Proteccion de Costas: Diseno de malecones y diques incluyendo un resumen de revestimientos

PROTECCION DE COSTAS

D i s e n o de malecones y d i q u e s incluyendo un resumen de r e v e s t i m i e n t o s . por K r y s t i a n W. P i l a r c z y k Curso c o r t o D e l f t , 1991 La Habana, 1993

Contenido

P a r t e I : I n t r o d u c e ion. a l a protección de c o s t as.

P a r t e I I : Diseno de malecones y d i q u e s i n c l u y e n d o un restjmen de r e v e s t i m i e n t o s .

Apéïidlce I : Recolección de d a t o s y métodos de p r e d i c c i o n .

INTROWJCCION A I A PK3TKCCI0M DB OOCTAS por K r y s t i a n W. P i l a r c z y k R i j k s w a t e r s t a a t , Road and H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g D i v i s i o n Van der Burghweg 1, P.O. Box 5044, GA D e l f t , The Netherlands,

INTTOWJCCION A LA PKOTECCIOM DK OTSTAS.

1 .

INTROIXJCCIOII-En todo e l mundo l a s comunidades c o s t e r a s e s t a n e n f r e n t a d a s c o n l o s problemas d i f i c i l e s d e l c o n t r o l de l a erosión de l a l m e a de c o s t a . Debido a l a l t o c o s t o de l a t i e r r a en l a zona c o s t e r a , l a e r o s i o n crónica a s i como l a erosión producida por l a s tormentas Pueden s e r v i s t a s como un problema importante en e l i n t e n t o de r e d u c i r l a erosión con medidas de d e f e n s a c o s t e r a .

Como r e s u l t a d o d e l proceso n a t u r a l c o s t e r o

f]J\^^^f^ ^!!^^^él^f^^^

y e l agua puede e s t a r sometido a cambios de! p O s i c i o n con v e l tiempo. E s t e cambio puede s e r h a c i a e l mar con e l avance de l a l i n e a de c o s t a

(acumulación) y h a c i a t i e r r a por un r e t r o c e s o de l a l m e a de c o s t a erosión). E s t o s p r o c e s o s o c u r r e n a todo l o l a r g o de 1^ l i n e a de c o s t a y l a v e l o c i d a d a l a c u a l l a s c o s t a s s e e r o s i o n a n o t i e n e l u g a r

una acumulación, depende de l a composición de l a zona c o s t e r a y de su exposición a l a s f u e r z a s e r o s i v a s . L a erosión e s e l r e s u l t a d o de dos c a u s a s b a s i c a s : l a s f u e r z a s de l a n a t u r a l e z a que a c t u a n a l o l a r g o de l a l i n e a de c o s t a y l a acción d e l hombre. L a s e s t r u c t u r a s c r e a d a s por e l hombre pueden i n t e r f e r i r con e l proceso continuo c o s t e r o en l a s formas s i g u i e n t e s ( F i g u r a 1 ) :

Interrupción d e l patrón d e l a r r a s t r e l i t o r a l ( e s d e c i r , e l movi-• miento de l a arena por l a acción d e l o l e a j e y l a s c o r r i e n t e s a l o

l a r g o de l a l i n e a de c o s t a ) . , , , , . La deformación d e l patrón de c o r r i e n t e s a l o l a r g o de l a l m e a de c o s t a . , , J

E l t r a s l a d o de l o s sedimentos mediante e l dragado.

; Modificación d e l régimen de o l e a j e debido a l a r e f l e x i o n y/o d i -fracción producida p o r l a s e s t r u c t u r a s .

T.fl3 c a u s a s n a t u r a l e s de l a erosión i n c l w v & l , ,

V l ^ n t o ( e l predominante, #^1)1 c u a l determina l a d i r e c c i o n d e l o l e a j e que i n c i d e generalmente con un c i e r t o angulo con r e p e c t o a l a l m e a L o s ^ ' n l v t l e s d e l agua, i n c l u y e n d o l a s mareas, l a elevación debido a l a s tormentas (storm s u r g e ) y l a e l e v a c i o n d e l n i v e l d e l mar. V a r i a c i o n e s de l a d e s c a r g a de sedimentos de l o s n o s .

E s c a r p a d o s expuestos a f u e r t e s l l u v i a s .

\ Movimientos de l a s u p e r f i c i e d e l agua y d e l t e r r e n o .

Movimiento de l a t i e r r a . « •'-i^utV^tfeAJ'Be 'ois:» A- ui'ê/o-". A c t i v i d a d e s de a n i m a l e s , e t c . , , , / r, , F o r u l t i m o , l a i u e r z a e r o s i v a n a t u r a l mas s i g n i f i c a t i v a a l o l a r g o de l a l i n e a de c o s t a , e s l a acción de l a o i a empujada por e l v i e n t o en combinación con l o s cambios en e l n i v e l d e l agua [mareas, elevación d e l agua debido a l v i e n t o (wind s e t - u p ) , e l e v a c i o n d e l n i v e l d e l mar].

s t a b i l i z a t i o n o f c o a s t s h a s b e e n c a r r i e d o u t a l r e a d y o v e r many c e n t u - ^ * ^ 5 r i e s . H o w e v e r , t h e more s o p h i s t i c a t e d a p p r o a c h i s f r o m r e c e n t ^ <s I, 0 «5 ^ %J i n ? - d - -o S IT Jl" ^gt h t J 1 s s the le i e '« V • 1 ta S 1 0 1 0 1 Dependi r of jell y F i g u r e 1 C l a s s i f i c a t i o n o f m o r p h o l o g i c a l c h a n g e s due t o p r e s e n c e o f s t r u c t u r e s ( T a n a k a , 1 9 8 3 ) 1^.

C h o i c e o f m e a s u r e ï n ~ ö r d ë r ~ t ö ~ a r r ï v e a t t h e d e c i s i o n w h e t h e r o r n o t p r o t e c t i v e m e a s u r e s s h o u l d be t a k e n d i f f e r e n t a c t i v i t i e s a r e n e e d e d . On t h e one h a n d t h e c a u s e s a n d t h e e x t e n t o f t h e b e a c h e r o s i o n s h o u l d be a s s e s s e d by means o f a s t u d y o f t h e m o r p h o l o g i c p r o c e s s e s i n t h e a r e a c o n s i d e r e d . T h e b a s i s o f t h i s s t u d y s h o u l d be f o r m e d by a n a n a l y s i s o f a v a i l a b l e d a t a , w h i l e f o r a p r e d i c t i o n o f t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e s a n d m a t h e m a t i c a l m o d e l s c a n be a p p l i e d . On t h e o t h e r h a n d a n e v a -l u a t i o n s h o u -l d be made o f t h e d i f f e r e n t i n t e r e s t s , w h i c h may be r e -l a t e d t o s a f e t y , r e c r e a t i o n , e n v i r o n m e n t , economy, e t c . A w e i g h i n g o f t h e s e i n t e r e s t s a g a i n s t t h e r a t e o f t h e b e a c h e r o s i o n may r e s u l t i n t o a d e c i -s i o n w h e t h e r f u r t h e r a c t i o n -s h o u l d be t a k e n o r n o t . I n c a s e i t i s deemed n e c e s s a r y t o p r o t e c t t h e e r o d i n g b e a c h a s e l e c t i o n s h o u l d be made o f t h e m o s t p r o m i s i n g m e a s u r e . As a n e x a m p l e a s e l e c t i o n p r o c e d u r e i s p r e s e n t e d i n F i g u r e 5, w h i c h h a s b e e n d e r i v e d f r o m K o b a y a s h i e t a l ( 1 9 8 5 ) . I n t h i s c a s e a number o f s u i t a b l e t y p e s o f b e a c h p r o t e c t i o n h a v e b e e n e v a l u a t e d on b a s i s o f v a r i o u s a s p e c t s , w h i c h a p p l y f o r t h e c o n s i d e r e d p r o j e c t a t Y o k o h a m a . y /aci^/ü,c^c</:^s la pl^'-j b a s i c t y p e o f b e a c h c o n f i g u r a t i o n e v a l u a t i o n f a c t o r ( f u n c t i o n s ) o f f s h o r e ^ b r e a k w a t e r t y p e A n a t u r a l s e a s h o r e t y p e s u b m e r g e d e a k w a t e r t y p e o f f s h o r e b r e a k w a t e r t y p e r J 4etty t y p e ^ a r t i f i c i a l i'P" r e e f t y p e ^ ; ^ , | g o f f s h o r e fMUch^^". b r e a k w a t e r t y p e ZZZZZZZZZ^

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m o d e r a t e l y e f f e c t i v e a n d s u i t a b l e mo </ira c/^ fne^te c f ^ c Our. u

0 o f v e r y l i m i t e d e f f e c t i v e n e s s a n d n o t s u i t a b l e ^fecó^-yirTn^ ^^^2 fOrl Clorl PJ F i g u r e 5 S e l e c t i o n o f b e a c h p r o t e c t i o n m e a s u r e s ( K o b a y a s h i e t a l . 1 9 8 5 ) U o^i^o^- ^^^fJ '^SFor some c o a s t a l p r o t e c t i o n a n d / o r r e c l a m a t i o n p r o j e c t s i n T h e N e t h e r -^•^•^ l a n d s a c o m p a r i s o n o f t h e c o s t o f b e a c h n o u r i s h m e n t a n d d i f f e r e n t t y p e s t v ^ o f p e r m a n e n t s t r u c t u r e s h a s b e e n made, w h i c h p r o v i d e d i m p o r t a n t I- i n f o r m a t i o n f o r t h e s e l e c t i o n o f t h e p r o t e c t i v e m e a s u r e . I n t h e D u t c h s i t u a t i o n , t h e b e a c h n o u r i s h m e n t , a p a r t f r o m f l e x i b i l i t y a n d e n v i r o n - ' ^ <5;mental c o n s i d e r a t i o n s , may be v e r y c o s t - e f f e c t i v e by c o m p a r i s o n w i t h ^ ^ ' f i x e d ' s t r u c t u r e s .

La estabilización de l a s c o s t a s ha s i d o e s t u d i a d a d u r a n t e s i g l o s , s i n embargo e l e s t u d i o mas s o f i s t icado e s de l o s ültimos aflos. E l t i p o , tamafto y ubicación de l a protección c o s t e r a t i e n e que e s t a r basado en l a s n e c e s i d a d e s e x i s t e n t e s , l o s b e n e f i c i e s esperados de l o s métodos, SU e f e c t o sobre l a l i n e a de c o s t a a l e d a n a , y l a economia. Hay muchos t i p o s de p r o t e c c i o n e s c o s t e r a s (malecones, g r o i n s , alimentaclón a r t i f i c i a l , e t c . ) , cada uno apropiado p a r a un propósito d e f i n i d o ( F i g u r a 2 ) . S i n embargo un disefio inadecuado o mal c o n c e b i -do, puede a f e c t a r l a c o s t a en v e z de remediar l a situación ( P e r Brunn, 1963).

Antes de comenzar l a construcción de c u a l q u i e r obra de protección de c o s t a s s e debe tornar l a decisión de qué t i p o de protección s e n e c e s i t a . L a r e s p u e s t a c o r r e c t a depende mucho de l o que s e e s p e r a l o g r a r con l a protección c o s t e r a . S i e l f i n que s e p e r s i g u e e s una p l a y a , entonces debe haber un s u m i n i s t r o de m a t e r i a l a c a r r e o arriba.. S i hay un d r e n a j e , s e debe h a c e r de t a l manera que dafie l o menos p o s i b l e de una manera u o t r a , o se debe e s t a b l e c e r un s u m i n i s t r o de m a t e r i a l . S i l a protección de c o s t a s e v a a c o n s t r u i r en un a r e a de erosión, a n t e s de comenzar l a construcción, s e debe conocer l a profundidad d e l agua h a s t a donde t i e n e l u g a r l a erosión. S i l a erosión t i e n e l u g a r solamente a una profundidad l i m i t a d a , a l l i puede haber una buena oportunidad para c o n s t r u i r y mantener una p l a y a . S i

l a erosión o c u r r e h a s t a aguas profundas, l a protección c o s t e r a puede s e r movida h a c i a a t r a s , después de un i n t e r v a l e de tiempo, dependien-do de l a v e l o c i d a d de erosión y de l a v e l o c i d a d de una p o s i b l e alimentaclón a r t i f i c i a l a l a p l a y a . S i no s e b u s c a una p l a y a , un s u m i n i s t r o sobre e l lado a c a r r e o a r r i b a no e s importante, pero s i a l l i no hay s u m i n i s t r o , l a erosión c o n t i n u a r a . En e s t e caso s e r a absolutarnente n e c e s a r i o conocer l a profundidad h a s t a l a c u a l o c u r r e l a erosión. S i l a erosión o c u r r e solamente a una profundidad l i m i t a d a , debe s e r p o s i b l e p a r a r l a erosión en e s a profundidad, pero s i l a erosión o c u r r e h a s t a aguas profundas, s e r a i m p o s i b l e mantener l a p l a y a solamente con g r o i n s y/o malecones.

Después de algün tiempo t a l e s c o n s t r u c c i o n e s tendran que s e r r e t i r a d a s y s e p i e r d e c i e r t a a r e a de t i e r r a , a menos que todo e l m a t e r i a l s e a a r t i f i c i a l m e n t e r e s t i t u i d o . En muchos c a s o s , e s t o s e r a

i m p o s i b l e por razones económicas. S i no s e t i e n e n en cuenta e s t o s importantes f a c t o r e s , s e r a muy.clësgp^ c o n s t r u i r c u a l q u i e r p r o t e c -ción c o s t e r a . ISi"? (V-scI^^TAO

1.2 R e v i s i o n de l o s métodos de d e f e n s a c o s t e r a .

V a r l a s medidas pueden s e r usadas para p r o t e g e r l a s c o s t a s : medidas d i r e c t a s l a s c u a l e s p r e v i e n e n o a l i v i a n l o s e f e c t o s inmediatos de l o s problemas y medidas i n d i r e c t a s para e l i m i n a r l a s c a u s a s de l o s problemas. P a r a l a s medidas i n d i r e c t a s uno puede pensar en medidas para detener l a disminución d e l s u m i n i s t r o de sedimento d e l r i o a l s i s t e m a c o s t e r o . L a s medidas d i r e c t a s i n c l u y e n por ejemplo ( F i g u r a 2 ) :

- S u m i n i s t r o a r t i f i c i a l de^acena usado p a r a reponer una p a r t e de l a c o s t a e r o s i o n a d a . E s t o puede p a r e c e r c o s t o s o y l a n e c e s i d a d de que s e a r e p e t i d a puede desanimar a l a s a u t o r i d a d e s encargadas de l a zona c o s t e r a . S i n embargo l a s c o n s i d e r a c i o n e s mós importantes y l o s c o s t o s de mantenimiento frecuentemente demuestran que e s t a e s l a

a s e a w a l l u s e d t o f i x t h e s h o r e l i n e . I n t h i s way t h e s h o r e l i n e e r o -s i o n i -s r e p l a c e d by e r o -s i o n o f t h e -s e a b e d i m m e d i a t e l y i n f r o n t o f t h e w a l l . S t a b i l i t y p r o b l e m s may o c c u r , u n l e s s t h e f o u n d a t i o n o f t h e s e a w a l l i s w e l l b e l o w t h e s e a b e d .

existing profile .^^^^'l'^^^'ifTsfot erosion profile p-f^f-' ^-^ "-"•''^ sand fill / V i ' V ' ^ o -'^'•"^

an cho mini MO af-t^ a minimum profile width >' / //,.. J, I'\J / p^r/U b Width Of sand fill ^ncho del ,\ ^ ^ ( M t ^ ^ ^ dip^no d e a i g n atopn s u r g e l e v e l

A ^ ^ ) . 7 5 H Q g Bean s e a —' dune/beacfi^ n o u r i s h m e n t

a/« J ^épnra do M /t CoJ\

tj,A r. 3."H.1. d e t a c h e d b r e a k w a t e r A/. A S.W.I. g r o y n e s o r p e r m e a b l e g r o y n e s t o e - p r o t e c t i o n of dune , 3.W.1 'piinAc t o e - Z b o t t o r a - p r o t e c t i o n ^ d i k e f o r e - s h o r e

f^<^ii'^ dune/dike landward pföiccc/ó'n r^e ct^ n f'l ^ s e a - w a l l s e c u n d a r v ' beach F i g u r e 2 E x a m p l e s o f s e a - p r o t e c t i o n

7

p r o t e c t i o n 1.3 D e s i g n c o n s i d e r a t i o n s and m e t h o d o l o g y ( W e i d e , v a n d e r , 1 9 8 9 ) When d e s i g n i n g c o a s t a l s t r u c t u r e s , f o l l o w i n g a s p e c t s h a v e t o be c o n s i -d e r e -d : • The f u n c t i o n _ o f _ t h e _ s t r u c t u r e C Ö a s t a l ~ s t r ü c t ü r ë s " a r ë " ü s ê d f o r many, p u r p o s e s , s u c h a s h i g h - w a t e r p r o t e c t i o n , c o a s t a l - d e f e n c e , w a v e - a t t e n u a t i o n , f l o w - g u i d a n c e e t c .

<iue éöte sea p o s i b l e . Para h a c e r u n d i s e f t o b i e n b a l a n c i a d o , t o d o s l o s a s p e c t o s deben e s t a r i n t e g r a d o s en un diagrama de t r a b a j o , e l c u a l d e s c r i b e l o s d i f e r e n t e s a s p e c t o s y l a interacción rautua e n t r e e l l o s . Idealmente l o s a s p e c t o s ds axeVba deben s e r c o n s i d e r a d o s durante t o d a s l a s e t a p a s d e l proceso de disefio.

Durante e l proceso de disefio se i d e n t i f l e a n l a s s i g u i e n t e s e t a p a s : . Diaeflo c o n c e p t u a l .

En e s t a e t a p a se generan d i f e r e n t e s a l t e r n a t i v a s , que cumplen con todos l o s r e q u i s i t o s f u n c i o n a l e s , solamente s e hacen esquemas con dimensiones g e n e r a l e s . En e s t a e t a p a se i d e n t i f i c a n l o s a s p e c t o s més r e l e v a n t e s , l o s c u a l e s determinan l a f a c t i b i l i d a d técnica y económica, se e v a l u a su i m p o r t a n c i a r e l a t i v a y se d i b u j a n a l g u n a s f i g u r a s para que sean c u a n t i f i c a d ^ s .

. P r o y e c t o p r e l i m i p a r (AntePiioyexitcLL^

En e s t a etapa se s e l e c c i o n a un nümero l i m i t a d o de a l t e r n a t i v a s después de un proceso de selección d i r i g i d o h a c i a l a f a c t i b i l i d a d técnica. S i e s n e c e s a r i o , l a etapa d e l disefio c o n c e p t u a l puede s e r r e p e t i d a , s i e l grupo de a l t e r n a t i v a s no s a t i s f a c e e s o s c r i t e r i o s . En e s t a etapa se c u a n t i f i c a n l a s dimensiones e s t r u c t u r a l e s con algün d e t a l l e y se chequea l a f a c t i b i l i d a d económica. Se r e p i t e o t r a vez e l proceso de disefio cuando e l proyecto que se o b t i e n e no e s f a c t i b l e económicamente. . P r o v e c t o e.iecutivo ( I n g e n i e r i a d e t a l l a d a ) . En e s t a etapa se proyectan l o s d e t a l l e s e s t r u c t u r a l e s y s e d i b u j a n l o s d e t a l l e s d e l p r o y e c t o . P a r a l e l a m e n t e s e e s t a n explorando l a s p o s i b i l i d a d e s de f i n a n c i a m i e n t o y se c o n s i d e r a n mas detalladamente l o s a s p e c t o s s o c i o - p o l i t i c o s y de medio ambiente. En e s t a e t a p a se u t i l i z a n l o s c r i t e r i o s técnicos, económicos y s o c i o - p o l i t i c o s para d e t e r m i n e r l a f a c t i b i l i d a d d e l disefio propuesto.

Cuando l a etapa de p r o y e c t o se completa, se preparan l o s documentos de o f e r t a y se i n i c i a e l procedimiento de o f e r t a h a s t a l l e g a r a l a construcción. Aunque e s t a e t a p a no e s p a r t e d e l proceso de disefio, e l p r o y e c t i s t a debe e s t a r enterado de l a s r e s t r i c c i o n e s c o n s t r u c t i v a s impuestas p a r a e s t a e t a p a . La d i s p o n i b i l i d a d de m a t e r i a l , l a a c c e s i b i l i d a d d e l a r e a y l a c o r r e s p o n d i e n t e limitación en e l uso de l o s equipos, l a f a c t i b i l i d a d de e t a p a s i n t e r m e d i a s para l a cons-trucción son algunos de l o s a s p e c t o s que deben s e r c o n s i d e r a d o s . E s p e c i a l m e n t e en l a e t a p a de proyecto e j e c u t i v o e s t o s a s p e c t o s de-ben s e r evaluados.

. Qperacion v mantenlmieatQ. ^ También e s t a etapa e s t a f u e r a d e l contenido d e l proceso de d i s e n o ,

pero debe s e r c o n s i d e r a d a por e l p r o y e c t i s t a . E l mantenimiento debe t e n e r un impacto e s p e c i a l en l a selección d e l p r o y e c t o . Cuando l a s p o s i b i l i d a d e s de mantenimiento son pobres o e s c a s a s , e l proyecto

i n i c i a l debe s e r t a l que permita que l a e s t r u c t u r a pueda f u n c i o n a r s i n un mantenimiento r e g u l a r . S i e l c o s t o de l a mano de obra l o c a l e s b a r a t o y l a s i n v e r s i o n e s p r i n c i p a l e s son d i f i c i l e s , una e s t r u c t u r a b a r a t a puede s e r mas apropiada, tcnicr.do juh mantenimiento r e g u l a r g a r a n t i z a d o . ] ^ ^ ; l • ^,' •

-L a metodologia de d i s e n o s e muestra esquemdticamente en l a F i g u r a 3. Como s e muestra en e s t a F i g u r a , s e r e q u i e r e un modelo de simulaclón p a r a e v a l u a r e l comportamiento de l a e s t r u c t u r a en l a s d i f e r e n t e s e t a p a s d e l disefto.

Uno de l o s a s p e c t o s mas d i f i c i l e s d e l disefio e s l a selección d e l modelo que s e r a usado en v a r i a s e t a p a s d e l p r o y e c t o . En g e n e r a l puede a f i r m a r s e que en e l r e c o r r i d o d e l proceso de disefio s e usan l o s métodos mas avanzados. L a selección e f e c t i v a , s i n embargo, depende de l a c o m p l e j i d a d de l o s problemas, d e l tamafio de l a obra y d e l n i v e l de r i e s g o que s e a aceptado.

1.4 P r o c e s o de disefio de e s t r u c t u r a s de protección de c o s t a s .

En l a F i g u r a 4 e l proceso de disefio de una obra de protección de c o s t a ha s i d o d i b u j a d o en forma de diagrama (CUR,1987). E l punto de p a r t i d a en e s t e diagrama e s l a identificación d e l problema de erosión de l a p l a y a . L a segunda f a s e en e l disefio e s l a selección d e l t i p o de medida de protección. L a f a s e f i n a l puede s e r e l a n a l i s i s d e l r i e s g o de l a obra. , ^ :

C o n d i c i o n e s de contorno e i d e n t i f i c a c i Q H - d e 1 problema.

E l d i s e n o e f e c t i v o de l a protección c o s t e r a s e determina por l a s c o n d i c i o n e s l o c a l e s , t a l e s como, b a t i m e t r i a , o l e a j e , mareas, c o r r i e n -t e s , p r o c e s o s morfológicos y l a s carac-téris-ticas d e l sedimen-to y d e l s u e l o . Ya que e s t a s c a r g a s no pueden s e r c a l c u l a d a s con precisión, son d e f i n i d a s en términos de p r o b a b i l i d a d e s y s e a p l i c a e l concepto de disefio p r o b a b i l i s t i c o . Ademas, o t r o s f a c t o r e s t a l e s como, l a s c o n d i c i o n e s d e l medio ambiente, l a s i n f r a e s t r u c t u r a s , e l tiempo de ejecución, e t c . también pueden imponer c i e r t a s r e s t r i c c i o n e s sobre e l disefio.

P a r a e l disefio s e dispone de un c i e r t o nümero de h e r r a m i e n t a s , t a l e s como, modelos matematicos p a r a e l t r a n s p o r t e i n t e g r a l de sedimentos debido a o l a s y c o r r i e n t e s ( l o s c u a l e s también pueden u s a r s e para pronósticos d e l d e s a r r o l l o de l a s c o s t a s con o s i n e s t r u c t u r a en l a o r i l l a ) , conocimientos d i s p o n i b l e s sobre e l e f e c t o d e l tamafio de l a a r e n a sobre e l d e s a r r o l l o d e l p e r f i l de l a c o s t a , e t c .

P a r a e l disefio e s n e c e s a r i o e n t r a r en l a s c o n d i c i o n e s h l ^ r a u l i c a s de contorno y en l o s p r o c e s o s morfológicos en e l a r e a de interés. L o s p r o c e s o s morfológicos no sólo a f e c t a n a l t i p o de protección que se e s c o j a , s i n o también a l volumen de a r e n a que s e r e q u i e r e s u m i n i s t r a r en l a s c o s t a s con erosión, para que l a obra cumpla s u propósito durante un tiempo e s p e c i f i c a d o .

E l conocimiento sobre l o s p r o c e s o s morfológicos s e puede obtener por un anóllsis cuidadoso de l o s datos d i s p o n i b l e s ( e s d e c i r , sendees y mediciones de l o s n i v e l e s ) , complementado por c a l c u l o s de t r a n s p o r t e de sedimentos. A v e c e s s e pueden c o n s i d e r a r a l g u n a s mediciones a d i c i o n a l e s . En relación con l o a n t e r i o r s e s e f i a l a que e s t a s a c t i v i d a d e s ya deben e s t a r hechas a n t e s de d e c i d i r e n t r e l a alimentaclón a r t i f i c i a l de una p l a y a u o t r a medida de protección de c o s t a .

No solamente s e deben conocer l a s e v o l u c i o n e s p r e s e n t e e en l a zona c o s t e r a , s i n o tambié.i l a s que s e e s p e r a que o c u r r a n en e l f u t u r e . E s p o s i b l e que l a s e v o l u c i o n e s observadas puedan cambiar, por ejemplo en e l c a s o d e l movimiento de gran c a n t i d a d de o l a s de a r e n a a l o

m o r p h o l o g i c p r o c e s s e s n o t o n l y a f f e c t t h e t y p e o f p r o t e c t i o n t o be c h o -s e n , b u t a l -s o , i n t h e c a -s e o f e r o d i n g c o a -s t , t h e r e q u i r e d v o l u m e o f s a n d t o be s u p p l i e d i n o r d e r t h a t t h e p r o j e c t f u l f i l l s i t s p u r p o s e s d u r i n g a s p e c i f i e d t i m e . , , " j /> r~ ^ c ' / . - si / / i i - ' ^ c ,/ f i c/^e^ e/^ -'r~/ , ^ O B J E C T I V E S é ' / s K Ó r e l i n e s t a b i l i z a t i o n , • b a c k s h o r e p r o t e c t i o n

FUNCTIONAL R E Q U I R E M E N T S Cf^e^O^rimiet^toJ ^f-gyicional CRITERIA

, , / , ' . . A ^ , V - / > * - ) / » f lecnnicQi teasibility

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D E T A I L ENGINEERING 'Mo JZ. WyWrUTcToAT , • • p e r f o r m a n c e - ^ot^Cfokht^ry) \9 t e c h n i c o l f e a s i b i l i t y -f^ct floil'ic/^ral'tecnic e c o n o m i c f e a s i b i l i t y s o c i o / p o l i t i c o l f e a s i b i l i t y II 'prOZ/OJPotl't' C SIMULATION NMODEL L E V E L I MODEL L E V E L II MODEL L E V E L III EVALUATION C R I T E R I A DESIGN / Y E S ^ GO TO NEXT P H A S E NEXT P H A S E 3 ^ 0^ IfT) et

WATER L E V E L S . TIDES, WAVES. C U R R E N T S . S E A B E D

N A T U R A L ENVIRONMENT F i g u r e 3 T h e d e s i g n m e t h o d o l o g y The k n o w l e d g e a b o u t t h e m o r p h o l o g i c p r o c e s s e s c a n be o b t a i n e d by a c a r e f u l a n a l y s i s o f a v a i l a b l e d a t a ( i . e . s o u n d i n g s a n d l e v e l l i n g ) , s u p -p l e m e n t e d by c o m -p u t a t i o n s o f s e d i m e n t t r a n s -p o r t . P o s s i b l y a d d i t i o n a l m e a s u r e m e n t s may be deemed n e c e s s a r y . I n t h i s c o n n e c t i o n i t i s o b s e r v e d t h a t t h e s e a c t i v i t i e s s h o u l d be done a l r e a d y b e f o r e t o d e c i d e u p o n an a r t i f i c i a l b e a c h n o u r i s h m e n t o r a n o t h e r c o a s t a l p r o t e c t i o n m e a s u r e . Not o n l y t h e p r e s e n t e v o l u t i o n s i n t h e c o a s t a l z o n e n e e d t o be known, but a l s o t h o s e w h i c h a r e e x p e c t e d t o h a p p e n i n f u t u r e . P o s s i b l y t h e o b s e r v e d e v o l u t i o n s may c h a n g e f o r i n s t a n c e i n t h e c a s e o f t h e m i g r a -t i o n o f l a r g e s c a l e s a n d w a v e s a l o n g -t h e c o a s -t . I n f a c -t -t h e p r e s e n -t c o n d i t i o n and t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t o f t h e c o a s t s h o u l d be c o n f r o n t e d w i t h t h e i n t e r e s t s i n v o l v e d , i n o r d e r t o d e c i d e w h e t h e r o r n o t p r o t e c -t i v e m e a s u r e s s h o u l d be -t a k e n . The r e c e n t p u b l i c a t i o n s by Goda ( 1 9 8 5 ) , H o r i k a w a ( 1 9 8 8 ) , SPM ( 1 9 8 4 ) c a n s e r v e a s good r e f e r e n c e s f o r d e t e r m i n a t i o n o f t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s f o r t h e c o a s t a l p r o j e c t s .

/ / / '

ao<i(//c/<,he^ J-c Con tor ria

BEAOl EROSÏOH toUHDARY' C o r ó l T I O H S ! - c'spographic d s c a - b s E h y s e c r i c d a t a - sedimaacology - s e a c o n d i c i o n s auisES TOOLS! rj-hrrarn'^nUs. - a n a l y s i s t e c h n i q u e i r « x c r a p o l a c i o n c t e h n i q u c i j U- c r a n i p o r c f o r a i l a i sachiesiicical models r-t

1

STS STUOY ON MORTHOLOGICAL PROCESSES e^iJ IMS SOimPARY COWDITrONS! - borrov 4 a t e r i a l - eqaipstent <° enviroiEBenc VALOATION OF ASPECTS! - s s f e c y - r e e r e a t i o a 'PROBLEM DErramoH! type and l e a l a of baach e r o s i o n p r o b l c DECISION 'Jl.? lo S E U C T I O N OF P R O n c m t MEASURES groynas 'lrr>i-^ ^ isa-uall • i NO ACTION s t h s r t ' A R T I F I C I A L BEACB KOURISRKEJn (/j> la. b lo>^ry

DESIGN OF BEACH NOORISHMCTT SCHEME - baach f i l l fr^ll^'^odJ - borroB a r e a ( Jrei^^t tranaporcaciim ifsts — I -• * i z E R O - O F T I 0 W Jd rro 1)1 If " C^ TOOLS! rj/rrrr?/,;^erii - p r o f i l e s h a p e T/'"' o a c h e m a c i c a l o o d e l s -- f i l l f a c t o r - r e n o u r i s h a e o E f a c t o r KONITORING CTAUIATIOH A fT?'^ cdf dc^'^ •dr, F i g u r e 4 P r o c e s s o f d e s i g n , e x e c u t i o n a n d e v a l u a t i o n o f c o a s t a l p r o -j e c t s E x a m p l e o f b e a c h n o u r i s h m e n t p r o -j e c t

- ejeMpCo d-, 'oi^r-a d€ aOr.en€r;r crOr, de-pf!ascr.

r-BEACH EROSION BOUNDARY C O K P I T I O N S : - t o p o g r a p h i c d a t a - b a t h > n c t r i c d a t a ~ s e d i m e n t o l o g y - s e a c o a d i t i o n s CAUSES TOOLS: - a a a l y s i s t e c h n i q u e s - e s t r a p o U t i o n t e c h n i q u e - t r a n s p o r t f o r m u l a s - ttatheiMticsl owdelt

JL

I N T E R E S T S STUDY OH MORPHOLOGICAL PROCESSES BOUNDARY CONDITIONS! - b o r r o v l o a t e r i a l - equipiBent - e n v i r o n m e n t TOOLS: - p r o f i l e s h a p e - m a t h e m a t i c a l m o d e l s - f i n f a c t o r - r e n o u r i s h m e n t f a c t o r EVALUATIOh OF A S P E C T S : - s a f e t y - r e c r e a t i o n - enviroiBDeDC — ecoQow^ PROBLEM DEFINITION! t y p e and s c a l e o f b e a c h e r o s i o n p r o b l t D E C I S I O N S E L E C T I O N OF PROTEcrra MEASUraS g r o y n e s s e a - w a l l NO ACTION o t h e r s A R T I F I C I A L BEACH NOUKISKHENT

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i n v o l u c r a d o s , p a r a d e c i d i r s i deben s e r tomaaas

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p a r a l a selección de l a medida de protección.

En l a situación de Holanda, l a alimentaclón de ^ l ^ J ^ f ' / ^ ^ f ^ ^ ^ J ^ J ? ^

Trc^tTrrcit ^c^oT^i^s^tUc^tis

s o l u c i o n e s d u r a s .

Los c o s t o s de v a r i a s medidas de pro-tección de p l a y a s e s t a n comparados en l a F i g u r a 6. P a r a una s i t u a c i o n ipromedio'la alimentaclón de p l a y a

parece s e r l a mas económica s i e l f a l t a n t e de a r e n a e s d e l orden de 500 000 m3/afio o menor y 1|; fenf i | tud de l a p l a y a a proteger'm©«oi- de 5 Km. E l c o s t o puede s e r r e -ducido por un f a c t o r de 2 ó 3 para un f a l t a n t e menor o p l a y a s de mayor

l o n g l t u d . S i n embargo,-de V-- r c D « i — tadoe

del^-^-Foe©^4»*«»^Q^

d^-^ s©le©«.on-también puede o< u r r i r que no e x i s t a medida f a c t i b l e y que la^'cero' ppción

t i e n e -^ue_.ser-esco-gl-da.

A n a l i s i s de r i e s g o l e n f o g u e p r o b a h i l i a t l f f l a L u

E l problema mas comun en e l d i s e f i o de l a s e s t r u c t u r a s de protección de c o s t a s e s con f r e c u e n c i a e l r i e s g o de s u b e s t i m a r o i n t e r p r e t a r mal l a s c a n t i d a d e s i n v o l u c r a d a s en e l disefio. E s t o s i g n i f i c a una amenaza p o t e n c i a l a l a economia de l a obra, p a r t i c u l a r m e n t e en a r e a s donde e l equipo apropiado no e s t a realmente d i s p o n i b l e .

Una r e s p u e s t a a e s t o se o b t i e n e por e l enfoque p r o b a b i l i s t i c o de l o s problemas de erosión de una p l a y a . En un disefio p r o b a b i l i s t i c o , l a función de p r o b a b i l i d a d de densidadd o estimados maximes o minimes s e d e f i n e n para todos l o s parametros I n v o l u c r a d o s . E l r e s u l t a d o e s un aporte e s p e c i f i c a d o por cada p a r a m e t r o , a l a incertidumbre t o t a l d e l problema de d i s e f i o . Debido a l g r a n nümero de m a n i p u l a c i o n e s e s t a d i s t i c a s i n v o l u c r a d a s , l a mayoria de l a s v e c e s es n e c e s a r i o emplear computadoras. E l uso de un enfoque p r o b a b i l i s t i c o para l o s p e r f i l e s de e q u i l i b r i o de una p l a y a y por c o n s i g u i e n t e para l a erosión de l a duna y e l disefio de e s t r u c t u r a s de protección de c o s t a s e s t a en p r a c t i c a actualmente en Holanda. También es p o s i b l e extender l o s cólculos p r o b a b i l i s t i c o s para e s t a b l e c e r d e s a r r o l l o s c o s t e r o s . La p r o b a b i l i d a d de una c i e r t a c a n t i d a d de erosión o acumulación en función d e l tiempo y d e l l u g a r puede s e r determinada f a c i l m e n t e sobre l a base de un modelo l i n e a l s i m p l e . E l suceso o fenómeno mas probable a s i como l a s p r o b a b i l i d a d e s extremas a l t a s o b a j a s pueden s e r e v a l u a d a s y comprobadas p a r a v a r i a s a l t e r n a t i v a s .

Aparte de una p r o b a b i l i d a d completa de f a l l o , e l enfoque p r o b a b i l i s -t i c o hace p o s i b l e s e l e c c i o n a r rapidamen-te l o s parame-tros mas r e l e v a n t e s , en términos de su aporte a l r i e s g o y e l e f e c t o de variación^ÖéS^^S^^arl^etros. Aunque e l r i e s g o como t a l no s e r a d i s m i n u i d o , todo queda b i e n d e f i n i d o y se e v i t a n l a s s o r p r e s a s . También l o s modelos en computadoras son de mucha ayuda simulando v a r i o s e s c e n a r i o s en ejecución. Una vez mas e l f i n que s e p e r s i g u e e s obtener una solución que no s e a una s o r p r e s a , basada en l a p o s i b i l i d a d de e s t u d i a r con r a p i d e z numerosos p a r a m e t r o s que v a r i a n rapidamente para l o s d i s t i n t o s e s c e n a r i o s de l a p l a y a .

tlentf dt tiTnr* ^ ^^^^

En e l pasado, s o l a m e n t e - ^ ^ « o y l a e x p e r i e n c i a l o c a l , determinaban l a selección d e l t i p o y dimensiones de l a protección c o s t e r a . A v e c e s l o s d i s e f i o s eran c o n s e r v a d o r e s y demasiado c o s t o s o s o e r a n inadecua-dos, por ejemplo r e v e s t i m i e n t o s con i n s u f i c i e n t e r e s i s t e n c i a , e r a n dafiados cuando se exponian a l a acción d e l o l e a j e .

Actualmente, D e l f t H y d r a u l i c s , e l M i n i s t e r i o de Obras P u b l l e a s de Holanda y muchas o t r a s i n s t i t u c i o n e s en todo e l mundo, han ganado mucha e x p e r i e n c i a en l a s e s t r u c t u r a s de protección de c o s t a s .

Modelos matematicos s o f i s t i c a d o s y f a c i l i d a d e s de ensayos e s t a n ahora d i s p o n i b l e s , en l a s c u a l e s l a s e s t r u c t u r a s pueden s e r e s t u d i a d a s o probadas. En e s t e a s p e c t o , e l c a n a l de o l a s de D e l f t H y d r a u l i c s debe s e r p a r t i c u l a r m e n t e mencionado. E s t a f a c i l i d a d permite r e a l i z a r ensayos a gran e s c a l a o cao»» 4& a l i a . &<,c/)-/'/i êê^4é\

L a s dimensiones, l a e s t a b i l i d a d y l a f a c t i b i l i d a d técnica de l a s

o b r a s de protección de c o s t a s se pueden d e t e r m i n e r actualmente sobre ü/r^ basiQjf.firmejT y apoyadas por mejor e x p e r i e n c i a que en e l pasado. A

ensayada en un modelo a e s c a l a y a que no e x i s t e n r e g l a s de d i s e n o generalmente a c e p t a d a s .

L a s r e g i e s de d i s e n o e x i s t e n t e s s e r a n r e v i s a d a s brevemente en l o s s u b s i g u i e n t e s c a p i t u l o s . E l l i s t a d o a chequear d e l procedimiento de d i s e n o p a r a l o s p r o y e c t o s de alimentaclón de p l a y a s puede s e r deducido de l o s diagramas de l a F i g u r a 4. E l l i s t a d o a chequear para e l diseno comun de l a s e s t r u c t u r a s r i g i d a s ( f i j a s ) e s t a aproxima-damente esquematizado debajo y en l a F i g u r a 7.

L i s t a d o d e l p r o c e d i m i e n t o de d i s e n o para e s t r u c t u r a s r i g i d a s ( f i . i a s ) . Los elementos mas c r i t i c o s d e l disefto e s t r u c t u r a l son: l a e s t a b i l i d a d de l a capa de c u b i e r t a (capa de protección o c o r a z a ) , cimentación s e g u r a p a r a minimisér l o s asentamientos y l a protección d e l p i e p a r a e v i t a r l a socavación. Los pasos u s u a l e s p a r a d e s a r r o l l a r un disefto e s t r u c t u r a l adecuado son: / , /

a. Formular l o s r e q u e r i m i e n t o s f u n c i o n a l e s . ^&6^' -^AFL (k SoCöiCxic^^

b. P r e p a r a r l a s s o l u c i o n e s ^ a l t e r n a ^ i v a s ^ ^ ^ - ' ^ ' • • ^ f ^ ^ s - r c . Ceteïttrrnar e l range d e l nXvel d e l agua en e l l u g a r .

d. Determinar l a s a l t u r a s de o l a s y l a s c o r r i e n t e s ( e v e n t u a l e s ) . e. Buscar l a forma de l a e s t r u c t u r a a p r o p i a d a ( g e o m e t r i a ) .

g. Revisión de l o s p o s i b l e s mecanismos de f a l l o .

h. S e l e c c i o n a r l a s a l t e r n a t i v a s de c o r a z a mas apropiadas y e l tamafto u n i t a r i o de e l l a .

i . Disefto d e l f i l t r o y de l a s capas i n t e r m e d i a s .

j . Determinar l a t r e p a d a ( r u n u p ) p o t e n c i a l p a r a s i t u a r l a elevación de l a c r e s t a .

k. Determinar l a c a n t i d a d de sobrepaso esperada p a r a l a s e s t r u c t u r a s b a j a s (de poca elevación de l a c r e s t a ) .

1. Disefio de l a protección d e l p i e , l o n g l t u d de transición y l a pro-tección de l a c r e s t a .

m. Disefiar segün l a s caractéristicas d e l d r e n a j e s i s e r e q u i e r e n . n. Tener en c u e n t a e l e s c u r r i m i e n t o d e l agua en e l a r e a l o c a l y l a producida por e l sobrepaso y p r e v e e r o t r a s f a c i l i d a d e s de drena-j e t a l e s como a l c a n t a r i l l a s y z a n drena-j a s .

o. C o n s i d e r a r c o n d i c i o n e s extremas y e v i t a r e l f a l l o por flanqueo. p. Tener en c u e n t a una buena compactación p a r a todos l o s m a t e r i a l e s

de r e l l e n o .

q. Hacer un chequeo f i n a l a s u disefio.

r . D e s a r r o l l a r e l c o s t o estimado para cada a l t e r n a t i v a . s. S e l e c c i o n a r e l disefio f i n a l .

t . P r e p a r a r l a s e s p e c i f i c a c i o n e s p a r a l o s m a t e r i a l e s , i n c l u i d o s e l

c o n t r o l de c a l i d a d . ^ , La revisión de l o s elementos c l a v e ^ que t i e n e que s e r consideradfiTen

e l disefio (dimensionamiento) s e i l u s t r a ( p a r a a l g u n a s e s t r u c t u r a s de protección) en l a F i g u r a 7. L o s métodos de disefio mas d o t a l l a d o s s e d i s c u t i r a n en l a s c o n t r i b u c i o n e s s u b s i g u e n t e s en e l c u r s o . Debido a l a c o m p l e j i d a d de e s t e tema e s i m p o s i b l e dentro de l a e x t e n s i o n d e l c u r s o c o r t o d a r una revisión mas d e t a l l a d a para todas l a s e s t r u c t u r a s de protección de c o s t a s , no obstante l a mayor p a r t e de l o s p r i n c i p i e s y fórmulas de disefio también son a p l i c a b l e s p a r a o t r a s e s t r u c t u r a s . Como base para e l c u r s o , s e puede u s a r e l Manual de Protección de C o s t a s (SPM 1984). L a información s u p l e m e n t a r i a sobre v a r i o s tópicos se puede e n c o n t r a r en l i b r o s de t e x t o y p u b l i c a c i o n e s mas e s p e c i a l i -zadas, mencionadas en l a s r e f e r e n c i a s y en l a s s u b s i g u i e n t e s s e c c i o n e s y apéndices. E s t o s e r a s u f i c i e n t e para quienes e s t a n i n v o l u c r a d o s en planeamiento y disefio c o n c e p t u a l .

3 r O in oCarreo updrif t _groyne

-mean shoreline

downdrift a correo abojo

groyne

^Dr,ir,h.c,dr, é^f'ca 3r"m ^ on.

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( ^ - f / p i ^ a i <7ro//7e

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^leuccon ^/^levation shoreside

I — shoreline CCA'' _{,— elevation lakeside}

I structural design of groyne

f ) t/err-a. distance landward

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hfar distance Cshoreline — i — ^ r— elevation of s i l l

width of scour pads Anchur'^ d^J Cc^

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width of flat area , /

« ^ I width''of - '5

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^ typical revetment

F i g u r e 7 C o a s t a l p r o t e c t i o n m e t h o d s a n d d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s

( O n t a r i o , 1 9 8 7 ) . r/ivo^o

Oroi.ccio.d. CcjÜj y Cor,r.d^rac,or,e.' de: toe(_^ anckvra de/ f/-e

As a b a s e l i n e f o r t h e c o u r s e , t h e S h o r e P r o t e c t i o n M a n u a l (SPM, 1 9 8 4 ) c a n be u s e d . S u p p l e m e n t a r y i n f o r m a t i o n on t h e v a r i o u s t o p i c s , may be f o u n d i n more s p e c i a l i z e d t e x t b o o k s a n d p u b l i c a t i o n s , a s r e f e r r e d t o i n t h e r e f e r e n c e s a n d i n t h e s u b s e q u e n t s e c t i o n s a n d a p p e n d i c e s . T h i s w i l l be s u f f i c i e n t f o r t h o s e who a r e i n v o l v e d i n p l a n n i n g a n d c o n c e p t u a l d e s i g n . The d e s i g n o f c o a s t a l p r o t e c t i o n i s n o t a s i m p l e m a t t e r . I n a l l c a s e s , e x p e r i e n c e a n d s o u n d e n g i n e e r i n g j u d g e m e n t p l a y a n d i m p o r t a n t r o l e i n a p p l y i n g t h e s e d e s i g n r u l e s , o r e l s e m a t h e m a t i c a l o r p h y s i c a l t e s t i n g c a n p r o v i d e a n o p t i m u m s o l u t i o n ( F i g u r e 8 ) . ercicion r designing execution /

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E l d i s e n o de obras de protección de c o s t a s no e s un tema s i m p l e . En todos l o s c a s o s , l a e x p e r i e n c i a y e l j u i c i o i n g e n i e r i l juegan un p a p e l importante en l a aplicación de l a s r e g l a s de diseno, o en s u

l u g a r l o s ensayos matematicos o f i s i c o s pueden s u m i n i s t r a r una solución optima ( F i g u r a 8 ) .

protección de costas

1 Introducción 1 1.1 Generalidades 1

1.2 Revisión de los métodos de defensa costera 3 1.3 Metodologia y consideraciones de diseno 5 1.4 Proceso de diseno de estructuras de protección de costas 7

1.5 Listado a chequear para los aspectos estructurales y el procedimiento

de diseno 12

introducción

1

Introducción

IJ

Generalidades

En todo el mundo las comunidades costeras estdn enfrentadas con los problemas dificiles del control de la erosión de la li'nea de costa. Debido al alto costo de la tierra en la zona costera, la erosión crónica asi como la erosión producida por las tormentas pueden ser vistas como un problema importante en el intento de reducir la erosión con medidas de defensa costera. Como resultado del proceso natural costero, el limite entre la tierra y el agua puede estar sometido a cambios de posición con el tiempo. Este cambio puede ser hacia el mar con el avance de la Ifnea de costa (acumulación) y hacia tierra por un retroceso de la Imea de costa (erosión). Estos procesos ocurren a todo lo largo de la linea de costa y la velocidad a la cual las costas se erosionan o tiene lugar una acumulación, depende de la composición de la zona costera y de su exposición a las fuerzas erosivas. La erosión es el resultado de dos causas basicas: las fuerzas de la naturaleza que actuan a lo largo de la linea de costa y la acción del hombre. Las estructuras creadas por el hombre pueden interferir con el proceso contfnuo costero en las formas siguientes (Figura 1):

Interrupción del patrón del arrastre litoral (es decir, el movimiento de la arena por la acción del oleaje y las corrientes a lo largo de la Ifnea de costa).

La deformación del patrón de corrientes a lo largo de la li'nea de costa. El traslado de los sedimentos mediante el dragado.

Modificación del régimen de oleaje debido a la reflexión y/o difracción producida por las estructuras.

Las causas naturales de la erosión incluye:

Viento (dirección predominante, la cual determina la dirección del oleaje que incide generalmente con un cierto dngulo con respecto a la Imea de costa).

Oleaje y el componente longitudinal de la energia indicida por el oleaje.

Los niveles del agua, incluyendo las mareas, la elevación debido a las tormentas (storm surge) y la elevación del nivel del mar.

Variaciones de la descarga de sedimentos de los rfos. Escarpados expuestos a fuertes lluvias.

Movimientos de la superficie del agua y del terreno. Movimiento debido a hielo.

Movimiento de la tierra. Actividades de animales, etc.

Por ultimo, la fuerza erosiva natural mis significativa a lo largo de la li'nea de costa, es la acción de la ola empujada por el viento en combinación con los cambios en el nivel del agua [mareas, elevación del agua debido al viento (wind set-up), elevación del nivel del mar].

introducción Si l i 3 O E S sll S » E CS O O 111 •O l l tn 0 91 O •O ta O '«" ₀ > 0. 'Ê 1 •5 c J ï l c 0 « '5 « CS 2 3" <a 0 0 c V ID E| 8 ° «a Q CS 0. -D U 0 '5 ₀ i UJ < !f ;.V 1 -•1 1 i ! 'lill, ! | l 1!° 5 O e O I I P V CB

Figura 1 Clasificación de los cambios morfológicos debido a la presencia de estructuras (Tanaka, 1983).

introducción

La estabilización de las costas ha sido estudiada durante siglos, sin embargo el estudio mis

sofisticado es de los ültimos anos. El tipo, tamano y ubicación de la protección costera tiene que estar basado en las necesidades existentes, los beneficies esperados de los métodos, su efecto sobre la Ifnea de costa aledana, y la economia. Hay muchos tipos de protecciones costeras (malecones, groins, alimentaclón artificial, etc.), cada uno apropiado para un propósito definido (Figura 2). Sin embargo un diseno inadecuado o mal concebido, puede afectar la costa en vez de remediar la situación (Per Bruun, 1963).

Antes de comenzar la construcción de cualquier obra de protección de costas se debe tomar la decisión de qué tipo de protección se necesita. La respuesta correcta depende mucho de lo que se espera lograr con la protección costera. Si el fm que se persigue es una playa, entonces debe haber un suministro de material acarreo arriba. Si hay un drenaje, se debe hacer de tal manera que daiïe lo menos posible de una manera u otra, o se debe establecer un suministro de material. Si la protección de costa se va a construir en un Irea de erosión, antes de comenzar la construcción, se debe conocer la profundidad del agua hasta donde tiene lugar la erosión. Si la erosión tiene lugar solamente a una profundidad limitada, allf puede haber una buena oportunidad para construir y mantener una playa. Si la erosión ocurre hasta aguas profundas, la protección costera puede ser movida hacia atras, después de un intervalo de tiempo, dependiendo de la velocidad de erosión y de la velocidad de una posible alimentaclón artificial a la playa. Si no se busca una playa, un suministro sobre el lado acarreo arriba no es importante, pero si allf no hay suministro, la erosión continuara. En este caso serd absolutamente necesario conocer la profundidad hasta la cual ocurre la erosión. Si la erosión ocurre solamente a una profundidad limitada, debe ser posible parar la erosión en esa profundidad, pero si la erosión ocurre hasta aguas profundas, sera imposible mantener la playa solamente con groins y/o malecones.

Después de algun tiempo tales construcciones tendran que ser retiradas y se pierde cierta órea de tierra, a menos que todo el material sea artificialmente restituido. En muchos casos, esto

seri imposible por razones económicas. Si no se tienen en cuenta estos importantes factores,

seii muy arriesgado construir cualquier protección costera.

1.2 Revisión de los métodos de defensa costera

Varias medidas pueden ser usadas para proteger las costas: medidas directas las cuales previenen o alivian los efectos inmediatos de los problemas y medidas indirectas para eliminar las causas de los problemas. Para las medidas indirectas uno puede pensar en medidas para detener la disminución del suministro de sedimento del rfo al sistema costero. Las medidas directas incluyen por ejemplo (Figura 2):

Suministro artificial de arena usado para reponer una parte de la costa erosionada. Esto puede parecer costoso y la necesidad de que sea repetida puede desanimar a las autoridades encargadas de la zona costera. Sin embargo las consideraciones mis

importantes y los costos de mantenimiento frecuentemente demuestran que esta es la solución optima. Una ventaja adicional es que se conserva la función recreacional de

introducción

perfil existente — - perfil de erosión i \ \ rellano de arena

a anoho mfninno del perfil b ancho del relleno de arena

Nivel de diseno de tormenta

C » T groins o groins permeables

N.A.T. protección del pie de la duna

dlque

N.A.r. protección del pue y del fond

costa delantera playa malecón

hacia tierra protección secundaria

Figura 2 Ejemplos de protección.

la playa.

Una fila de groins usada en la parte erosionada de la costa, localmente reduce la capacidad de transporte longitudinal de sedimentos y de ahf la erosión de la costa. De esta manera las dreas de erosión se pueden cambiar a ubicaciones menos daninas.

introducción

Un rompeolas separado de la costa (paralelo a la costa y a cierta distancia de ella) usado para cambiar las capacidades de transporte litoral tanto longitudinal como perpendicular a la costa, resulta en acumulación (tómbolo) en el lado del rompeolas que estó hacia tierra. Tales estructuras tienen un efecto sobre la Imea de costa comparable con el de los groins.

Un malecón se usa para fijar la linea de costa. De esta manera la erosión de la linea de costa es sustituida por la erosión del fondo del mar inmediatamente frente al muro. Pueden ocurrir problemas de estabilidad, a menos que la cimentación del malecón esté bien por debajo del fondo del mar.

1,3 Metodologia y consideraciones de diseno

Cuando se proyecta una obra de protección de costas, se deben considerar los siguientes aspectos:

La función de la estructura.

Las estructuras de protección de costas se usan para muchos propósitos tales como, proteger contra altos niveles de agua, defensa de la costa, disminucón del oleaje, guiar un flujo de agua, etc. Para cada una de estas funciones se tendrdn diferentes especificaciones de proyecto.

El medio ambiente.

Como se dijo anteriormente, las cargas de diseiïo sobre las obras de protección de costas estan fundamentalmente determinadas por las fuerzas hydrodindmycas. Mis

aün, los procesos hydrodynamicos pueden inducir cambios morfológicos los cuales pueden afectar el funcionamiento y la integridad de las estructuras. Finalmente, las caractéristicas geotécnicas del lugar son importantes ya que ellas determinan la capacidad soportante del subsuelo, que es un parametro importante para la estabilidad general de las estructuras.

El método de construcción contemplado.

La disponibilidad de material, los equipos y la mano de obra determinan en gran medida el procedimiento para la construcción. Este procedimiento determina las posibilidades del proyectista. En aquellas areas donde hay fuertes restricciones en los procedimientos de la construcción el proyectista debe ser cuidadoso y chequear que el proyecto esté acorde con esta condición.

Operación y mantenimiento.

Una vez que la estructura esti terminada, sera usada y requerird un mantenimiento para asegurar su funcionamiento.

El proyectista debe tener en cuenta en la fase de diseno el futuro mantenimiento y hacer que este se pueda effectuar.

introducción

Para hacer un diseno bien balanciado, todos los aspectos deben estar integrados en un diagrama de trabajo, el cual describe los diferentes aspectos y la interacción mutua entre ellos. Idealmente estos aspectos deben ser considerados durante todas las etapas des proceso de diseno.

Durante el proceso de diseno se identifican las siguientes etapas: Diseno conceptuaL

En esta etapa se generan diferentes alternativas, que cumplen con todos los requisitos funcionales, solamente se hacen esquemas con dimensiones generales. En esta etapa se identifican los aspectos mas relevantes, los cuales determinan la factibilidad técnica y económica, se evalua su importancia relativa y se dibujan algunas figuras para que sean cuantificadas.

Proyecto preliminar (Anteproyecto').

En esta etapa se selecciona un numero limitado de alternativas después de un proceso de selección dirigido hacia la factibilidad técnica. Si es necesario, la etapa del diseno conceptual puede ser repetida, si el grupo de alternativas no satisface esos criterios. En esta etapa se cuantifican las dimensiones estructurales con algün detalle y se chequea la factibilidad económica. Se repite otra vez el proceso de diseno cuando el proyecto que se obtiene no es factible económicamente.

Proyecto ejecutivo (Ingenierfa detalladal.

En esta etapa se proyectan los detalles estructurales y se dibujan los detalles del proyecto. Paralelamente se estón explorando las posibilidades de financiamiento y se consideran mis detalladamente los aspectos socio-polfticos y de medio ambiente. En esta etapa se utilizan los criterios técnicos, económicos y socio-polfticos para determinar la factibilidad del diseno propuesto.

Etapa de construcción.

Cuando la etapa de proyecto se completa, se preparan los documentos de oferta y se inicia el procedimiento de oferta hasta llegar a la construcción. Aunque esta etapa no es parte del proceso de diseno, el proyectista debe estar enterado de las restricciones constructivas impuestas para esta etapa. La disponibilidad de material, la accesibilidad del area y la correspondiente limitación en el uso de los equipos, la factibilidad de etapas intermedias para la construcción son algunos de los aspectos que deben ser considerados. Especialmente en la etapa de proyecto ejecutivo estos aspectos deben ser evaluados.

Construcción requerimentos f u n c t i o n a t e s Medio ambiente n a t u r a l Operación mantenimiento

introducción Operación y mantenimiento.

También esta etapa estó fuera del contenido del proceso de diseno, pero debe ser considerada por el proyectista. El mantenimiento debe tener un impacto especial en la selección del proyecto. Cuando las posibilidades de mantenimiento son pobres o escasas, el proyecto inicial debe ser tal que permita que la estructura pueda funcionar sin un mantenimiento regular. Si el costo de la mano de obra local es barato y las inversiones principales son dificiles, una estructura barata puede ser mis apropiada, cuando se pueda garantizar un mantenimiento regular.

La metodologia de diseno se muestra esquemdticamente en la Figura 3. Como se muestra en esta Figura, se requiere un modelo de simulaclón para evaluar el comportamiento de la estructura en las diferentes etapas del diseiïo.

Uno de los aspectos mis dificiles del diseiïo es la selección del modelo que seri usado en varias etapas del proyecto. En general puede afirmarse que en el recorrido del proceso de diseno se usan los métodos mis avanzados. La selección efectiva, sin embargo, depende de la complejidad de los problemas, del tamano de la obra y del nivel de riesgo que sea aceptado.

1.4 Proceso de diseno de estructuras de

protección de costas.

En la Figura 4 el proceso de diseno de una obra de protección de costa ha sido dibujado en forma de diagrama (CUR,1987). El punto de partida en este diagrama es la identificación del problema de erosión de la playa. La segunda fase en el diseno es la selección del tipo de

medida de protección. La fase final puede ser el analisis del riesgo de la obra. Condiciones de contorno e identificación del problema.

El diseno efectivo de la protección costera se determina por las condiciones locales, tales como, batimetria, oleaje, mareas, corrientes, procesos morfológicos y las caractéristicas del sedimento y del suelo. Ya que estas cargas no pueden ser calculadas con precisión, son definidas en tér minos de probabilidades y se aplica el concepto de diseno probabilistico. Ademds, otros factores tales como, las condiciones del medio ambiente, las infraestructuras, el tiempo de ejecución, etc. también pueden imponer ciertas restricciones sobre el diseiïo. Para el diseno se dispone de un cierto numero de herramientas, tales como, modelos matematicos para el transporte integral de sedimentos debido a olas y corrientes (los cuales también pueden usarse para pronósticos del desarrollo de las costas con o sin estructura en la orilla), conocimientos disponibles sobre el efecto del tamaiïo de la arena sobre el desarrollo del perfil de la costa, etc.

Para el diseiïo es necesario entrar en las condiciones hidraulicas de contorno y en los procesos morfológicos en el órea de interés. Los procesos morfológicos no sólo afectan al tipo de

introducción

protección que se escoja, sino también al volumen de arena que se requiere suministrar en las costas con erosión, para que la obra cumpla su propósito durante un tiempo especiflcado. El conocimiento sobre los procesos morfológicos se puede obtener por un andlisis cuidadoso de los datos disponibles (es decir, sondeos y mediciones de los niveles), complementado por cdlculos de transporte de sedimentos. A veces se pueden considerar algunas mediciones adicionales. En relación con lo anterior se senala que estas actividades ya deben estar hechas antes de decidir entre la alimentaclón artificial de una playa u otra medida de protección de costa.

No solamente se deben conocer las evoluciones presentes en la zona costera, sino también las que se espera que ocurran en el futuro. Es posible que las evoluciones observadas puedan cambiar, por ejemplo en el caso del movimiento de gran cantidad de olas de arena a lo largo de la costa. De hecho las condiciones presentes y el futuro desarrollo de la costa deben ser confrontados con los intereses involucrados, para decidir si deben ser tomadas o no, medidas de protección.

Las publicaciones recientes de Goda (1985), Horikawa (1988), SPM 1984 (Manual de protección de Costas), pueden servir como buenas referencias para la determinación de las condiciones de contorno para los proyectos costeros.

introducción

REQUERIMENTOS FUNCIONALES

O B J E C T I V O S e estabilización de la linea de costa CRITERIA • funcionnamiento ® protección de la parte trasera © factibilidad tecnio

de la costa • factibilidad económica ® estabilización de esteros • factibilidad sociopolftico • p r o t e c c i ó n del puerto diseRo DISEfjO CONCEPTUAL! 7ï ï— J i _ P R O Y E C T O PRELIMINAR P R O Y E C T O E J E C U T I V O SIMULACION NIVEL 1 DEL MODELO NIVEL II DEL MODELO NIVEL III DEL MODELOf E V A L U A C I O N CRITERIOS NO SI REDISEfNiO IR A LA PRÓXIMA F A S E

NIVELES D E S L A Q U A , M A R E A S , O L A S , C O R R I E N T E S , FONDO MARINO

MEDIO AMBIENTE N A T U R A L

Figura 3 La metodologia de diseno.

Selección de la medida.

Para llegar a la decisión si una medida de protección debe tomarse o no, se necesitan diferentes actividades. Por una parte las causas y el grado de erosión de la playa deben ser determinadas por medio de un estudio de los procesos morfológicos en el area considerada. La base de este estudio debe estar formada por un analisis de los datos disponibles, mientras que para un pronóstico del desarrollo futuro se pueden usar las técnicas de extrapolaciones y los modelos matematicos. Por otra parte se deben evaluar diferentes intereses, en relación con la seguridad, recreación, medio ambiente, economia, etc. Contemplando estos intereses contra la velocidad de erosión de la playa se puede definir si se toma o no la decisión de una acción futura.

En caso de que se considere necesario proteger la playa en erosión se hace la selección de la medida mis prometedora. Como ejemplo, el procedimiento de selección se muestra en la Figura 5, el cual fué desarrollado por Kobayashi y otros (1985). En este caso un nümero

introducción EROSIC» DE PLAYA COHDICKWES DE COHTORHQ: - d a t o s t o p o g r a f i c o s - d a t o s b a t ï s i ê t r i c o s - s e d i m e n t o l o g i a - c o n d i c i o n e s d e l a a r CAUSAS INTERESES ESTUDIO SCfflRE LOS PROCESOS HORFOLÓGICOS HERRAMIENTAS - s i o d e l o s « t o i a t i c o s - f o r m i l a s de t r a n s p o r t e de s e d i m e n t o s - t é c n i c a s de e x t r a p o l a c i ó n - t é c n i c a s de a n é l i s i s CONDICIONES DE CONTORNO - m a t e r i a l de préstanio - e q u i p o s - B e d i o a n b i e n t e • EVALUACION DE ASPECTOS; - s e g u r i d a d - r e c r e a c i o n a l e s - p e d i o a n i ) ! e n t e - eccwviaicos

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA t i p o y e s c a l a d e l p r o b l e s i a de l a p l a y a DECISION S E L E C K W DE U S HEDIDAS DE PROTECCIO n a l e c & i HO ACCIC^ o t r o s ALIHENTACIÓN A R T I F I C I A L DE U PLAYA

DISENA DEL PROYECO DE ALIHENTACIÓN DE LA PLAYA - r e l l e n o de l a p l a y a - é r e a l e p r e s t a m o - s i s t e m a de t r a n s p o r t a c i o n CER0-«>CION HERRAMIENTAS - f o m a d e l p e r f i l - n o d e l o s i s a t e n i a t i c a s - f a c t o r de r e l l e n o - f a c t o r d e r e a l i i R e n t a c i ó n EJECUCIÓN HON I TORES EVALUACION

Figura 4 Proceso de diseno, ejecución y evaluación de obras de protección de costas. Ejemplo de una obra de alimentaclón de playa.