Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Plantea la caracterización de la dinámica de olas en la bahía de Miraflores mediante aplicación de técnicas de modelación numérica que simule la transformación del oleaje debido a la orientación de los veriles batimétricos con respecto a la incidencia de las olas (refracción) y al gradiente batimétrico, estableciéndose un clima de olas en varios puntos estratégicos de la bahía, que puedan ser usados como condiciones base para futuros estudios de detalle que involucren la construcción de estructuras marinas. / Tesis

Caracteriza la dinámica de olas en la bahía de Miraflores mediante aplicación de técnicas de modelación numérica que permita establecer las condiciones base para futuros estudios que involucren la construcción de estructuras marinas. Calcula las distribuciones espaciales de la dirección y altura de olas, con la finalidad de reforzar los conocimientos de la dinámica marina en la bahía de estudio. Obtiene información de los coeficientes de refracción de olas en la bahía de Miraflores, con la finalidad de conocer y verificar con el método convencional de diagramas de refracción de la simulación realizada. Determina diversos escenarios que permitan validar el fenómeno de refracción y difracción en el modelo numérico, tales como refracción en una batimetría plana y de pendiente suave, refracción y difracción en una batimetría plana con pendiente suave y un rompeolas, refracción y difracción en una batimetría plana de pendiente suave con tres rompeolas, refracción en una batimetría con dos lomas submarinas y refracción con una batimetría con una depresión cercana a costa. Incrementa la información que permita mejorar la comprensión de los procesos físicos costeros con miras al desarrollo sostenible. / Tesis

Ingeniero Civil / El oleaje offshore puede ser caracterizado por modelos de generación de oleaje a partir de información de viento atmosférico hindcasting. Los resultados obtenidos deben ser calibrados a través de registros de oleaje para brindarles mayor utilidad en ingeniería. La manera más práctica de obtener una base de datos para realizar la calibración es mediante mediciones de olas con altimetría satelital. El mayor desafío consiste en asociar los datos altimétricos de olas con las salidas de modelos de hindcasting globales, ya que la probabilidad de que el satélite pase por el punto exacto y en el mismo instante de un dato simulado, es muy baja. Dado lo anterior, se deben definir ventanas temporales y espaciales en las cuales se puedan asociar pares de datos de ambas fuentes de información. El objetivo general del presente trabajo es generar una serie de metodologías de calibración de oleaje de aguas profundas mediante altimetría satelital, y estudiar el impacto de éstas en proyectos de ingeniería de costas desarrollados en Chile. Para lograr lo anterior se comenzó por desarrollar una herramienta de calibración de oleaje similar a la que realizan las firmas de ingeniería que venden este tipo de información. Luego se desarrolló una variación de lo anterior donde se pudo verificar si el oleaje de tormenta y de operación, y si los oleajes con diferentes direcciones, y de diferentes periodos requiere ajustes distintos. Se estudió el efecto de estas metodologías en proyectos relacionados con oleaje operacional y en el diseño de estructuras expuestas al oleaje. El trabajo comenzó con una revisión bibliográfica sobre calibraciones de oleaje con satélites. Luego se accedió a las fuentes de información de oleaje medida con satélites y modelada para generar bases de datos con las cuales trabajar. Además, se confeccionaron rutinas de programación para generar climas de oleaje mediante los diferentes métodos de calibración. Finalmente, mediante técnicas estadísticas, se generaron familias de climas de oleaje de aguas profundas. Éstas fueron evaluadas en proyectos de ingeniería de costas.

La infraestructura vial es un eje importante en el desarrollo de las comunicaciones y la economía de un país en crecimiento. Siendo el Callao uno de los principales puertos y Lima la principal ciudad del país, se hace de suma importancia la continuidad y creación de autopistas que conecten de forma eficiente ambas regiones. Por dicha razón, el presente trabajo de tesis describirá la metodología de diseño seguida para el dimensionamiento de un dique de escollera capaz de repeler la energía destructiva del oleaje a la que estará expuesta la nueva Vía Costa Verde, la cual está proyectada sobre terrenos ganados al mar en las playas del Callao, desde el distrito de La Punta hasta La Perla. Para definir el diseño se estudió, en primer lugar, el clima marítimo de las playas mencionadas así como los fenómenos más relevantes ligados a éste, a fin de definir las solicitaciones a las que estará expuesta la futura estructura. Conocidas las características del clima marítimo, se estudiaron las fórmulas de diseño más usadas a nivel mundial, con el objetivo de optimizar los resultados y evaluar cada factor determinante de forma objetiva y clara. Por último, se estudió la interacción de la virtual estructura con el mar, teniendo como finalidad otorgar un diseño que no solo trabaje adecuadamente a nivel mecánico sino también funcionalmente. Los resultados obtenidos en el diseño están conformados por una sección del dique en talud, conformada por capaz y a su vez las dimensiones de cada escollera en particular. Se concluye, además, con la evaluación cualitativa de cada parámetro involucrado en el diseño. / Tesis

Ingeniero Civil / Este trabajo experimental fue realizado en una playa de la zona norte de Algarrobo (V Región); sector con alta cantidad de edificios residenciales, donde en algunos de ellos, los usuarios han reportado percepción de vibraciones en elementos estructurales como losas y no estructurales como ventanas. Este estudio es una de las primeras investigaciones sobre la transmisión de vibraciones inducidas en estructuras debido al impacto de olas en el suelo. El estudio es de tipo experimental y corresponde a mediciones en el suelo de playa de zonas próximas a rompientes de olas. Estas campañas se realizaron entre los meses de mayo y septiembre del año 2011. Para el análisis del problema, se definió el rompiente de oleaje tipo plunging como aquel que induce las mayores demandas de aceleraciones debido al impacto en la costa. Esta forma de rompiente se encuentra presente durante todo el año en la zona donde se realizaron las mediciones. Además, para complementar el estudio de las propiedades del oleaje, se analizaron reportes de climas de olas, reconociendo altura media de olas, periodo de llegada a la costa y temporada en el que existe mayor oleaje. Los análisis de las mediciones de aceleración se efectúan para los registros en su extensión total y también segmentados para impactos de olas independientes. Esto permite estimar, por cada ola, las aceleraciones máximas, espectros de respuesta y frecuencias predominantes. En el suelo, las mayores aceleraciones se encuentran en dirección ortogonal a la costa. El valor máximo registrado durante el período de estudio es de 1.9*10-3 g. A partir de las aceleraciones máximas y de su ubicación geográfica se ha obtenido una parametrización para la curva de atenuación de aceleraciones en función de la distancia a la zona de rompiente de olas. Esta ecuación se asemeja a las expresiones para atenuación de energía de ondas de origen sísmico. En la línea de ubicación de los edificios (200 metros desde la zona de rompiente), la reducción de las amplitudes es hasta el 21% del valor máximo registrado. Se han determinado los espectros de respuesta de aceleración para los registros estudiados, considerando razones de amortiguamiento crítico de 2, 5, 10 y 20%. Para el espectro de pseudo aceleraciones el rango de periodo de mayor demanda para las solicitaciones debido a oleaje se encuentra entre 0.05 y 0.35 [s]. Para el registro que contiene las mayores magnitudes de aceleración en superficie, se realiza un análisis de las razones de cambio de espectro según nivel de amortiguamiento. Se ha verificado que para el nivel de respuesta medido la expresión de escalamiento de amortiguamiento de la norma NCh2369 es apropiada. Además, se incluye un análisis de estimación de coeficientes para una curva de ajuste a la curva envolvente espectros de aceleración (Entre 0 y 0.4 [s] de periodo), de manera similar al parámetro alfa de la norma NCh433. En cada eje, se alcanzan aproximaciones desde el 76% a la curva original.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / En este trabajo se aborda el problema de existencia de algunos tipos de soluciones para las ecuaciones de ondas en el agua así como la relación que existe entre estas soluciones y la forma de un fondo impermeable sobre la que se desliza el fluido. Empezamos por describir las ecuaciones que modelan el fenómeno físico a partir de las leyes de conservación; el modelo general de las ecuaciones de ondas en el agua, escrito para la restricción de la velocidad potencial a la superficie libre, es \begin{equation*} \left\{ \begin{aligned} &\partial_t\zeta-G(\zeta,b)\psi=0, \\ &\partial_t\psi+g\zeta+\frac{1}{2}|\nabla_X\psi|^2-\frac{1}{2(1+|\nabla_X\zeta|^2)}(G(\zeta,b)\psi+\nabla_X\zeta\cdot\nabla_X\psi)^2=0, \end{aligned} \right. \end{equation*} donde $G=G(\zeta,b)\psi$ es el operador Dirichlet-Neumann, el cual contiene la información del fondo $b$, \begin{equation*} G(\zeta,b)\psi:=-\sqrt{1+|\nabla_X\zeta|^2}\partial_n\phi|_{y=\zeta(t,X)}, \end{equation*} y \begin{equation*} \left\{ \begin{array}{rl} & \Delta\phi=0, \quad \R\times(b,\zeta), \\ & \phi|_{y=\zeta}=\psi, \quad \partial_n \phi|_{y=b(X)}=0. \end{array} \right. \end{equation*} Después de describir las condiciones para un teorema de existencia y unicidad de soluciones de las ecuaciones de ondas en el agua, en espacios de Sobolev, nos preguntamos sobre el mínimo de datos necesarios, sobre la superficie libre, para identificar el fondo de manera única. Por la relación que existe entre el operador Dirichlet-Neumann y la velocidad dentro del fluido y utilizando la propiedad de continuación única de las funciones armónicas hemos probado que basta conocer el perfil, la velocidad potencial y la velocidad normal en un instante de tiempo dado y un abierto de $\R$, aún cuando nuestro sistema es de evolución. En la segunda parte se estudia la existencia de soluciones en forma de salto hidráulico para las ecuaciones estacionarias de ondas en el agua, en dimensión dos y su relación con la velocidad aguas arriba, caracterizada por un parámetro adimensional, llamado el número de Froude, $F$, como consecuencia de la existencia de ramas de bifurcación de la solución trivial para el problema \begin{equation*} \mathcal{F}(\eta,F)=\eta+F\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}+\frac{\epsilon}{2}(% \widetilde{\psi}_{x^{\prime }}^2+\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}^2)-\epsilon^2\eta_x\widetilde{\psi}_{x^{\prime }}\widetilde{\psi}% _{y^{\prime }}+\frac{\epsilon^3}{2}\eta_x^2\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}^2; \end{equation*} donde \begin{equation*} \left\{ \begin{aligned} &\Delta\widetilde{\psi}=\epsilon G, && (-L,L)\times(0,1), \\ &\widetilde{\psi}_{x'}=0, && x'=-L,L, \\ &\widetilde{\psi}=0, && y'=0, \\ &\widetilde{\psi}=-F\eta, && y'=1. \end{aligned} \right. \end{equation*}

Ingeniero Civil Electricista / El presente Trabajo de Título tiene como objetivo estimar el potencial energético de las olas disponible en las costas chilenas, para ello se desarrolla un estudio acerca del comportamiento teórico del oleaje tanto a través de la teoría de ondas lineal, como no lineal que es cómo se comporta el oleaje real, junto con esto se presentan las ecuaciones que permiten estimar la energía y potencia de las olas en función de sus parámetros físicos. Se recopila información acerca de las principales tecnologías desarrolladas basadas en distintos principios de generación undimotriz, analizando las características constructivas, ventajas y desventajas de cada dispositivo, condiciones de operación y cual ofrecería un mejor comportamiento considerando las condiciones geográficas y de oleaje presentes en Chile. A partir del estudio desarrollado por la empresa Baird & Associates S.A, se logra precisar los niveles de energía del oleaje existente en distintos puntos del país, además de la variabilidad tanto diaria como estacional de esta energía dependiendo de los parámetros del oleaje, concluyendo que el lugar que presenta las mejores condiciones para la operación de un dispositivo de extracción de energía de las olas es la región de Valparaíso, además con información proporcionada por el Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA), se identificaron aquellos puntos que presentan la mayor profundidad y que se encuentran junto a la costa, ya que la disminución de la profundidad influye en la disipación de la energía de las olas lo que afecta directamente en el rendimiento de los dispositivos. Una vez determinado la cantidad de energía posible de extraer, se requiere convertirla a energía eléctrica, para esto se analiza la capacidad de generación de cada dispositivo y las características de la red de distribución de manera que no existan limitantes técnicas para la inyección de energía a la red. La evaluación económica de los distintos proyectos analizados arrojó que sólo en un caso es posible obtener un precio competitivo de energía que haga rentable el proyecto a 30 años, se trata del generador basado en el principio de Arquímides compuesto por un generador lineal. Finalmente, e independiente del principio de generación los dispositivos estudiados fueron diseñados para otras condiciones de oleaje principalmente las que predominan en Europa, por lo que para mejorar la producción de energía y con ello la rentabilidad de los proyectos se debe estudiar en detalle el diseño de cada prototipo de manera de optimizarlo a las condiciones de oleaje presentes en la costa chilena.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En el siguiente documento se muestra el proceso de diseño y construcción de un sistema undívago para extracción de energía de las olas del mar. El documento comienza con un acercamiento a esta materia destacando el recurso energético disponible en las olas del mar, las tecnologías que hoy lideran el mercado y su clasificación. Luego se detalla el equipamiento experimental construido e instalado en el laboratorio, previo y necesario para el diseño del sistema undívago. Se construye un generador de olas y se deja instalado en el estanque de agua del laboratorio de Síntesis de Máquinas Inteligentes del DIMEC . El costo del generador de olas es de $54.500. La etapa de diseño está caracterizada por la elaboración de modelos a escala que se prueban en el estanque de agua y el generador de olas. Se selecciona una estructura a construir y se realizan modelos analíticos del comportamiento dinámico que tendría la estructura en el ambiente marino. Luego se diseña la estructura final con todos sus componentes mecánicos, procurando que pueda ser construida en los talleres de la FCFM y el laboratorio de Fabricación Digital (Fab Lab) de la Universidad. Se elaboran los planos de las piezas a fabricar y la lista de materiales a comprar. El capítulo 5 muestra todos los procesos de manufactura utilizados para la construcción de las piezas diseñadas, adjuntando fotos y descripciones detalladas. Se construye el sistema y se nombra Nahuenrew, que en la lengua Mapudungun significa energía de las olas. Se realiza una prueba a Nahuenrew en el ambiente marino, en la playa de Pichidangui. Los resultados fueron más bajos de lo esperado pero satisfactorios pues se cumplen los objetivos propuestos para el trabajo. El costo del sistema Nahuenrew es de $658.000. Finalmente se analiza el comportamiento del sistema Nahuenrew durante la prueba en el ambiente marino y se propone mejoras que pueden ser ejecutadas tanto en el corto plazo como otras más elaboradas que requieren tiempo. Se estima también la potencia que sería posible generar mediante un aerogenerador ideal con la energía extraída durante la prueba. Esta potencia tiene un límite máximo de 50[W].

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Matemáticas Aplicadas / Extreme waves generated in the ocean are of high importance because various maritime structures in the world, including ships, are confronted to this type of wave events, both in deep waters and in coastal areas. Some extreme waves correspond to wave phenomena generated in an atypical way in the ocean, also called monster waves, freak waves, rogue waves, extreme waves, solitons etc., since their generation differs from the common waves generated by wind. Assuming a slightly compressible ocean, the generation and analysis of acoustic-gravity waves (AGW or acoustic waves) in the ocean have been the subject of study for some time, because from them it is possible to obtain some information from the gravity wave, in this case a extreme wave that have generated them, and also to know other kind of phenomena induced by these AGW, as is the case of the bottom pressure. In the present work, a mathematical model has been developed which represents the generation and propagation of an extreme wave represented by a pressure change in the surface of the ocean considering compressible fluid, from which the generation and propagation of acoustic waves is induced. Since sound travels at a speed of 1500 m/s in the ocean, these waves arrive first at any observation point, allowing early detection of the extreme wave from the pressure in the oceanic bottom due to propagation of the acoustic wave. The theoretical development and two-dimensional numerical simulations are presented in the document. The implementation of this methodology and its results is relevant in the field of civil and maritime engineering in Chile since its high potential in coastal zones, due to the fact that for some years, the frequency of extreme wave events has been seen increased, and having an alternative detection system for extreme wave events can become a relevant factor in coastal management and natural disasters services. It is important to mention that this type of work has not been developed previously in Chile. / proyectos Centros de Excelencia Basal Conicyt PIA AFB 170001 CMM & UMI-CNRS 2807 y Fondecyt Regular 1171854

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Establece la dinámica del oleaje en la bahía de Miraflores utilizando formulaciones analíticas y empíricas para estudiar la transformación del oleaje desde aguas profundas hasta agua poco profundas. Calcula todos los parámetros que caracteriza a las rompientes tales como: altura de ola y profundidad rompiente, ángulo de incidencia de la ola rompiente con la línea de costa, y tipos de ola rompiente: spilling (derrumbante), plunging (precipitante) y surging (surgente). Determina la variación de la altura de ola después de romper. Se realiza una comparación entre distintos métodos y criterios para determinar estos parámetros. Describe la transformación del oleaje desde aguas profundas hasta zonas poco profundas: calcula el coeficiente de asomeramiento mediante la teoría lineal y cnoidal, calcula el coeficiente de refracción mediante la teoría lineal, calcula el coeficiente de pérdida de energía por fricción de fondo. Estima la tasa de transporte longitudinal de sedimentos. / Tesis