Capa límite de fondo y superficial asociada a oscilaciones de múltiple escalainfluencia en el transporte de sedimentos y la morfología costera

Resumo

La presente tesis doctoral se estructura en dos partes. En la primera, se han caracterizado las implicaciones en la dinámica litoral y la morfología costera del acoplamiento entre parámetros atmosféricos (viento y presión barométrica), e hidrodinámicos (oleaje y corriente) en la capa límite superficial de una playa natural (Playa de Carchuna, Granada). En la segunda, se ha investigado la dinámica de la capa límite de fondo inducida por flujos oscilatorios estacionarios (grupos regulares y trenes monocromáticos), reproducidos en un canal de generación oleaje-corriente. En la primera parte se han caracterizado los parámetros hidrodinámicos cerca de la costa, empleando perfiladores de corrientes y velocímetros, posicionados fuera de la zona de rompientes, así como los parámetros atmosféricos en la playa, empleando sensores barométricos de presión y anemómetros sónicos bidimensionales. El estudio ha permitido definir el efecto local de la topografía en el campo del viento, junto con la variabilidad espacial, a lo largo de la línea de costa, de la altura de ola significante y de la dirección media de incidencia del oleaje. Se ha mostrado la existencia física del fenómeno de acoplamiento entre los parámetros atmosféricos e hidrodinámicos, creado por la separación del flujo de aire sotavento de un obstáculo geográfico y cómo este acoplamiento puede reforzar las formaciones morfológicas de gran escala presentes en la línea de costa. Un análisis de las imágenes de una estación de vídeo-monitorización costera, capturadas durante una sucesión de eventos de elevado y moderado contenido energético, ha permitido analizar la evolución de la línea de costa y la recuperación a su estado previo. Este estudio, junto con la evaluación del transporte de sedimentos fuera de la zona de rompiente, ha permitido cuantificar la capacidad potencial de transporte en playas mixtas de arena y grava. En la segunda parte se ha efectuado un estudio experimental de la hidrodinámica de la capa límite de fondo inducida por flujos oscilatorios estacionarios, caracterizados por bajos números de Reynolds, propagándose sobre fondo fijo e impermeable de profundidad constante, bajo condiciones de teoría lineal de ondas sin rotura. Las medidas han sido realizadas en el canal de generación oleaje-corriente instalado en el Centro Andaluz de Medio Ambiente (CEAMA-UGR), empleando simultáneamente sensores de nivel para la obtención de la superficie libre y anemometría láser (LDV) para la obtención de las componentes de velocidad en la capa límite de fondo. Se ha desarrollado una metodología de análisis de datos de LDV, que tiene en cuenta el carácter de múltiple escala del flujo oscilatorio. La metodología se ha aplicado para definir las componentes de velocidad en la capa límite de fondo inducida, tanto por oleaje monocromático como por un grupo regular. Los perfiles de velocidad, en el caso monocromático, se ajustan bien a la predicción teórica (modelo lineal, laminar), dando confianza a la calidad de los ensayos y a la validez del método de análisis. A partir de los perfiles instantáneos de la velocidad en la capa límite, se ha estimado la corriente residual Euleriana inducida por un grupo regular y asociada a las escalas de la onda corta y del grupo. Los resultados experimentales muestran la existencia (1) de inversión de flujo en la capa límite en presencia de grupos regulares estacionarios y, (2) de células de circulación relacionadas con las escalas de la onda corta y del grupo.