Efectos de las olas rompientes


Siempre se asociado el mal tiempo en la mar con olas de gran magnitud, pero las olas altas de pendiente normal no suelen representar un peligro para un barco de recreo, ya que éste se moverá de acuerdo con el perfil de la ola y los movimientos serán, en general, suaves.

Sin embargo la situación se puede convertir en peligrosa para cualquier barco, cuando las olas además de ser altas tienen una gran pendiente, que las hace inestables y con tendencia a romper. Se ha comprobado que las olas rompientes suelen ser las principales responsables de los vuelcos de los barcos durante una tormenta y aquí se va a tratar de analizar los aspectos que más contribuyen a este efecto.

Las olas rompientes, en aguas profundas, se producen cuando en un mar, total o parcialmente desarrollado, la velocidad del viento se incrementa rápidamente y alcanza valores mucho mayores que los que corresponden al tamaño de las olas ya formadas, que crecen más despacio. Entonces éstas adquieren la energía adicional del viento aumentado sus pendientes por encima de lo normal y este proceso continua hasta que llega un momento en que la ola se hace inestable y el agua de la cresta cae hacia delante rompiendo la ola.

Así que el factor que más influye en la generación de olas rompientes es la rapidez con que aumenta la velocidad del viento, si éste incremento es superior al incremento del tamaño de las olas éstas tendrán tendencia a romper. Estas circunstancias se suelen dar al comienzo de un temporal cuando el viento aumenta rápidamente y las olas están creciendo, pero lo hacen mucho más lentamente.

El efecto más peligroso que producen las olas rompientes sobre un barco se debe al impacto de la masa de agua de la cresta rompiendo sobre el casco y la intensidad de este impacto depende a su vez de la velocidad de las partículas de agua que impactan. 

Normalmente la velocidad de las partículas de agua en una ola, como se vio anteriormente, es muy inferior a la velocidad de la ola, vw , pero cuando está a punto de romper la velocidad del agua en la cresta, vc , se desplaza a una velocidad próxima a la velocidad de la ola y además se ha comprobado que cuando rompe la ola, la velocidad del agua en la cresta puede llegar a alcanzar un valor de  vc = 1.5 vw  .

El proceso del vuelco de un barco, debido a una ola rompiente que se acerca por su costado, se debe a la sucesión de una serie de situaciones que van aumentando su escora hasta completar el vuelco, a continuación se muestra paso a paso, como se indica en la figura, las fases del proceso de vuelco:

a)  Una ola con fuerte pendiente se va acercando al barco y debido al viento se empieza a hacer asimétrica, siendo su pendiente a sotavento de la cresta mayor que la de barlovento. Puesto que la pendiente local de la ola, donde se encuentra el barco, es pequeña éste todavía no está afectado por la ola que se acerca, figura a).

b)  La formación de la ola rompiente continúa y la ola se va haciendo cada vez más inclinada en la parte de sotavento, al mismo tiempo que se va acercando al barco.

En la figura b) se puede ver que el barco ya tiene una escora, θ, y se encuentra en una zona donde la ola tiene una inclinación, α, así que como se vio antes, hay un momento escorante, ME , debido a la diferencia de ángulos (α - θ) que, suponiendo que es pequeña, está dado por: 

MED x GM x (α - θ)

Estando los ángulos, α y θ, en radianes. 

Este momento escorante continúa aumentando la escora del barco, a medida que aumenta la pendiente local de la ola que se acerca.

c)  La inclinación de la ola en la parte de sotavento es tan grande que la cresta cae hacia delante, es decir la ola está empezando a romper, figura c).

En esta situación, puesto que la diferencia de ángulos (α - θ) ya no se puede suponer pequeña, el momento escorante, ME , debido a la pendiente local de la ola respecto a la escora, está dado por:

MED x GZ(α - θ)

Donde  GZ(α - θ)  es equivalente al brazo adrizante, de la curva de estabilidad estática, correspondiente a la diferencia de ángulos (α - θ).

A este momento hay que añadir el momento escorante producido por el impacto del chorro de agua de la cresta sobre el costado del barco, como se ve en la figura c). La fuerza ejercida por la presión del agua, FC , durante el impacto del agua sobre el costado, se puede calcular de forma aproximada por:

Donde: ρ es la densidad del agua del mar, AL es el área lateral de la zona sobre la que impacta la ola, CD es el coeficiente de resistencia lateral de la zona afectada por la cresta de la ola, que puede ser alrededor de 1.0, dependiendo de la suavidad de las formas y vm es la velocidad media en esa zona del chorro del agua de la cresta, que puede ser mucho menor que la velocidad punta, vc , de la cresta de la ola. 

El momento escorante debido a esta fuerza de impacto estará dado por el producto de esta fuerza por la distancia, h, entre el centro de presión del impacto y el centro de gravedad del barco, es decir:   ME = FC x h  .

Como resultado, el barco se escora fuertemente debido a ambos momentos, el producido por la pendiente local de la ola y el debido al chorro de la cresta de la ola que empieza a romper

d)  Una vez que el barco se encuentra fuertemente escorado, o tumbado, su destino depende de su situación respecto a la evolución de la ola rompiente. En la figura d) se ve cómo el barco se encuentra en una posición desfavorable, el chorro de agua de la cresta impacta ahora sobre la superficie del costado y el fondo del barco. Aquí el momento escorante predominante se debe a la presión ejercida por el chorro de agua de la cresta y normalmente el impacto de la ola rompiente termina de volcar al barco.

Si el barco no se encuentra en una posición tan desfavorable, el vuelco completo depende del margen de estabilidad positivo que tenga en el ángulo de escora alcanzado, después del impacto de la ola, respecto a la pendiente local de ésta.

Se ha comprobado, teórica y experimentalmente, que hay varios aspectos del barco que pueden hacerle menos sensible a los impactos de las olas:

 

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