UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES

OBRAS MARITIMAS 2009

TAREA N°1 APLICACIONES DE MECÁNICA DE OLAS

1. MODELACIÓN FÍSICA DE UN TSUNAMI

El estudio de las ondas de tsunami generadas por dislocaciones tectónicas en la zona de subducción de la costa occidental de América del sur puede acometerse mediante modelación física a escala reducida en un canal de olas como el que se ilustra en la Figura 1:

Figura 1: Esquema de funcionamiento de un canal de olas.

El desplazamiento inicial de la masa de agua se puede simular mediante una placa inclinada de desplazamiento vertical. La placa oscilante presenta un moviendo un movimiento sinusoidal de amplitud A, período T y ángulo α respecto de la vertical, que reproduce la inclinación con la cual la Placa de Nazca subduce a la Placa Sudamericana en la zona de generación de la dislocación.

En calidad de consultor especialista en obras marítimas se le solicita:

a) Establecer las ecuaciones analíticas y condiciones de borde que rigen la mecánica de las

ondas en estudio. Como primera aproximación se recomienda derivar una teoría lineal y omitir los efectos anómalos que se generan en la esquina inferior de la paleta. (1,0 pts.)

b) Indicar y discutir los supuestos utilizados en la derivación de la teoría lineal. (0,5 pts.)

c) Discutir las ventajas y limitaciones del modelo físico utilizado, poniendo énfasis en la representatividad del mecanismo de generación del oleaje producido por un movimiento armónico simple de la paleta. (0,5 pts.)

2. ESTIMACIÓN DE FUERZAS POR OLEAJE SOBRE UN MUELLE

Una estructura de uso común en obras costeras es el muelle de penetración (Figura 2). Como sistema de transferencia de carga al suelo, esta tipología se conforma de elementos esbeltos (pilotes de acero, hormigón o mixtos) los cuales, al estar en zonas expuestas al oleaje, son sometidos a cargas hidrodinámicas relevantes.

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Figura 2: Muelle Caleta Portales.

El cálculo de las inducidas por un flujo oscilatorio sobre cuerpos es un tema complejo el cual tiene variadas formas de ser abordado, dependiendo del grado de exactitud requerido para el estudio del fenómeno. Las normativas actuales del diseño de obras marítimas recomiendan el uso de la teoría lineal del oleaje, por su fácil implementación en comparación a teorías no lineales que suelen implicar desarrollos más complejos. La ecuación de Morison (1950) establece que la fuerza neta sobre un pilar aislado corresponde a la suma de las fuerzas de arrastre y e inercia, relacionadas con la velocidad y aceleración del flujo respectivamente. A continuación se esta fórmula para un elemento diferencial y para la fuerza total integrada en la vertical.

En calidad de consultor especialista en obras marítimas se le solicita:

d) Para una sola combinación de diámetro, profundidad, período y altura de ola, escogida de

entre los valores presentados en la Tabla 1, determinar la distribución vertical de fuerzas máximas debidas al oleaje por unidad de longitud y el corte basal máximo usando la ecuación de Morison para un pilar vertical aislado. (2,0 pts.)

e) Efectuar un análisis de sensibilidad para los rangos considerado en la Tabla 1 mediante

gráficos o tablas y efectúe un análisis de resultados. (2,0 pts.)

Ayuda: Utilice expresiones de la teoría lineal del oleaje para evaluar el campo de velocidades y aceleraciones.

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Tabla 1: Valores de parámetros a utilizar en el análisis de sensibilidad.

Item Datos Diámetro, D 0,5 a 2 [m] Profundidad, h 5 a 20 [m] Período, T 8 a12 [s] Altura de ola, H 2 a 6 [m] Coeficiente de Arrastre, Cd 1.2 Coeficiente de Inercia, Ci 2.0

3. CONDICIONES DE ENTREGA La entrega de la tarea debe efectuarse en formato impreso con respaldo digital y debe ser riguroso en el orden y características propias de un informe técnico. Éste debe contener como mínimo las siguientes secciones: Portada, índice, introducción, memoria de cálculo, resultados y análisis de resultados, conclusiones y bibliografía. El informe debe ser escrito en lenguaje técnico y debe incluir, en las secciones anteriores, el planteamiento del problema, el fundamento teórico y los supuestos de las metodologías utilizadas, análisis de sensibilidad y todos los aspectos que a su juicio facilitarán la comprensión del documento. El documento será evaluado en sus aspectos formales de formato, redacción, sintaxis, ortografía, calidad y claridad de gráficos y tablas, uso de herramientas de apoyo como fotografías, informes de salida a terreno, entre otros (es decir, exceptuando los cálculos y resultados). (1,0 pts)

La tarea debe ser efectuada en grupos de dos personas.

La fecha de entrega es el 4 de septiembre de 2009 en secretaria de Obras Civiles. Se publicará una fecha de consultas una semana antes de la entrega.

Profesor: Patricio Winckler Grez Ingeniero Civil, MSc. In Environmental Technology Máster en Ingeniería de Puertos y Costas

Ayudante: Víctor Mendoza Bahamondes Memorista de Ingeniería Civil UTFSM

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