Ciencia Básica / Basic Science

RESUMEN EJECUTIVO

Cuando se requieren estructuras de protección costera es común el uso de rompeolas emergidos verticales o a talud conformados principalmente por elementos a gravedad, los cuales han sido exhaustivamente estudiados (Hudson (1951), d'Angremond et al. (1996), Goda (2000), van der Meer et al. (2005), por mencionar algunos). Entre sus desventajas se reconoce que son estructuras artificiales que afectan gravemente el balance ecológico y estético de un sitio, disminuyendo su potencial turístico y provocando efectos colaterales importantes en el medio ambiente. Una de las alternativas es el uso de rompeolas sumergidos, cuyo propósito es reducir la energía del oleaje que se transmite, al disipar y reflejar parte de las olas incidentes mediante los procesos de fricción ola-estructura y del rompimiento. Por lo general, este tipo de obstáculos son menos eficientes que los emergidos para bloquear la transmisión del oleaje, debido a que parte de las olas cruzan por encima sin sufrir cambios importantes, sin embargo si se diseñan correctamente pueden cumplir con funciones como creación de playas o evitar su erosión, entre otras, pero son necesarios más estudios para incrementar su eficiencia. Con el objetivo de maximizar los procesos de disipación y con ello el grado de protección costera de estas estructuras, en este estudio se proponen obstáculos sumergidos coronados con vegetación, que permitan bloquear parte de la energía que de otra forma se transmitiría libremente a la zona protegida. La idea se toma de la capacidad de cierto tipo de vegetación, como macro algas, pastos y manglares para convertir la energía cinética en flujos turbulentos que conllevan a procesos de disipación. Además, se conoce que mediante un arreglo estratégico de obstáculos, es posible desencadenar una condición de resonancia Bragg la cual es capaz de reflejar parte de la energía del oleaje incidente. Con estas ideas en mente, en este proyecto se propone abordar aspectos clave de ciencia básica que permitan entender los procesos hidrodinámicos que suceden en estos ambientes complejos de interacción ola-obstáculo-vegetación, en los dominios de la frecuencia y del espacio, para su aplicación en áreas de oceanografía e ingeniería, y que se refleje en un avance tecnológico para el diseño de rompeolas sumergidos.

Hipótesis

Existe una eficiente disipación de la energía del oleaje al interactuar con un arreglo de obstáculos coronados con vegetación, y los procesos hidrodinámicos asociados se pueden estimar mediante el desarrollo de funciones de transferencia resultado del entendimiento de la física involucrada en el problema.

Objetivo general

Estudiar numérica y experimentalmente la interacción del oleaje con obstáculos sumergidos, cuyas coronas estén conformadas por vegetación, para determinar y parametrizar fenómenos como reflexión, transmisión, rotura, disipación y redistribución de energía en los dominios de la frecuencia y el espacio.

Objetivos específicos

1. Seleccionar dos tipos de vegetación a utilizar en los experimentos con base en su distribución en la República Mexicana y su resistencia biológica a la hidrodinámica marina.
    
2. Analizar la disipación de la energía del oleaje al propagarse sobre los dos tipos de vegetación (e.g. pastos marinos y/o  macroalgas) y seleccionar ecuaciones paramétricas que representen dicha interacción con base en los resultados obtenidos.
    
3. Proponer modelos a escala y sus elementos estructurales, con y sin vegetación, para su estudio en laboratorio (canal de olas) y con programas de dinámica de fluidos por computadora (CFD por sus siglas en inglés) en dos dimensiones, donde se analice la interacción entre el oleaje y las estructuras.
    
4. Determinar los valores y tendencias de los fenómenos de flujo en los taludes de los obstáculos, así como la ocurrencia de reflexión Bragg.
    
5. Evaluar la influencia de la dirección de propagación del oleaje incidente en los procesos de disipación, redistribución y reflexión de energía mediante el uso de modelos numéricos hidrodinámicos tridimensionales y una cuenca de oleaje.
    
6. Parametrizar los procesos de reflexión, disipación, transmisión y cambio espectral del oleaje con el fin de encontrar relaciones simples como función de las condiciones del tren de olas y la geometría del obstáculo.

Instituciones que participan

• Universidad de Colima
   
• Instituto de Ingeniería de la UNAM
   
• CICESE