EFECTO DEL CLIMA EN PAVIMENTOS

MODELO NUMÉRICO PARA ANALIZAR EL EFECTO DEL CLIMA EN
PAVIMENTOS
Silvia Caro Spinel*; Cristina García Aragón **; Bernardo Caicedo Hormaza***
Resumen
Este artículo presenta el desarrollo de un modelo numérico para analizar el efecto del agua libre y la temperatura al interior de un pavimento flexible. Con base en las ecuaciones de conservación de masa y temperatura y las leyes de flujo de agua y energía, el modelo determina la variación de las propiedades hídricas, térmicas y mecánicas al interior del pavimento. Se implementó un software para solucionar el modelo numérico y analizar gráficamente los resultados. Se realizaron simulaciones sobre pavimentos flexibles para tráfico medio-alto. Los resultados demostraron una fuerte degradación en los módulos de rigidez de las capas del pavimento y permitieron corroborar los beneficios de una estructura de drenajeadecuada.

Fuente de información: Universidad de los Andes- Facultad de ingeniería
Enlace: http://revistaing.uniandes.edu.co/index.php?idr=21&ids=1&ida=222&ri=7ef70bb60c96bde844c79aadc809ec9a

En este enlace podreis encontrar un pdf con la explicación detallada del modelo numérico.

Modelo WAVEWATCH

El WAVEWATCH es un modelo de generación de oleaje, especialmente elaborado para aguas someras e interacción con corrientes ,desarrollado por Hendrik L. Tolman del Environmental Modeling Center, NOAA-NCEP.

El modelo WAVEWATCH describe la evolución del espectro de densidad de acción de oleaje integrando la ecuación básica de transporte de energía. El término fuente de esta ecuación está compuesto por un término de entrada de energía del viento, un término de disispación y un término de tranferencia no lineal de energía entre las diferentes componenetes del espectro.

En Clima Marítimo (Puertos del Estado) se ha desarrolado una aplicación del WAVEWATCH en el Estrecho de Gibraltar, cuya batimetría puede verse en el dibujo, preparada para recibir condiciones de contorno de la aplicaciones del Atlántico y del Mediterraneo del modelo WAM.

Entre las aplicaciones futuras del WAVEWATCH se encuentra la incorporación del modelo a la predicción diaria de oleaje realizada por Clima Marítimo (Puertos del Estado), con el fin de facilitar esta informaci&oacuten en diferentes areas de la Península Ibérica, Canarias y Baleares en las que se considera necesario un aumento de la resolución.

Fuente de información: Dpto. de Clima Marítimo - Puertos del Estado

Enlace: http://www.puertos.es/externo/clima/Modelos/index.html

Modelo de oleaje WAM

El modelo WAM de generación de oleaje (WAMDI, 1988), en su versión 4 (Günther et al., 1991), integra la ecuación básica de transporte. Esta ecuación describe la evolución de un espectro bidimensional de energía de oleaje con respecto a la frecuencia y dirección sin hacer ninguna presunción inicial sobre la forma del espectro.

Este modelo fue desarrollado por un amplio grupo de investigadores de diferentes institutos (grupo WAMDI), siguiendo las recomendaciones derivadas del proyecto "Sea Wave Modeling Project" (grupo SWAMP, 1985). Uno de los objetivos del grupo fue montar y poner en servicio rutinario una aplicación global del modelo en el Centro Europeo de Predicción a Medio Plazo (ECMWF), lo que se consiguió en 1992 (Günther et al., 1992). Desde 1986, CM ha pertenecido al grupo y ha participado en diferentes aspectos del trabajo (Carretero and Günther, 1992). El informe final del grupo se publico en 1994 (Komen et al, 1994).

El espaciamiento máximo admisible en la costa para una aplicación local ha de ser igual o menor de 0.5 grados, y por otra parte, ha de modelarse un área lo suficientemente grande de océano como para tener en cuenta el mar de fondo generado a gran distancia de la costa; p.e, el Océano Atlántico Norte ha de ser modelado para estudiar la costa atlántica española. Utilizar un espaciamiento tan pequeño para un área tan grande es muy costoso desde el punto de vista computacional. El anidamiento de mallas es una solución, y existe como opción en el ciclo 4; el usuario puede procesar el modelo utilizando una malla gruesa para producir condiciones de contorno para una malla más pequeña y de más resolución. La ventaja de utilizar el anidamiento frente a cubrir toda la zona con una malla fina es evidente, pero existen problemas técnicos que hay que considerar; p.e, para cada paso de tiempo de propagación y para cada punto de contorno ha de almacenarse en el disco el espectro procedente de la malla gruesa, otra desventaja es que en los puntos que pertencen a más de una malla (puntos coincidentes de la malla fina y malla gruesa), la ecuación ha de integrarse innecesariamente mas de una vez por paso de tiempo. Tampoco hay que olvidar los tiempos de escritura y lectura de condiciones de contorno.

Para minimizar estos problemas, CM modificó el modelo para dotarle de la opción de utilizar un anidamiento en dos sentidos, (Gómez Lahoz, Carretero Albiach, 1997). Con este sistema se integra la ecuación en el mismo paso de tiempo para todos los puntos, y al poder definir el espaciamiento dependiendo de la situación del punto en la malla, en la práctica funciona como un esquema de espaciamiento variable. La resolución aumenta a través de sucesivos rectángulos de espaciamiento regular en un área, o en varias si se desea. En los límites de estos rectángulos, la malla no es continua, y algunos puntos obtienen energía por interpolación y otros por advección.

Utilizando este esquema de anidamiento en dos sentidos, se ha desarrollado una aplicación para la costa española. La malla del modelo de oleaje define la Costa Atlántica Española con una resolución de un cuarto de grado, y la Costa Mediterránea con un octavo de grado, por lo tanto los datos producidos cerca de la costa ya tienen en cuenta apantallamientos del oleaje por la costa (aunque con la limitación de esta resolución). La versión del modelo utilizada para el Atlántico es de aguas profundas, y por lo tanto no se tiene en cuenta ningún fenómeno producido por el fondo marino. Para el Mediterráneo se utiliza la versión de aguas someras y por lo tanto se tiene en cuenta la atenuación y refracción causadas por el fondo marino en los puntos de malla (pocos) que pueden considerarse como aguas someras. La información producida por el modelo para cada punto de malla es el espectro direccional de energía de oleaje, de donde se puede extraer gran cantidad de información, p.e. Hs, Tp, Tm, dirección media, componentes de mar de viento, de mar de fondo, etc.

Fuente de información: Dpto. de Clima Marítimo - Puertos del Estado

Enlace: http://www.puertos.es/externo/clima/Modelos/index.html

Modelo PROPS

El modelo espectral PROPS fue desarrollado por el Laboratorio de Ingeniería Marítima de la Universidad Politécnica de Cataluña dentro de un convenio de colaboración con Clima Marítimo (Puertos del Estado).

Este código es capaz de leer un espectro, descomponerlo en componentes, propagar cada una de éstas por medio de un esquema que va resolviendo línea tras línea todo el dominio de simulación y, finalmente, reconstruir los espectros en la zona de estudio. Esta propagación espectral puede ser realizada de dos formas:

• Lineal: cada componente es propagada en todo el dominio de forma independiente. La reconstrucción de los espectros (y por lo tanto el cálculo de parámetros integrados como la altura de ola) se realiza al final de la simulación.
• No lineal: La altura de ola es computada en cada línea de cálculo para determinar los efectos no lineales, como la rotura de onda y la fricción con el fondo.

El núcleo del PROPS (la parte del código que propaga cada una de las componentes) es un modelo "energético" de propagación del oleaje, basado en la ecuación de mild-slope (Kirby, 1984), con una descripción lineal del oleaje (teoría de Stokes de primer orden), y aplicada a onda planas (Rivero y Arcilla, 1993). Este modelo, al utilizar un esquema numérico de tipo implícito, permite la propagación con ángulos de incidencia muy oblicuos a la costa. El oleaje se describe en función de su periodo, dirección y altura (y no de su fase) lo que permite utilizar una discretización con celdas mayores que la longitud de onda.

El modelo es capaz de reproducir, de forma combinada, los siguientes fenómenos físicos:

• "Shoaling".
• Refracción.
• Difracción.
• Interacción olas-corrientes.
• Dispersión frecuencial no lineal.
• Disipación de energía por fricción con el fondo.
• Disipación de energía por rotura de oleaje (regular e irregular).

Fuente de información: Dpto. de Clima Marítimo - Puertos del Estado

Enlace: http://www.puertos.es/externo/clima/Modelos/index.html

Modelo HAMSOM

Modelo tridimensional de Circulación Oceánica desarrollado por el IFM (Institute für Meereskunde, Hamburg) y por Clima Marítimo (Puertos del Estado, Madrid). El modelo HAMSOM se basa en un conjunto de siete ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Las incógnitas son las tres componentes de la velocidad, la presión, la densidad del agua, la salinidad y la temperatura. En el plano horizontal se utilizan las ecuaciones completas de Navier-Stokes y en el vertical, la ecuación Hidrostática. Estas relaciones se usan junto con la ecuación de continuidad, las ecuaciones de Conservación de sal/temperatura y la Ecuación de estado del agua de mar (UNESCO, 1981). El modelo puede considerar las fuerzas de viento, presión atmosférica, mareas y gradientes baroclínicos.

El modelo Hamsom ha sido aplicado con éxito en gran variedad de lugares y escalas, desde estudios de marea en el Atlántico Norte a la Circulación Estuárica en la 'Ría de Vigo'. La mayor restricción del modelo procede de la aproximación hidrostática, que límita el rango de aplicación a ondas largas.

Adicionalmente, el código HAMSOM constituye el modulo de circulación oceanica del modelo ECAWOM. Este último código, desarrollado en el marco de un proyecto MAST y aún en fase experimental, auna en un solo modelo las físicas de la atmósfera (resuelta por el modelo HIRHAM), el oleaje (modelo WAM) y la circulación oceánica (modelo HAMSOM), teniendo en cuenta las interacciones existentes entre ellas.

Entre las aplicaciones futuras del HAMSOM se encuentran los estudios de alta resolución de la circulación marina en aguas españolas (de gran importancia a la hora de interpretar los datos tomados por la boyas del proyecto RAYO) y la predicción operativa del nivel del mar.

Fuente de Información: Dpto. de Clima Marítimo - Puertos del Estado

Enlace: http://www.puertos.es/externo/clima/Modelos/index.html

Modelo GESIMA

El modelo GESIMA, desarrollado por el GKSS (Forschungszentrum Geesthacht GMBH), reproduce los fenómenos meteorológicos causados por transferencias de energía y que se desarrollan local e intermitentemente como consecuencia de la topografía y de inestabilidades de origen hidrotérmico. A diferencia de los modelos sinópticos de predicción, de características macroscalares y que se ocupan principalmente de los grandes sistemas de altas y bajas presiones, este modelo trata los efectos locales tanto espacial como temporalmente, siendo capaz de predecir la influencia de encauzamientos, apantallamientos, contrastes térmicos tierra-mar y otros rasgos característicos de la meteorología mesoscalar costera, de enorme influencia en la actividad portuaria. Utiliza procedimientos algebraicos y técnicas de cálculo numérico para la resolución del conjunto de ecuaciones que rigen los movimientos atmosféricos, ciclo hídrico e irradiación solar, basándose en los Principios de Conservación. El código está escrito en FORTRAN 77, y se utilizan distintas técnicas de linealización, parametrización de fenómenos físicos y discretización para resolver el conjunto de ecuaciones.

En general el modelo simula los sistemas de brisas marinas (Terrales y Virazones), los sistemas convectivos tanto forzados (de origen topográfico) como libres (de origen hidrostático), los vientos Anabáticos y Catabáticos, ondas a sotavento, encauzamientos, vientos de valle y de montaña, vórtices de cizalladura y todos aquellos fenómenos atmosféricos de escala meso imposibles de abarcar si no es en estudios locales específicos.

Su aplicación a zonas costeras, como las de las figuras, permite identificar los rasgos característicos de la influencia del litoral sobre el viento y las variaciones que los vientos regionales reinantes y dominantes sufren por la topografía, proporcionando de esta manera información de gran utilidad para la navegación costera y la planificación y explotación portuaria.

El modelo GESIMA complementará además la información meteorológica de alta resolución necesaria para otros modelos de tipo oceanográfico (generación local de oleaje y corrienthttp://www.blogger.com/post-create.g?blogID=8494043783411941641es y perturbaciones de mareas).

Fuente de información: Dpto. de Clima Marítimo - Puertos del Estado

Enlace: http://www.puertos.es/externo/clima/Modelos/index.html