El TSUSY (Tsunami Simulation System) es una herramienta desarrollada en el IH Cantabria que permite la propagación numérica de tsunamis en tiempo real.

En caso de existir un terremoto que generase un tsunami, el IH Cantabria está en disposición de ofrecer, gracias al TSUSY, datos relevantes en un breve espacio de tiempo. Proporcionando, entre otros, mapas que recogen valores de tiempos de viaje de la ola de tsunami desde el epicentro hasta la costa, así como un orden de magnitud de la altura máxima de ola que se puede esperar en las diferentes zonas de afección del tsunami.

TSUSY

Alturas de ola máxima y tiempos de viaje (Tsunami de Japón del 11 de Marzo de 2011)

Para ello, el TSUSY utiliza los parámetros que caracterizan el terremotos y que proporciona el USGS (Servicio geológico de los Estados Unidos) breves instantes después de que suceda el seísmo. Con ellos, la herramienta ejecuta el modelo C3, también desarrollado en el IH Cantabria, con base al modelo COMCOT. Este modelo resuelve las llamadas "Shallow water Equations" en una serie de mallas con la batimetría que engloban todos los océanos, para calcular los resultados mencionados en cualquier parte del mundo.

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Dentro del ámbito de investigación del IH Cantabria, una de las líneas tradicionales de investigación ha sido el desarrollo de modelos numéricos para el estudio de procesos costeros relacionados tanto con la dinámica marina como con el transporte de sedimentos y las variaciones morfológicas en playas.

La línea de investigación de dinámica marina se centra en el estudio de propagación de oleaje, de corrientes y de nivel del mar, desde los procesos de turbulencia hasta los procesos en las mayores escalas espacio-temporales.

Los trabajos de morfodinámica de playas han contribuido a un avance científico mayor tanto en la simulación de la morfología de las playas en corto plazo con modelos de evolución en planta (2DH) y perfil (2DV), como en el entendimiento de los procesos de medio-largo plazo por medio de modelos de equilibrio de playas y de variabilidad estacional, invierno-verano.

IH Cantabria realiza un importante esfuerzo en la transferencia tecnológica de resultados científicos en beneficio de la sociedad, implementando modelos y metodologías de trabajo fruto de la investigación y la experiencia, en sistemas informáticos amigables y robustos. Un ejemplo de este tipo de herramientas es el Sistema de Modelado Costero. Atienden a un proceso continuo de validación a partir de medidas, tanto en el IHLabHidro, como en campo, o a través de sistema de monitorización de playas.

El IH Cantabria ha desarrollado numerosos proyectos de investigación sobre la gestión de las inundaciones, en especial tras la publicación de la Directiva 2007/60/CE, relativa a la evaluación y la gestión de los riesgos de inundación, tanto a nivel regional como nacional e internacional.

Dentro de esta línea de investigación la labor del instituto se centra en aspectos tales como el desarrollo y utilización de herramientas matemáticas específicas (como modelos bidimensionales), el estudio estocástico de caudales extremos o el análisis hidráulico de infraestructuras. Especial mención cabe hacer aquí de los trabajos realizados sobre el establecimiento de condiciones de contorno en la desembocadura de los ríos, donde se analiza la combinación de caudales fluviales y estados de mar asociados a diferentes combinaciones de marea y oleaje.  

Por otra parte, como resultado de los avances alcanzados en este campo de investigación, el IHCantabria ha establecido un convenio de colaboración con HR Wallingford, institución de referencia a nivel mundial en este ámbito, con el fin de desarrollar un sistema de modelado integral de gestión del riesgo de inundación. Dicho sistema tiene como objetivo prioritario la incorporación en la estimación de citado riesgo de criterios de estabilidad de defensas fluviales, de valoración de costes económicos y de protección de las vidas humanas.

msp1Conforme el oleaje se aproxima y propaga hacia la costa, éste sufre una transformación energética debida principalmente a la influencia de los contornos batimétricos, es decir que en general, el oleaje experimenta los efectos propios de la refracción, difracción, asomeramiento y disipación de energía debida a la fricción con el fondo. Cuando el oleaje se encuentra con estructuras de protección costera y/o instalaciones portuarias, aparecen procesos de reflexión de oleaje, interacción oleaje-estructura y en ocasiones, disipación de oleaje por efecto de la rotura.

En la actualidad, los modelos que se basan en las ecuaciones elípticas de la pendiente suave (elliptic mild slope equations), son los más empleados para este tipo de estudios, y ofrecen una manera práctica y eficaz, para evaluar adecuadamente la agitación portuaria, considerando contornos batimétricos reales, batimetrías complejas, para oleaje irregular.

Este tipo de modelos son capaces de resolver en un dominio numérico bidimensional, los procesos lineales de refracción, difracción, asomeramiento, y reflexión (total y parcial), y los procesos de disipación de energía del flujo por fricción y rotura del oleaje.

msp2El modelo numérico MSP, se basa en la aproximación elíptica de las ecuaciones de la pendiente suave, propuestas originalmente por Berkhoff (1972, 1976).

Estas ecuaciones resuelven el flujo oscilatorio dentro de geometrías portuarias complejas y sobre batimetrías reales, teniendo en cuenta forzamientos monocromáticos e irregulares de oleaje multidireccional.

Se trata de un modelo altamente versátil ya que permite analizar de forma sencilla y computacionalmente eficiente los patrones de agitación dentro y fuera de cualquier puerto ya sea de nueva construcción o una revisión de un puerto existente. El modelo permite, una vez configurada la geometría portuaria inicial, estudiar infinidad de alternativas, oleajes y casos de mejora / ampliación de cualquier puerto.

El modelo MSP Resuelve los patrones estacionarios de propagación de oleaje y las ondas largas, su transformación reflexión y agitación, dentro de dominios numéricos con contornos complejos, sobre batimetrías reales, a través de la utilización de mallas adaptativas en elementos finitos y resolviendo los patrones bidimensionales (2DH) de velocidades, superficie libre y altura de ola, considerando los procesos de asomeramiento, refracción, difracción, reflexión parcial y radiación del oleaje hacia el exterior del puerto.

Este modelo ha sido aplicado con éxito en diferentes proyectos nacionales e internacionales, tales como: msp3

o   Estudios de agitación en puertos reales
o   Prediseño y diseño de nuevas instalaciones portuarias
o   Estudios lineales de resonancia en puertos
o   Estudios de operatividad y gestión portuaria
o   Diseño de sistemas operacionales de ayuda a la construcción y explotación portuaria
o   Diseño del posicionamiento de estructuras provisionales de protección portuaria durante la etapa de construcción
o   Interacción oleaje-estructuras cilíndricas, muelles, y diques de talud vertical
o   Apoyo al diseño de modelos físicos en laboratorio
o   Modelación del oleaje en laboratorio numérico 2DH
o   Prediseño de campañas de medición de oleaje en campo

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globex1Las transformaciones no lineales que sufre el oleaje al aproximarse a la costa están acompañadas por la generación de oscilaciones de largo periodos inducidas por los grupos de ondas.

La no linealidad del oleaje es crucial para el trasporte de sedimento siendo responsable del acrecimiento y erosión de las playas. Mientras que en playas de gran pendiente los procesos no lineales ocurren localmente, la no linealidad en playas tendidas es significativa ya que esta tiene la posibilidad de desarrollarse en mayores escalas temporales y espaciales.

Actualmente existen lagunas en el conocimiento de muchos aspectos de la hidrodinámica en playas tendidas relacionados con la propagación y la interacción de las ondas cortas y largas y como estas oscilaciones afectan al transporte de sedimento. En este contexto, se ha realizado el proyecto GLOBEX (Gently sLOping Beach Experiments) dentro del programa europeo Hydralab. Los experimentos físicos se han llevado a cabo en el canal de oleaje Scheldt flume ubicado en Olanda donde ha sido construida una playa de hormigón de pendiente 1:80.

Los objetivos del proyecto han sido enfocados al estudio de algunos de los principales aspectos de la no linealidad de las olas, tales como: la disipación de la onda larga en la zona de rompientes, la celeridad de las ondas y dinámica de la capa limite. La alta resolución espacial y temporal adoptada durante los ensayos ha permitido recopilar una extensa base de datos que es usada para mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos en playas tendidas.

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Large scale measurements of wave loads and mapping of impact pressure distribution at the underside of parapets

Hydralab IV, More than Water: 2010 – 2014

Instalación: Large Wave Channel (GWK)

El enfoque coordinado e integrado de Hydralab tiene como objetivo facilitar el acceso a estructuras hidráulicas exclusivas y costosas dentro del Espacio Europeo de Investigación.

Dentro del proyecto Hydralab IV se engloba la tarea específica "Large scale measurements of wave loads and mapping of impact pressure distribution at the underside of parapets". El objetivo de este proyecto específico es realizar un estudio de las presiones de impacto que provocan olas rotas sobre estructuras monolíticas. La magnitud de las fuerzas que provocan este tipo de impactos es muy superior al que originan olas no rotas. Sin embargo, nunca con anterioridad se han medido las presiones de impacto que producen este tipo de fenómenos en la estructura por lo que en el presente proyecto se pretende cubrir dicho aspecto. La información registrada se utilizará, junto con las medidas de las condiciones hidrodinámicas del oleaje incidente y del rebase producido, para poder mejorar el conocimiento sobre este tipo de fenómenos, además de para mejorar modelos numéricos existentes (Losada et al. (2008), Lara et al. (2008)) y presentar unas guías de diseño.

Como objetivos parciales del proyecto se pueden detallar:

  • Medir las fuerzas inducidas por el impacto de las olas rotas y las presiones en la estructura monolítica.
  • Registrar la velocidad y el espesor del chorro de rebase y relacionar dichas variables con las condiciones de oleaje incidente, la situación de la estructura respecto el nivel de agua en reposo, su longitud y su forma y el rebase registrado.
  • Utilizar los resultados obtenidos en los dos puntos anteriores para mejorar el conocimiento sobre este tipo de eventos, así como los modelos numéricos existentes que reproduzcan estos fenómenos.
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El Grupo de Infraestructuras Costeras que dirige Javier L. Lara, organiza durante el mes de junio tres cursos dirigidos a investigadores y técnicos del sector de la ingeniería de costas.

Los cursos, de carácter eminentemente práctico se impartirán en Santander y Madrid en las siguientes fechas:

9 y 10 de junio: IH2VOF training course, Santander. Información y matrícula en: www.ih2vof.ihcantabria.com

11, 12 y 13 de junio: IHFOAM training course, Santander. Información y matrícula en: www.ihfoam.ihcantabria.com

17, 18 y 19 de junio: Modelado avanzado de clima marítimo y propagación de oleaje, Madrid. Información y matrícula en: www.ihpropaga.ihcantabria.com

 

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