Caracterización del oleaje en los extremos del Tercer Juego de

Caracterización del oleaje en los extremos del Tercer Juego de Esclusas
del Canal de Panamá
Nicolás Tomazín, Mariano Re, Pablo García
Laboratorio de Hidráulica -Instituto Nacional del Agua
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
RESUMEN: En el marco del proyecto para la construcción de un tercer juego de esclusas en el Canal de
Panamá, el INA participó en una serie de estudios orientados a la optimización del mismo. Parte de las tareas
desarrolladas en ese contexto consistieron en evaluar las características del oleaje en las zonas de acceso al
canal y analizar su propagación hasta el sector de esclusas a los efectos de proveer información de base que
pudiera ser utilizada para el dimensionamiento de las compuertas expuestas a la acción de la olas. En este
trabajo se presentan los aspectos más destacados del estudio elaborado por el INA, describiendo,
fundamentalmente, el análisis de la información utilizada, provista por un Modelo Global de Oleaje, y el
desarrollo de la metodología aplicada para modelar de la propagación de las olas.
INTRODUCCIÓN
La ejecución de proyectos de ingeniería emplazados en un ámbito marino con un adecuado marco de
seguridad y eficiencia depende, entre otros, del conocimiento de las características del oleaje para el área
costera en las inmediaciones del sitio de interés. Históricamente, la falta de información motivada por
dificultades técnicas y por los elevados costos que representa la medición directa del oleaje han constituido
serias complicaciones para el desarrollo de este tipo de estudios.
Los Modelos Globales de Olas responden a nuevos avances tecnológicos logrados en numerosos campos y
son una alternativa interesante para la caracterización del oleaje cuando no se dispone de mediciones de
largo plazo. Dado que estos Modelos Globales producen información sobre grillas de relativamente baja
resolución, se hace necesario complementar esos resultados con modelos locales o regionales que permiten
evaluar el oleaje en posiciones específicas a partir de la información generada en un nodo cercano por el
Modelo Global.
Por otra parte, la acción de los distintos mecanismos físicos que intervienen en el proceso de transformación
del oleaje en la propagación desde aguas profundas hacia un área costera hace que la aplicación de un único
modelo matemático capaz de resolver el problema en formal integral resulte inviable. Consecuentemente, el
desarrollo de esta tarea requiere la aplicación combinada de diferentes herramientas de modelación que
permitan representar el problema, en cada caso, con escalas espaciales diferentes y con una formulación
matemática adecuada, considerando, cada uno de ellos, el predominio de distintos procesos físicos asociados
a la transformación del oleaje.
INFORMACIÓN DE BASE
Los datos de vientos y olas utilizados en este estudio fueron provistos por la agencia meteorológica
ARGOSS (Advisory and Research Group on Geo Observation Systems and Services).
La información de olas fue generada por el modelo Wavewatch III, el cual es un modelo de oleaje de tercera
generación desarrollado por la NOAA/NCEP (National Oceanic and Atmospheric Administration / National
Centers for Environmental Predictions). Estos resultados son calibrados y validados, utilizando información
satelital, lo cual mejora la confiabilidad de la información en áreas oceánicas muy extensas.
Los datos utilizados en este estudio correspondieron a los nodos ubicados en 07° N; 78° 45´ W (Océano
Pacífico) y 10° N; 80° W (Mar Caribe) (Figura 1). Los mismos constituyen una serie cronológica de 17 años,
con un intervalo de 3 horas, para un período de tiempo comprendido entre el 1/1/1992 y el 31/12/2008.
Las variables provistas en los registros son intensidad y dirección del viento (a 10 m de altura), altura de ola
significativa (Hs), período medio (Tm) y dirección de propagación para el espectro total resultante, como así
también y en forma separada, para las olas oceánicas (swell) y las olas locales (wind sea).
Figura 1. Ubicación de datos de oleaje
La información de base fue procesada convenientemente a los fines de seleccionar los datos más relevantes
para el estudio. Uno de los productos más importantes para la caracterización de los datos lo constituyen las
rosas de vientos y olas, las cuales son presentadas en la Figura 2.
Rosa de Vientos para el Nodo Pacífico
Rosa de Vientos para el nodo Atlántico
Figura 2. Rosas de vientos correspondientes a los nodos de información utilizados
Estas figuras permiten apreciar con claridad la distribución direccional de los datos y al mismo tiempo brindan
información sobre la frecuencia de ocurrencia y la magnitud (intensidad del viento o altura de la ola) de la variable
analizada.
ANÁLISIS DE DATOS DE OLAS – ESTADÍSTICA DE VALORES EXTREMOS
El análisis de valores extremos de alturas de olas e intensidad de viento se realizó sobre la base de
información referida a valores máximos anuales correspondientes al período 1992-2008 para los datos
registrados en los nodos de ARGOSS. El conjunto de datos seleccionado para el análisis comprende solo
aquellas direcciones para las cuales el oleaje, propagándose desde la ubicación de los nodos, pueden alcanzar
ambos extremos oceánicos del canal con alturas de consideración.
Las funciones de ajuste utilizadas para el análisis de los valores extremos fueron Weibull III, GEV
(Generalized Extreme Value), Gumbel y Lognormal. Con el fin de estimar los parámetros de ajuste para las
series de datos disponibles se aplicaron algoritmos numéricos basados en el método de máxima verosimilitud
y método de los momentos. Luego, para evaluar el grado de concordancia entre la distribución de frecuencia
muestral y la distribución de frecuencia teórica se utilizó el criterio de información de Akaike (AIC) y el
criterio de información Bayesiano (BIC).
Como resultado de este proceso se construyeron las curvas de ajuste similares a las presentadas en el ejemplo
de la Figura 3, las cuales permiten verificar en forma visual la concordancia de las funciones teóricas con los
datos utilizados.
Significant wave height [m]
5
4
3
2
1
Distribution function
Data
Confidence Interval 95%
0
1
10
100 Return period [years] 1000
Figura 3. Ajuste alturas de ola extremas con dirección ENE en Nodo Atlántico
Debido a condicionamientos geográficos, dados tanto por la ubicación de los nodos de ARGOSS como por la
orientación de la línea de costa sobre ambos lados oceánicos, el análisis de valores extremos se realizó solo
para las direcciones de mayor interés de acuerdo con las posibilidades de propagación de las olas hacia la
ubicación de estudio. De este modo, para el Pacífico se analizaron las direcciones SW y SSW, mientras que
para el Atlántico fueron consideradas ENE y NE.
En la Tablas 1 y 2 se presenta un resumen del resultado obtenido en el procedimiento de ajuste de valores
extremos. En ella se señalan, tanto para Swell como para Wind sea, la función y método de estimación de
parámetros con los cuales se obtuvo el mejor resultado en cada serie de datos, junto con los valores de Hs
que pueden estimarse para distintos períodos de retorno de acuerdo a la función de distribución seleccionada.
Tabla 1. Valores de Hs para distintos períodos de retorno - Nodo Pacífico (1992 - 2008)
Method
Gumbel (Maximum Likelihood
Weibull (Maximum Likelihood)
GEV (Maximum Likelihood)
Weibull (Maximum Likelihood
Tipo
de
Ola
Swell
Wind
Sea
Hs [m]
Tr = 50
Tr = 100
years
years
Direction
Tr = 10
years
SSW
2.51
2.92
3.09
3.67
SW
2.30
2.38
2.40
2.46
SSW
2.00
2.07
2.08
2.09
SW
2.38
2.58
2.65
2.82
Tr = 1000
years
Tabla 2. Valores de Hs para distintos períodos de retorno - Nodo Atlántico (1992 - 2008)
Hs [m]
Tipo
Method
Direction Tr = 10
Tr = 50
Tr = 100 Tr = 1000
de Ola
years
years
years
years
Lognormal (Maximum Likelihood)
Weibull (Maximum Likelihood)
Lognormal (Maximum Likelihood)
Weibull (Maximum Likelihood)
Swell
Wind
Sea
NE
3.75
4.08
4.20
4.56
ENE
3.21
3.40
3.46
3.62
NE
4.70
5.10
5.30
5.80
ENE
4.00
4.26
4.34
4.55
Para el análisis de las series de vientos se utilizó el mismo procedimiento, obteniéndose un conjunto similar
de resultados que posteriormente fueron utilizados para la selección de escenarios de cálculo para la
modelación de la propagación del oleaje.
Modelación de la propagación del oleaje
El estudio de la propagación de olas desde la ubicación oceánica en aguas profundas hasta el sector de
esclusas en el interior del canal requirió la aplicación combinada de dos modelos matemáticos, especialmente
aptos para la representación del problema en escalas geográficas diferentes, considerando, cada uno de ellos,
el predominio de distintos procesos físicos asociados a la transformación del oleaje.
En primer lugar, el modelo SWAN fue utilizado para representar la propagación del oleaje en regiones
extensas, siendo particularmente apropiado para transportar la ola desde aguas profundas hasta las zonas
cercanas a la costa.
En segunda instancia, se utilizó el modelo BOUSS-2D, el cual es aplicable en regiones costeras o áreas
portuarias con presencia de estructuras, donde se requiere evaluar el oleaje con mayor detalle en un área
relativamente reducida.
Los condicionamientos físicos y geográficos presentes en ambos extremos oceánicos del Canal de Panamá
exigieron un tratamiento diferenciado para la modelación del oleaje propagado desde uno y otro océano.
Lado Pacífico
En el caso del Lado Pacífico se aplicó SWAN para propagar las olas desde el punto de información
(ARGOSS) ubicado en aguas profundas hasta una zona próxima a la costa, situada en cercanías de la isla
Flamenco. Desde allí hasta el sector de esclusas se aplicó el modelo BOUSS-2D para evaluar la
transformación del oleaje considerando su interacción con las estructuras portuarias y los efectos inducidos
por la presencia de la costa. Tanto las olas oceánicas (Swell) como las olas generadas por vientos locales
(Wind Sea) fueron modeladas con la misma metodología para este extremo del canal.
Propagación del oleaje desde aguas profundas: Aplicación de SWAN
La implementación del modelo requirió la construcción de tres Grillas de cálculo anidadas con diferentes
dimensiones, las cuales, acopladas convenientemente, permitieron propagar las olas desde el punto de
pronóstico hasta la zona costera de la Isla Flamenco, obteniendo los resultados de la modelación sobre una
región de cálculo con una descripción batimétrica detallada.
Las grillas conforman un sistema cartesiano, coincidiendo el eje de abscisas con la dirección E-W y el de
ordenadas con la dirección N-S. La información batimétrica requerida para la construcción de las grillas fue
extraída de las Cartas Náuticas del Almirantazgo Británico.La Figura 4 muestra la ubicación relativa y el
tamaño de las tres grillas utilizadas, las cuales poseen las siguientes características:
o
Grilla 1: Abarca una extensa región de la costa 282 km x 245 km del Golfo de Panamá, cuya área se
encuentra cubierta por un total de 282 x 245 nodos, con un espaciamiento de Δx = Δy =1000 m.
o
Grilla 2: Abarca una región ubicada dentro de la Grilla 1 pero con un mayor detalle. Representa un
área de 127.5 km x 99 km, cubierta por un total de 425 x 330 nodos espaciados de manera
equidistante con Δx = Δy =300 m.
o
Grilla 3: Abarca una región incorporada dentro de Grilla 2 pero con un mayor detalle. Representa un
área de 12000 m x 12000 m cubierta por un total de 400 x 400 nodos espaciados de manera
equidistante con Δx = Δy =30 m.
Figura 4. Gillas de cálculo para la aplicación del modelo SWAN
Los escenarios elegidos para las simulaciones surgieron del análisis de valores extremos de las series de
alturas de olas y vientos en el nodo Pacífico de ARGOSS. En función de la dirección de propagación de cada
serie se seleccionaron los casos más desfavorables según la orientación de la costa, tanto para olas de Swell
como para Wind Sea.
Como resultado de la modelación se obtiene información sobre la altura, período, y dirección, en forma
directa, para cualquier nodo de la grilla de cálculo. Para esta aplicación se decidió escribir lo resultados sobre
la Recta 1 (Line 1), coincidente con el borde exterior de la modelación de BOUSS-2D, señalada en la Figura
5. Dicha figura muestra la distribución de alturas de ola en un sector del área modelada (Grilla 3) para el
escenario asociado a un oleaje SW con período de retorno Tr de 100 años.
Las máximas alturas de ola que pueden esperarse para esta región corresponden a escenarios de Wind Sea.
Los valores de Hs indicados en la Figura señalan una fuerte reducción en las alturas de ola respecto de los
valores con los que se propagaron desde aguas profundas, lo cual se debe a los efectos de refracción y
disipación de energía provocados principalmente por la escasa profundidad observada en el área de
modelación.
Figura 5. Mapa de distribución de Alturas de olas en la Grilla 3
Modelación del oleaje en la zona de detalle: Aplicación de Bouss-2D
La modelación de la agitación interior del área portuaria, producida por acción de las olas, requiere la
consideración de procesos físicos lineales y no lineales generados por la acción combinada de la excitación
exterior (oleaje), la presencia de estructuras portuarias con determinadas características geométricas,
propiedades reflejantes, y las características morfológicas del lecho marino que en aguas restringidas es
generador de procesos de refracción y rotura del oleaje.
El desarrollo de un estudio de este tipo demanda la aplicación de técnicas numéricas avanzadas que permitan
encarar la solución de problemas matemáticamente complejos. Dado este contexto, el modelo BOUSS-2D es
considerado especialmente apto para este propósito y dada su versatilidad permitió estudiar los efectos de la
incidencia de diferentes escenarios de oleaje y su propagación hacia la zona de interés definida por la futura
ubicación de la esclusa.
La implementación del modelo requirió básicamente de la definición del área a modelar, la elección de una
resolución para la discretización espacial (Δx, Δy) y la construcci
ón de una malla o grilla de cálculo. En
segunda instancia fue necesario definir las propiedades de los contornos y los escenarios hidrodinámicos que
constituyen las condiciones de borde.
Para la construcción de las grillas de cálculo se utilizó información batimétrica de detalle e información
adicional extraída de la Carta Náutica 1401 del Almirantazgo Británico.
El área modelada para este estudio abarca una superficie del orden de 54.6 km2. La grilla de cálculo
construida para la aplicación del modelo posee el eje X coincidente con la orientación N-S y el eje Y con
orientación E-W, con pasos de discretización espacial de ∆x = ∆y =7 m. Cuenta con un total de 1150 filas x
611 columnas, contabilizando 246706 celdas oceánicas y 569024 celdas secas.
La Figura 6 muestra el dominio de cálculo confeccionado para la aplicación del modelo, permitiendo
observar la totalidad del área modelada y resaltando el borde matemático utilizado para el ingreso de los
datos, desde el cual se propaga el oleaje hacia la zona de interés. En la misma figura se incorporó el mapa
digital del terreno, el cual permite apreciar las variaciones de profundidad dentro del área modelada
Figura 6. Grilla del área modelada y Modelo Digital del Terreno
Para los contornos interiores de la zona portuaria y la costa se consideraron diferentes condiciones de
reflexión dependiendo de las características físicas y materiales que constituyen particularmente cada tramo
de dicho contorno.
Los escenarios de cálculo seleccionados para modelación surgieron de la evaluación de los resultados
obtenidos de la propagación del oleaje desde aguas profundas desarrollado mediante la aplicación de SWAN.
Cada uno de estos escenarios se encuentra definido por un espectro de energía que representa el oleaje que se
propaga desde el borde oceánico de la grilla hacia la zona de interés, y por un determinado nivel de la marea.
Como resultado de la aplicación del modelo se obtuvieron los campos de distribución de alturas de ola
correspondiente a cada escenario para la totalidad del área modelada. La Figuras 7 muestra el resultado de
dos simulaciones correspondientes a escenarios con períodos de retorno de Tr=100 años, para Swell y Wind
Sea, respectivamente. Estas figuras señalan una fuerte disminución en la altura que experimenta el oleaje a
medida que se propaga hacia la zona portuaria. Para todos los casos analizados la altura de ola en el sector de
la esclusa se mantuvo siempre por debajo de Hs=0.10 m.
Estos resultados se deben fundamentalmente a la escasa profundidad natural del lecho marino en la zona de
acceso al puerto y los cambios bruscos en la profundidad inducidos por la presencia del canal de navegación,
tal como puede observarse en el mapa digital del terreno (Figura 6). Ambas circunstancias son generadoras
de mecanismos de disipación de la energía del oleaje, fundamentalmente refracción y rotura, los cuales
dependen tanto del período como de la altura de las olas y producen una clara atenuación en la agitación.
a) Escenario de SWELL SSW con Tr=100
b) Escenario de WSEA SW con Tr=100
Figura7. Altura de Ola para los escenarios asociados al Período de Retorno de 100 años
Esta situación queda claramente evidenciada en la Figura 8, donde se observa el decaimiento de la altura de
ola a lo largo del eje del canal de navegación desde la zona de propagación hasta el sector de la esclusa,
ubicada en el extremo interior del canal, para los escenarios de swell y wind sea señalados anteriormente.
2.5
2.0
Hs [m]
1.5
1.0
Wind Sea
0.5
Swell
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Distance [km]
9
Figura 8. Variación de la altura de ola a lo largo de la traza del canal de navegación
Lado Atlántico
En el Lado Atlántico, la presencia de las estructuras rompeolas que dan origen a la zona protegida de Bahía
Limón, dejando una boca sustancialmente estrecha para el ingreso del oleaje, modifican la consideración del
problema y obligan a abordar la modelación en forma diferenciada en función del tipo de ola que se
propague.
Para el caso del Swell se utilizó SWAN para la propagación desde el punto de información hasta una región
exterior a Bahía Limón, ubicada aproximadamente a 3000 m de la boca de ingreso, a partir de donde se
aplicó BOUSS-2D con el propósito de evaluar la penetración del oleaje oceánico y su propagación hasta la
zona de interés, próxima a las esclusas. De esta forma es posible evaluar adecuadamente el efecto de
difracción generado en el ingreso de la bahía y la posterior interacción inducida por la presencia de las
estructuras portuarias.
Para las olas generadas por vientos locales (Wind Sea) se aplicó solamente SWAN, utilizando diferentes
grillas que, anidadas convenientemente, permitieron transportar el oleaje desde aguas oceánicas hasta las
proximidades de la esclusa. En este caso se decidió priorizar la representación del proceso de generación de
la ola por acción del viento en el interior del recinto semi-cerrado de Bahía Limón, la cual presenta una
extensión del orden de 12 km desde su boca de ingreso hasta el sector de la esclusa.
Propagación del oleaje desde aguas profundas: aplicación de SWAN
El modelo se implementó sobre dos grillas de cálculo anidadas de diferentes dimensiones, las cuales
permitieron propagar las olas desde el punto de pronóstico de AGROS hasta una zona costera con una
profundidad del orden de 30 m, a una distancia aproximada de 3000 m del ingreso a la Bahía Limón.
Las grillas conforman un sistema cartesiano, coincidiendo el eje de abscisas con la dirección E-W y el de
ordenadas con la dirección N-S. La Figura 9 muestra la ubicación relativa y el tamaño de las dos grillas
utilizadas para la implementación del modelo.
Figura 9. Grillas para la aplicación de SWAN
La descripción de las grillas mencionadas resulta la siguiente:
o
La Grilla 1 abarca una extensa región de 175 km x 150 km del Mar Caribe (Carta 396 del
Almirantazgo Británico), cuya área se encuentra cubierta por un total de 350 x 300 nodos, con un
espaciamiento de Δx = Δy =500 m.
o
La Grilla 2 abarca una región ubicada dentro de la Grilla 1 pero con un mayor detalle. Representa un
área de 33 km x 40 km, cubierta por un total de 330 x 400 nodos espaciados de manera equidistante
con Δx = Δy =100 m.
Los escenarios elegidos para estas simulaciones corresponden a eventos de Swell y Wind Sea asociados a
diferentes períodos de retorno, surgidos del análisis de valores extremos de las series en el nodo Atlántico de
ARGOSS,.considerando las direcciones de propagación más desfavorables según la orientación de la costa
(ENE y NE).
Como resultado de la modelación se obtuvieron datos sobre la altura, período, y dirección del oleaje en la
zona de interés. Para esta aplicación se decidió escribir lo resultados sobre la Recta 1 (Line 1), coincidente
con el borde exterior utilizado posteriormente para la aplicación de BOUSS-2D y con el contorno de una
grilla de mayor detalle con la que se analizó en una segunda instancia la generación del oleaje local en el
interior del recinto.
Figura 10. Resultado de la modelación sobre la Grilla 2
A modo de ejemplo, la Figura 9 muestra la distribución de alturas de ola obtenida en el área modelada en la
zona de ingreso a la Bahía Limón (Grilla 2) para el escenario de Swell del NE con Tr=100 años. Se señala
además la ubicación de la Recta 1 sobre la cual se computan los resultados.
Modelación del ingreso de Swell al área Bahía Limón: aplicación de BOUSS-2D
El propósito de esta modelación consiste en estudiar con el enfoque más apropiado el ingreso de olas
oceánicas al recinto semi-cerrado de Bahía Limón, y su consecuente propagación hacia la zona de interés
para este trabajo definida por el sector de cercanías de la esclusa proyectada. En este sentido, la aplicación de
BOUSS-2D propone destacar fundamentalmente los efectos de difracción del oleaje inducidos por la
marcada estrechez de la boca de ingreso al recinto y las demás alteraciones generadas por la presencia de las
estructuras portuarias ubicadas en el interior de la bahía.
El área modelada para este estudio abarca una superficie del orden de 70.9 km2. La grilla de cálculo
construida para la aplicación del modelo posee el eje X coincidente con la orientación N-S y el eje Y con
orientación E-W, con pasos de discretización espacial de ∆x = ∆y =10 m. Cuenta con un total de 1160 filas x
966 columnas, contabilizando 570783 celdas oceánicas y 138022 celdas secas.
La Figura 11 muestra el dominio de cálculo confeccionado para la aplicación del modelo y el mapa digital
del terreno, permitiendo observar la totalidad del área modelada y resaltando el borde matemático utilizado
para el ingreso de los datos, desde el cual se propaga el oleaje hacia la zona de interés.
Los bordes laterales del modelo (bordes oceánicos) fueron considerados como fronteras totalmente
absorbentes, permitiendo de esta manera el egreso del sistema de la energía reflejada por la presencia de las
estructuras y la costa. Para los contornos interiores del puerto y la costa se consideraron diferentes
condiciones de reflexión.
Figura 11. Area modelada y mapa digital del terreno
Los escenarios de cálculo seleccionados para modelación surgieron de los resultados obtenidos mediante la
aplicación de SWAN para la propagación de Swell desde aguas profundas. Cada uno de estos escenarios se
encuentra definido por un espectro de energía que representa el oleaje que se propaga desde el borde
oceánico de la grilla hacia la zona de interés, y por un determinado nivel de la marea.
Como resultado de la aplicación del modelo se obtuvieron los campos de distribución de alturas de ola para
la totalidad del área modelada. La Figura 12 ilustra el resultado de la simulación correspondiente al escenario
de Swell con dirección ENE asociado a un período de retorno de Tr = 100 años.
Esta figura muestra una fuerte disminución en la altura de ola ingresante al recinto de Bahía Limón en
comparación con los valores observados en el exterior. El proceso de propagación de las olas en el interior de
la bahía se ve fuertemente condicionado por los efectos de difracción, en primera instancia, y luego por la
refracción que induce la orientación de las olas hacia los sectores de menor profundidad.
3.0
2.5
Hs [m]
2.0
1.5
1.0
Swell
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Distance [km]
9
Figura 12. Resultado de la modelación para escenario de Swell ENE con Tr=100 años
La Figura 12 muestra además el continuo y marcado decaimiento sobre la traza del canal de navegación para
la altura de las olas de Swell que se propagan dentro de la Bahía Limón. Resulta evidente que sin la acción
del viento como fuente de aporte de energía para el crecimiento del oleaje los valores de altura de olas
oceánicas que pueden obtenerse en la proximidad de la esclusa, en el extremo sur de la bahía, resultan
significativamente bajos.
Propagación del oleaje generado por acción del viento: aplicación de SWAN
Para realizar el análisis de la propagación para las olas generadas por vientos locales se construyeron dos
grillas adicionales a las utilizadas en el apartado anterior (Grilla 1 y Grilla 2), que acopladas
convenientemente, permitieron estudiar con un grado de detalle adecuado la generación del oleaje por acción
del viento dentro de la Bahía Limón, contemplando adicionalmente el posible aporte de energía del oleaje
(Wind Sea) desde el exterior del recinto. Las grillas incorporadas para esta aplicación son presentadas en la
Figura 13 y reúnen las siguientes características:
o
Grilla 3: Cubre la totalidad de la Bahía Limón y un tramo exterior a la misma, abarcando una región
de 10 km x 12 km, con un área que se encuentra cubierta por un total de 333 x 400 nodos, con un
espaciamiento de Δx = Δy =30 m
o
Grilla 4: Alcanza una zona de detalle en extremo sur de la Bahía Limón y la zona del Canal de
aproximación a la esclusa, abarcando una región de 1.15 km x 4.1 km, cuya área se encuentra
cubierta por un total de 115 x 410 nodos, con un espaciamiento de Δx = Δy =10 m.
Para estas simulaciones se seleccionaron escenarios correspondientes a eventos de intensidades de viento
asociados a diferentes períodos de retorno, surgidos del análisis de valores extremos de las series obtenidas
en el nodo Atlántico de ARGOSS.
En función de la dirección de incidencia de cada serie, y de los valores de intensidad observados para cada
una de ellas, se seleccionaron los casos más desfavorables teniendo en cuenta la orientación de la costa y la
ubicación de la esclusa.
Consecuentemente, se incluyeron en este análisis algunas direcciones de viento (NNW, N, y NNE) que no
fueron tenidas en cuenta para la propagación del oleaje oceánico debido a que no presentaban valores de Hs
notoriamente elevados en aguas profundas, pero sí constituyen situaciones de interés para la generación del
oleaje en el interior del recinto de Bahía Limón.
Figura 13. Grillas para la aplicación de SWAN en el interior de Bahía Limón
Como resultado de la modelación se obtuvo la distribución de alturas de ola, como así también información
referida a períodos y dirección de las mismas para la totalidad del área modelada. Un ejemplo de ello se
presenta en la Figura 5.15, la cual corresponde a un escenario representativo de un viento del NE para un
período de retorno de Tr=100 años.
Figura 14. Resultado de la modelación con viento NE de Tr=100 años en Grillas 3 y 4
Con el propósito de evaluar con mayor detalle el conjunto de resultados obtenidos se seleccionaron dos
ubicaciones puntuales (Puntos de Observación A y B – Figura 14), dentro del interior del canal de
aproximación a la esclusa. Los resultados señalan como alturas de ola máximas para los puntos A y B serían
esperables valores de Hs=0.64 m y Hs=0.59 m, respectivamente. Ambas situaciones corresponden a un
escenario de viento N asociado a un período de retorno de Tr=100 años.
La comparación de valores entre ambos puntos muestra que las alturas de ola en B (próximo a la ubicación
de la esclusa) decaen respecto de los de A para todos los escenarios analizados, independientemente de la
dirección del viento. La estrechez del canal de aproximación en el tramo final del área modelada, y la falta de
mayor detalle sobre la definición de los contornos del mismo, podrían inducir algún efecto indeseado sobre
este resultado. Por tal motivo, sería más apropiado tomar como valores de referencia para el oleaje sobre la
esclusa los resultados obtenidos para el punto A.
CONCLUSIONES
El desarrollo del estudio de la incendia del oleaje sobre el tercer juego de esclusas en el Canal de Panamá
requirió la aplicación de distintas metodologías de cálculo destinadas a evaluar las alturas de ola esperables
en ubicaciones puntuales constituidas por los extremos de los sistemas de esclusas situados en cada lado
oceánico.
Para la modelación del oleaje propagado desde ambos océanos se utilizó como información de base un
conjunto de datos de olas y vientos generados por un Modelo Global y se demostró que las olas llegan al
sector de esclusas con alturas notablemente reducidas, tanto en el caso del Pacífico como en el del Atlántico.
Las olas de Swell y el Wind Sea provenientes desde aguas profundas del océano Pacífico experimentan
fuertes procesos de disipación de energía al ingresar a la región de acceso al canal debido a los cambios
bruscos en las profundidades de la zona. Luego, el sector de operaciones de Puerto Balboa acentúa aún más
la pérdida de altura del oleaje, con lo cual, en las proximidades de la esclusa se obtuvieron valores de
Hs<0.10 m para todos los escenarios analizados.
Para el lado Atlántico se estudiaron en forma separada la propagación de olas oceánicas desde aguas
profundas y la generación de olas por acción de vientos locales en el interior de la Bahía Limón. Para el caso
del Swell se comprobó el fuerte decaimiento en la altura de olas ingresantes al recinto y su escasa incidencia
sobre el sector de la esclusa, resultando valores de Hs<0.10 m para todos los escenarios analizados. Las olas
generadas por el viento en el interior de la bahía resultaron de mayor importancia, pudiendo alcanzar valores
de hasta Hs=0.64 m para períodos de retorno de Tr=100 años.
REFERENCIAS
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BOOIJ, N., RIS , R.C., HOLTHUIJSEN, L.H., (1999). A third-generation wave model for coastal regions, part I:
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