Análisis de sensibilidad de observaciones visuales de oleaje en zonas de escasez de datos instrumentales

Abstract

La síntesis fundamental de la preente investigación es una profunda reflexión relativa al procedimiento de cálculo y diseño de las obras exteriores de abrigo desde el rompeolas o dique en talud clásico al dique vertical hasta el dique mixto ante agentes como el oleaje. La costumbre, la tradición, el estado del arte nos va conduciendo desde el más puro determinismo al proceso estadístico, probabilístico con una variable exógena muy bien conocida - la altura de la ora - y múltiples ligadas y correladas ampliamente desconocidad hasta la fecha - periodo, duración, ángulo de ataque, nivel de referencia del mismo, ... -. Esta situación nos ha llevado a calcular de forma univariada o, mejor dicho, a reproducir el comportamiento de los diques y su respuesta ante el clima marítimo de forma virtual. Un dique debe caracteriza su principio de reacción frente a la acción que representa un estado del mar. Su modo de fallo no es excluyente, sino relacionado y condicionado, por lo que la dificultad del diseño y dimensionamiento es mayor. Un estado del mar de cálculo es una combinación de variables exógenas que pretenden reproducir la realidad geometrizada y procesada estadísticamente bajo la combinación de diversos parámetros de dimensionamiento - altura de la ola, periodo, ángulo de ataque, ... - dando origen a un funcional, difícil de evaluar, de variables externas - exógenas - que actúan sobre la estructura condicionada, por ejemplo para el rompeolas, por su ángulo de fricción, profundidad, talud, permeabilidad y porosidad, peso específico, hasta un largo etcétera, donde no se puede olvidar el suelo ni el proceso constructivo. La reflexión nos conduce a observar la extraordinaria limitación de todos nuestros esquemas y programas de dimensionamiento de diques, pese al notable avance en sus desarrollos y datos de entrada, tanto en datos visuales como instrumentales o uso de radar. El estado de mar cálculo demuestra nuestro nivel global de incertidumbre en comparación con las inquietudes y rangos de error en los desarrollos científicos y numéricos de esta Tesis Doctoral. El trabajo consta de siete capítulos y un anejo que contiene los resultados gráficos de las simulaciones numéricas. A modo de introducción el el capítulo 1 se presentan los objetivos de la presente investigación y la metodología empleada para el desarrollo de la misma. En el capítulo 2 se describen los aspectos más relevantes de la mecánica de ondas que posteriormente serán empleados en el desarrollo de los ensayos numéricos. Se hace un repaso a las propiedades de las ondas de gravedad - energía, flujo de energía, presión, etc.-, a las modificaciones del oleaje en su propagación sobre fondos de profundidad variable - refracción y difracción - y las propieadades estadísticas del oleaje, prestando especial atención a la distribución de alturas de ola y periodos. Ante las diferentes formas de obtención de los registros de alturas de ola, en el capítulo 3 se realiza una revisión de las expresiones que correlacionan la altura de ola visuales y las instrumentales. De ello se deduce que no es fácil establecer dichas correlaciones debido a la disparidad de procedencia de los diferentes grupos de datos. También es destacable la escasez de datos existentes en la mayor parte del mundo por lo que entraña grandes dificultades a la hora de analizar con suficiente fiabilidad el clima de oleaje en dichas áreas. Como conclusión preliminar resulta básico para comprender el fenómeno del oleaje, conocer su ritmicidad - periodo - y magnitud - altura de la ola -. Expuestas las condiciones de las que se parte cuando se trata de observar el comportamiento en la propagación del oleaje cuando se producen variaciones tanto en la ritmicidad como en la magnitud del oleaje, es necesario analizar la respuesta a esas variaciones en el proceso de propagación. Para ello, se realizarán los ensayos numéricos pertinentes a tal efecto y cuyo proceso de elaboración y muestra de resultados quedan recogidos en el capítulo 5. Pero, previamente, se ha realizado una revisión de todos los esquemas numéricos contrastados y validados en el momento presente que se recoge en el capítulo 4. En dicho capítulo, primeramente, se ha incluido una reseña histórica de los modelos de propagación de trenes de onda, para, posteriormente, pasar a describir cada uno de los esquemas numéricos existentes en la actualidad tanto sus fundamentos teóricos como las soluciones numéricas a dichos planteamientos. Finalmente se abre un epígrafe aparte donde se describen los modelos numéricos desarrollados por investigadores españoles en los últimos tiempos. Como se apuntado en un párrafo precedente, en el capítulo 5 se describen los elementos necesarios para el desarrollo de las simulaciones numéricas - batimetrías y condiciones de oleaje - así como el análisis de los resultados obtenidos en las mismas. Dichos resultados, representados mediante mapas de propagación de oleaje - zonas de isoaltura de ola - , están recogidos dentro del anejo adjunto. Asimismo, se enumeran una serie de conclusiones que surgen como consecuencia del análisis anterior. Entre ellas cabría destacar la observación de la variación del periodo en la propagación, evalución, desarrollo y extinción de los temporales, la modelización de grupos y , con ello, los efectos de Hs,max --Tp y Hs --Tp,max, las variaciones de los coeficientes de refracción-asomeramiento con batimetrías suavizada y sin suavizar y las cotas de errores globales en modelos de expansión frontal de energía del oleaje. Por último, en el capítulo 6 quedan recogidas las conclusiones a las que nos ha conducido el proceso deductivo con el que se ha afrontado la investigación que se describe en esta Tesis Doctoral y que quedan sintetizadas en diversas variables o características como son las variaciones en la ritmiciadad del oleaje, análisis de los fenómenos de incidencia y reflexión, métodos de obtención de batimetrías, etc. Al final, se dejan abiertas nuevas líneas de investigación que aseguren el avance dentro del campo de la ingeniería marítima.