacota la estacionariedad estadstica temporal y la homogeneidad estadstica espacial de los procesosaleatorios.

3.1.3.1.2 DIMENSIN ESPACIAL DE LA DESCRIPCIN DE ESTADO

La descripcin de estado de las oscilaciones del mar tiene carcter puntual; con carcter general, la descrip-cin del estado en un punto se podr suponer que es vlida en un cuadrado (o circunferencia) de centro el puntoy de lado (dimetro) del orden de un cuarto de la longitud de onda representativa de la oscilacin. Si la batime-tra es regular y no hay obstculos se podr ampliar el campo de validez.

3.1.3.1.3 DESCRIPCIN DE VARIABLES CINEMTICAS Y DINMICAS

En algunas ocasiones puede ser necesario describir otras variables instantneas relacionadas con la cinem-tica y dinmica atmosfrica o martima tales como la velocidad y la aceleracin de las partculas de agua, presio-nes y tensiones tangenciales sobre el terreno, etc., cuya variabilidad temporal y espacial est relacionada con lasoscilaciones que las causan. En el marco de la teora lineal, las descripciones de aquellas se pueden realizar enfuncin de la descripcin del desplazamiento vertical de la superficie libre a travs de las correspondientes fun-ciones de transferencia.

3.1.3.1.4 DURACIN DEL ESTADO Y DESCRIPCIN CONJUNTA DE VARIABLES RPIDAS Y LENTAS

La duracin del estado cuantifica el tiempo que debe transcurrir para que se produzca un cambio significa-tivo en la manifestacin del proceso y, en consecuencia, el tiempo durante el cual se admite que se cumplen lashiptesis sobre las que se sustenta. La duracin del estado viene limitada, entre otros, por la tasa o velocidad decambio del contenido energtico del oleaje; con carcter general en las costas espaolas se adoptar un inter-valo de tiempo de una hora.

Los agentes cuya tasa de cambio (o tiempo de evolucin del estado) sea bastante superior a la duracin delestado se podrn suponer constantes en el estado. Por ello, en general, las variables lentas asociadas a otros agen-tes de actuacin simultnea pueden representarse por su valor medio en el estado. Esto ocurre frecuentemen-te cuando se trabaja con descriptores de estado del oleaje y con variaciones del nivel del mar debido a las mare-as meteorolgica y astronmica. En todos los casos la descripcin conjunta de los agentes y de sus acciones enla obra debe fundamentarse en la concomitancia de sus escalas temporales.

3.1.3.2 Descripcin de duracin intermedia: ciclos

La evolucin temporal de los estados depende de la evolucin de los agentes forzadores y restauradores yde las caractersticas geomtricas y rugosidad de los contornos del cuerpo de agua en el que se producen. Surepresentacin grfica se denominan curvas de estado.



En general, el oleaje es el que tiene una evolucin temporal ms rpida; en pocas horas el mar pasa de estaren calma a mostrar condiciones de temporal, respondiendo, casi instantneamente a la evolucin de los cam-pos de velocidad de viento y presin atmosfrica. En el otro extremo la marea astronmica semidiurna nece-sita algo ms de doce horas para ascender desde la bajamar hasta la pleamar y su tasa de cambio es, aproxi-madamente, constante en cada una de las doce horas del periodo de la onda. Es conveniente ordenar la curvade estado en ciclos.

3.1.3.2.1 CICLOS DE SOLICITACIN

El ciclo de solicitacin es el tiempo en el que el valor de las variables que definen el estado permanece deforma continua por encima de un valor umbral. Los ciclos de solicitacin del oleaje se conocen tambin con elnombre de temporales. El ciclo de solicitacin de los estados meteorolgicos contiene la evolucin conjunta deloleaje, los grupos de olas y la marea meteorolgica. El ciclo de solicitacin de la marea astronmica agrupa lasoscilaciones de las mareas vivas. La presentacin de los ciclos de solicitacin de los maremotos y de la mareaastronmica (mareas vivas y muertas) no est relacionada con la ocurrencia de los ciclos meteorolgicos.

El valor del pico del ciclo de solicitacin y la duracin del ciclo son dos de sus variables aleatorias. Con los valo-res de pico se construye la muestra para ajustar el rgimen de picos sobre umbral. La duracin o persistencia delciclo es el tiempo de la excedencia del valor umbral que define el ciclo. Es conveniente dividir esta duracin en trespartes relacionadas con la generacin y crecimiento, mximo y descenso o amortiguamiento del proceso aleatorio.La duracin es una variable aleatoria y el valor medio de los ciclos de solicitacin suele ser del orden de das.

Comentario. Durante el tiempo de excedencia del valor umbral del descriptor de estado cese de operatividad, (elque transcurre entre dos ciclos continuos de operatividad) no hay condiciones para el uso y explotacinde la obra o alguno de sus tramos y en consecuencia es un tiempo de parada operativa.

3.1.3.2.2 CICLOS DE CALMA Y DE OPERATIVIDAD

El ciclo de calma es el tiempo en el que el valor de las variables que definen el estado permanece de formacontinua por debajo de un valor umbral de calma o de operatividad. La presentacin de los ciclos de calma estnasociados a condiciones de buen tiempo. Su duracin es una variable aleatoria y el valor medio de los ciclos decalma suele ser del orden de semanas, figura 3.3.2.

ROM 1.0-09



Figura 3.3.2. Ciclos de solicitacin, calma y operatividad de un ao meteorolgico

3.1.3.3 Descripcin de larga duracin: aos y vida til

En la descripcin de larga duracin se analiza la secuencia de estados, por aos meteorolgicos, identifican-do los valores umbrales de seguridad y servicio de los agentes cuya excedencia pueden afectar significativamen-te la fiabilidad y la funcionalidad de la obra. As mismo, se pueden identificar los valores umbrales de los agentesde uso y explotacin cuya excedencia pueden afectar significativamente la operatividad de la obra o tramo.

Principalmente para los agentes climticos, la descripcin y caracterizacin de larga duracin se suele reali-zar con el ao meteorolgico como unidad de tiempo. No obstante, dependiendo las circunstancias climticaslocales puede ser otro (por ejemplo, el invierno, el monzn, etc).

Comentario. Si se dispone de informacin es conveniente agrupar la descripcin de los agentes climticos por ciclosplurianuales de 11 a 13 aos, si bien, cuando no haya informacin al respecto, se podr suponer quecada ao meteorolgico es el resultado de pruebas estadsticas independientes, (apartado 3.7.1.7).

3.1.3.3.1 DESCRIPCIN EN LA VIDA TIL

En general, la duracin de una fase de proyecto y, en particular, la vida til de la obra o duracin de la fasede servicio se mide en aos meteorolgicos, por lo que la descripcin de los agentes y las acciones en una fasede proyecto se puede realizar considerando los valores de los descriptores en el ao y la verificacin de la obraen la vida til tomando el ao como prueba estadstica, figura 3.3.3.



Figura 3.3.3. Curva de estados de oleaje ordenadas por aos meteorolgicos

3.1.3.4 Regmenes y funciones de probabilidad

Un rgimen es la funcin de distribucin de una o varias variables de estado en un determinado intervalode tiempo. Si los valores de las variables pertenecen a las colas superior o inferior el rgimen es de mximos omnimos, en general de extremos, figura 3.3.4. Si los valores son centrados, el rgimen es de valores medios. Losregmenes son representativos de la variabilidad estadstica de los agentes durante dicho intervalo de tiempo.

En latitudes medias y para los agentes climticos, se puede aceptar la hiptesis de ao meteorolgico como pulsodel planeta y, por tanto, considerar el ao como prueba estadstica elemental independiente o suceso de Bernoulli.Los resultados de la prueba son una muestra de la que se pueden construir los regmenes extremales y medios por

aos meteorolgicos y vida til. En localizaciones especficas se pueden utilizar los mismos fundamentos para elabo-rar los regmenes en otros intervalos de tiempo, por ejemplo, estaciones, periodo hmedos y seco, etc.

Comentario. En Espaa se denomina rgimen de oleaje a la funcin de distribucin de los estados de oleaje en el aomedio, utilizando la altura de ola significante como descriptor estadstico del estado de oleaje. Se han apli-cado diversos modelos de probabilidad, entre ellos las funciones de Gauss, lognormal y Weibull.Se denomina rgimen de temporales a la funcin de distribucin del estado mximo del ao, utilizando laaltura de ola significante como descriptor del estado de oleaje mximo del ao. Se han aplicado diversosmodelos de probabilidad, entre ellos la funcin doble exponencial o de Gumbel y la funcin de Weibull.

3.1.4 Descripcin conjunta de los agentes climticos

Muchos de los agentes atmosfricos y martimos (1) comparten las causas forzadoras por lo que su descrip-cin conjunta debe apoyarse en sus es

Documents

rom-1.0-3-sept09