MOdelado numérico del efecto del VIento en la interación del OLeAje con estructuras (MOVIOLA).

El proyecto MOVIOLA , actualmente en curso, se desarrollará en el periodo 2012-2014 dentro de la convocatoria del plan nacional (HACER).

El objetivo fundamental de esta investigación es mejorar nuestro conocimiento y nuestras capacidades de predicción en la interacción del oleaje con el viento en las cercanías de las obras marítimas en presencia de viento. Este proyecto nace a partir de las líneas de investigación abiertas durante el desarrollo del proyecto MOTIOM (BIA2008-05462) en el que se estudiaron los procesos tridimensionales que desarrolla el oleaje en las estructuras costeras, centrando el análisis en morros de diques y en el rebase sobre estructuras.

El análisis tradicional del efecto de viento se ha hecho bien mediante en ensayos de laboratorio, donde el escalado de los modelos físicos limita la universalidad de los resultados, o bien a partir de medidas en campo, con una gran variabilidad espacial y falta de control de las variables externas. Aunque el número de trabajos no es muy elevado y no se ha materializado en ninguna herramienta predictiva en forma de formulación semi-empírica fiable y general, el efecto del viento en el rebase es de sobra conocido, actuando sobre el oleaje peraltando la ola de manera adicional y aumentando las tasas de rebase.

El proyecto se centra principalmente en la mejora del modelado de la rotura con y sin viento, aspecto fundamental en el rebase, para lo que se considera la presencia de aire y su efecto sobre la ola, y en las mejoras de las condiciones de absorción de oleaje, para generar situaciones más realistas que permitan mejorar las técnicas predictivas. La metodología propuesta pretende usar el modelado numérico tridimensional de las ecuaciones de Navier-Stokes y la experimentación física centrada en el rebase en diques verticales. Para el estudio numérico se usará el modelo IH3-VOF, desarrollado dentro del proyecto MOTIOM, en el que se introducirá la física del aire, ampliando el espectro de los procesos físicos a estudiar en el proceso de interacción del oleaje con estructuras costeras. Los resultados numéricos serán validados a partir de una campaña experimental de ensayos diseñada para tal fin en un tanque (CCOB, Cantabria Coastal and Ocean Basin) dotado con un sistema de generación de oleaje y viento que lo hace idóneo para ser usado en esta investigación. Los resultados del proyecto servirán para mejorar y optimizar el diseño funcional y de estabilidad de las estructuras costeras reduciendo las incertidumbres originadas por el efecto del viento en la determinación de las tasa de rebase y los esfuerzos, hoy en día muy difíciles de determinar, y generando una herramienta para su cuantificación.

Publicado en Proyectos I+D

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.
Publicado en Proyectos I+D

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.

Publicado en Proyectos I+D

Uno de los aspectos fundamentales en la caracterización de las dinámicas meteo-oceanográfica es la representación simplificada, muchas veces probabilística, de parámetros y funciones de distribución de las variables ambientales.

Los investigadores de este grupo han desarrollado en los últimos 10 años diversas metodologías para la definición univariada y multivariada del clima marino, tanto en régimen medio, régimen extremal o régimen de persistencias (curvas IDF). Fruto de estas investigaciones, se han desarrollado recientemente 2 tesis doctorales dedicadas a la representación del clima marítimo con técnicas de minería de datos y al modelado no estacionario de extremos de oleaje, viento, precipitación y nivel del mar.

La generación de bases de datos sobre variables descriptoras del medio marino constituye el elemento base y esencial para el análisis de la dinámica climática y el cambio climático. En IH Cantabria la generación de cada base de datos implica un proceso metodológico que incluye, además de la simulación numérica de la variable objetivo, la validación de las simulaciones mediante medidas instrumentales, la calibración de las bases de datos simuladas y la caracterización climática.

Es por ello que las bases datos de oleaje, nivel del mar y viento presentan tres características relevantes: la calidad contrastada, la disponibilidad cerca de costa y la longitud de las series temporales disponibles, que es fundamental para el estudio de los cambios históricos observados o de la evolución del clima futuro.

Además, en el IH se están desarrollando nuevas técnicas para la generación de bases de datos de proyecciones climáticas futuras con suficiente resolución espacial para el análisis regional.

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.

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