1. Número de Iribarren y sus Aplicaciones en Ingeniería Marítima

El número de Iribarren (ζ), también conocido como surf similarity parameter, se define como:

ζ = (tan α) / √(H/L)

Este parámetro adimensional es fundamental y se aplica para:

1. Determinación de formas de rotura de las olas.
2. Cálculo del remonte (run-up): R_u/H = γ(ζ).
3. Cálculo de la reflexión: C_r = αζ².
4. Cálculo de diques en talud, utilizando fórmulas como las de Van Der Meer o Losada, ya que el parámetro ζ relaciona la pendiente del talud y el peralte de la ola.

2. El Trío Geométrico de Carter y su Empleo en Ingeniería Marítima

Es un conjunto de tres monomios adimensionales que se definen y emplean de la siguiente manera:

1. H/h (Indicador de rotura): Relacionado con el índice de rotura γ_b, permite conocer la naturaleza del fondo (plano, suave o abrupto).
2. H/L (Indicador de peralte): Indica la forma de rotura de las olas por el efecto del peralte.
3. h/L (Indicador de zonificación): Permite dividir el mar en tres zonas según la profundidad relativa:
   • Aguas profundas (o indefinidas): h/L > 1/2
   • Aguas de transición: 1/25 < h/L < 1/2
   • Aguas someras: h/L < 1/25

3. Refracción y Difracción de Olas

Hipótesis de la Refracción

Las hipótesis fundamentales de la refracción del oleaje son:

1. El periodo (T) de la ola permanece constante.
2. El flujo de energía entre dos ortogonales es constante.
3. La celeridad (C) es función exclusiva de la profundidad: C = f(h).
4. El avance del frente de olas es lento y ortogonal a la batimetría, la cual se considera recta y paralela.
5. La costa es sensiblemente paralela a la batimetría.

Diferencias entre Refracción y Difracción

Transferencia de Energía

Refracción: Frontal. / Difracción: Lateral.

Longitud de Onda

Refracción: Afecta a un amplio rango de longitudes de onda. / Difracción: Es más significativa cuando la longitud de onda es comparable al obstáculo.

Dónde ocurre

Refracción: En zonas de transición de profundidad. / Difracción: Al encontrar un obstáculo.

Cálculo de la altura de ola

Refracción: H_i = K_r · H₀. / Difracción: H_i = K_d · H_e.

Régimen de cálculo

Refracción: Régimen de extremos (H_s, T_r). / Difracción: Régimen operacional (H_1/2).

4. Limitaciones del Perfil de Equilibrio de Dean

Las principales limitaciones del perfil de equilibrio de Dean son:

• Se considera un perfil bidimensional sin difracción. Esto implica que en una playa en equilibrio, el transporte neto longitudinal es nulo o constante e independiente del transporte transversal (no hay transferencia lateral de energía).
• La disipación de energía por unidad de volumen en la zona de rotura se asume constante.
• La evolución de la altura de ola en la zona de rotura sigue la relación H_b = γ_b · h_b, con un índice de rotura γ_b ∈ [0.7, 1].
• No considera variaciones del nivel del mar, es decir, no tiene en cuenta el efecto de la marea.

5. Servidumbres en Dominio Privado según la Ley 2/2013

La Ley 2/2013, de 29 de mayo, de protección y uso sostenible del litoral, establece las siguientes servidumbres y zonas en terrenos de dominio privado colindantes al dominio público marítimo-terrestre:

• Servidumbre de protección: Recae sobre una zona de 100 metros medida tierra adentro desde el límite interior de la ribera del mar.
• Servidumbre de tránsito: Es una franja de 6 metros de anchura, medidos desde la ribera del mar, que debe dejarse permanentemente expedita para el paso público peatonal y para los vehículos de vigilancia y salvamento.
• Zona de influencia: Comprende una franja de, como mínimo, 500 metros de anchura a partir de la ribera del mar.

6. Factores a Considerar en una Alimentación Artificial de Playas

Para el diseño de una alimentación artificial, se deben evaluar los siguientes factores:

• Grado de ocupación de la playa: Relación de superficie por usuario (m²/usuario).
• Geometría de la playa: Si se trata de playas rectas y largas o playas cortas y encajadas.
• Dimensión de la playa seca: Incluyendo el resguardo, la cota media anual y la anchura útil.
• Condiciones de seguridad en el baño: Anchura de la zona de rotura, presencia de corrientes de resaca (rip currents), pendiente de la playa y tipo de rotura de las olas.
• Características de los sedimentos: Se debe analizar la compatibilidad del material de aporte, incluyendo su tamaño (diámetro medio), desviación típica y composición.
• Perfil de la playa: Tanto el perfil emergido como el sumergido.

7. Diferencias entre «Rip-Current» y «Undertow»

Rip-Current (Corriente de Resaca)

Son corrientes de retorno superficiales, tanto transversales como longitudinales, que se forman para evacuar el exceso de agua acumulado en la costa cuando el oleaje cobra intensidad. Crean canales de desagüe localizados y de alta velocidad que se dirigen mar adentro.

Undertow (Corriente de Fondo)

Es una corriente de retorno que se produce bajo la superficie, generalmente con oleaje de menor intensidad. Consiste en el desagüe del volumen de agua lanzado hacia la orilla entre una ola y la siguiente, fluyendo por el fondo en dirección contraria a la propagación de las olas. Son corrientes principalmente transversales a la costa.

8. Aplicabilidad de la Hipótesis de Refracción en la Difracción

No es posible aplicar las hipótesis de la refracción (como las utilizadas en los métodos de rayo-frente) para analizar la difracción.

La razón es que una de las hipótesis fundamentales de la refracción es que la batimetría sea recta y paralela, permitiendo un cambio gradual en la dirección de la ola. En cambio, la difracción es una perturbación del movimiento ondulatorio causada por un cambio brusco, como un obstáculo, que provoca una expansión lateral de la energía de la ola.

9. Relación entre el Perfil de Playa, Ondas y Transporte de Sedimentos

El perfil de una playa se puede zonificar según la interacción del oleaje y el transporte de sedimentos:

• Desde aguas profundas hasta la profundidad de cierre (d_s): En esta zona, el oleaje no interactúa con el fondo, por lo que no hay movimiento de sedimento ni cambios en el perfil.
• Entre la profundidad de cierre y la profundidad activa: El movimiento del fondo es posible. Algunos perfiles pueden cambiar y se produce transporte transversal de sedimentos.
• Entre la profundidad activa y la costa (zona de surf): El movimiento de sedimento es seguro y constante. El régimen es turbulento debido a la rotura de las olas, lo que intensifica el transporte de sedimentos.

10. Cálculo de la Altura de Ola de Diseño para un Contradique

Para calcular la altura de ola de diseño de un contradique situado a la sombra del dique principal de abrigo, se deben considerar y comparar dos escenarios:

1. Oleaje generado localmente (fetch limitado): Se debe calcular la altura de ola que puede generarse dentro del propio puerto por la acción del viento.
2. Oleaje difractado: Se considera la ola que penetra en el puerto tras ser difractada por el morro del dique principal. Una condición simplificada es considerar una altura de ola del 50% de la altura de ola de diseño (H_d) del dique exterior.

La altura de ola de diseño para el contradique será la mayor de las dos calculadas.

11. Pasos del Método Holandés para Alimentación Artificial de Playas

El método holandés para la alimentación artificial de playas consta de los siguientes cinco pasos:

1. Medir, durante un periodo de al menos 10 años, las tasas de retroceso de la línea de orilla.
2. Calcular la pérdida de arena anual (en m³/año) para cada sección de la costa.
3. Añadir un 40% adicional al volumen de pérdidas calculado para compensar incertidumbres.
4. Multiplicar la cantidad total por el número de años de la vida útil deseada para el proyecto (ej: 5 años).
5. Colocar en la playa la cantidad total de arena calculada.

12. Diferencia entre DANA y Gota Fría

• DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos): Es el término meteorológico técnico para una masa de aire frío en altura que se ha desprendido de la circulación general, provocando inestabilidad atmosférica.
• Gota Fría: Es el término coloquial para los episodios de lluvias torrenciales e inundaciones que se producen típicamente en la costa mediterránea española como consecuencia de una DANA.

Es muy poco probable que se dé un episodio de «gota fría» con las características típicas del Mediterráneo en Bilbao, aunque una DANA sí puede afectar a la zona cantábrica y provocar lluvias intensas.

13. Condiciones Más Peligrosas para el Baño en Playas con Marea

Las condiciones más peligrosas para el baño pueden darse tanto en marea alta como en marea baja:

• Con marea alta (pleamar): El área de playa se reduce, las olas rompen más cerca de la orilla y aumenta el riesgo de ser atrapado en corrientes de resaca.
• Con marea baja (bajamar): Las olas rompen más lejos, pero se pueden formar zonas de fuertes corrientes de retorno en los canales que se descubren.

14. Flujo de Energía entre Ortogonales para Maremotos

Una hipótesis de la refracción es que el flujo de energía (F) entre dos ortogonales permanece constante (F₀ = F_i). Un maremoto (tsunami) se comporta como una onda larga en aguas someras (C = √(gh)).

Aplicando la conservación del flujo de energía (F = E · C_g), se obtiene la Ley de Green, que describe el aumento de la altura de la ola al acercarse a la costa:

H_i = H₀ · (h₀/h_i)^1/4

15. Explicación y Empleo de los Ábacos de Goda

Los ábacos de Goda son gráficos que permiten estimar las modificaciones del oleaje (refracción y asomeramiento) sobre batimetrías de rectas de nivel paralelas. Existen tres ábacos para distintos valores del parámetro de peralte espectral (S_máx): 10, 25 y 75.

Estructura de los ábacos:

• Eje de abscisas (X): Profundidad relativa h/L₀.
• Eje de ordenadas (Y): Coeficiente de refracción-asomeramiento (K_r).
• Curvas: Cada una corresponde a un ángulo de incidencia en aguas profundas (α₀).

16. Solución para Fugas de Arena en un Espigón Curvo

Problema: El pie de un espigón curvo no retiene completamente el perfil sumergido de un relleno de arena, modificando la línea de orilla esperada.

Análisis: Un espigón es una barrera al transporte de sedimento. Si no es integral hasta la profundidad de cierre, el material puede escapar por su base.

Solución Funcional: Para asegurar la estanqueidad, se puede reajustar la cimentación del espigón para que se adapte mejor al perfil sumergido o reforzar su base con estructuras adicionales, como un dique bajo o banquetas de escollera, para evitar la fuga de sedimento.

17. Modelo de Ondas para Tsunamis y Mareas Astronómicas

Marea Astronómica

Se modela como una onda de periodo muy largo (T ≈ 12h 25′), generada por el potencial gravitatorio Sol-Tierra-Luna. Sus fuerzas restauradoras son la gravedad y Coriolis.

Tsunami

Es una onda de periodo largo (5 min < T < 60 min), generada por un sismo. Su principal fuerza restauradora es la gravedad. Debido a su enorme longitud de onda, siempre se propaga como una onda en aguas someras.

18. Cómo Actuar si el Mar nos Arrastra hacia Adentro

Si siente que una corriente le arrastra mar adentro, probablemente está en una corriente de resaca (rip current). Debe actuar así:

1. Mantener la calma y no nadar contra la corriente.
2. Nadar en paralelo a la costa para salir de la corriente.
3. Una vez fuera, nadar de vuelta a la orilla.

19. Escalas Temporales en Ingeniería de Costas

Escala de Perfil

Los cambios en el perfil (transporte transversal) ocurren en escalas de tiempo cortas (estacional-anual), con formación de barras durante temporales y de bermas durante calmas.

Escala de Planta

Los cambios en la planta (transporte longitudinal) que reestablecen la línea de costa son mucho más lentos y ocurren en una escala temporal hiperanual (varios años a décadas).

20. Tipo de Rotura para Oleaje con S_máx = 10

Un valor de S_máx = 10 corresponde a un oleaje de tipo sea (peralte elevado). Para determinar la rotura, se usa el número de Iribarren (ζ).

Asumiendo una pendiente suave (tan α ≈ 0.1) y un peralte típico (H/L ≈ 0.04), el cálculo es:

ζ = 0.1 / √0.04 = 0.5

Un valor de ζ ≈ 0.5 indica una rotura en la transición entre spilling (vertiente) y plunging (de vuelco).

21. Influencia del Diámetro Medio de la Arena

La variación del diámetro medio de la arena afecta a la playa de la siguiente forma:

• Pendiente: A mayor diámetro, la playa puede sostener una pendiente más pronunciada.
• Estados modales: Un diámetro mayor favorece perfiles reflectantes (convexos, con berma), mientras que un diámetro menor favorece perfiles disipativos (cóncavos, con zona de surf ancha).
• Parámetro de Dean (Ω = H_b / (w_sT)): Un diámetro mayor implica una mayor velocidad de caída (w_s), lo que resulta en un parámetro de Dean menor, asociado a perfiles reflectantes (acumulación).

22. Cálculo de Ola de Diseño con el Método POT

El método POT (Peak Over Threshold) es una técnica estadística para el análisis de valores extremos. Con los datos proporcionados:

• Umbral (α): 4 m.
• Tasa de excedencia (λ): 300 tormentas / 30 años = 10 tormentas/año.
• Parámetro de escala (β): 0.60.
• Parámetro de forma (γ): Se asume 1.

Cálculo de la Ola de Diseño (H_s)

Para un periodo de retorno de T_r = 475 años (típico para una vida útil de 50 años y probabilidad de fallo del 10%), la altura de ola significante de diseño se calcula con la fórmula:

H_s(T_r) = β * [-ln(1 / (λ * T_r))]^(1/γ) + α

H_s(475) = 0.6 * [-ln(1 / (10 * 475))] + 4 = 9.08 m

Esta H_s se utilizaría en las formulaciones de diseño del dique vertical.