1

1. PERSPECTIVA INTERNACIONAL SOBRE LOS USOS DE LAS ESTRUCTURAS COSTERAS

Para ubicar la perspectiva internacional sobre los usos de las estructuras costeras, primeramente se deberá definir que se entiende por este término. En general cada estructura hecha por el hombre en contacto con el ambiente marino puede tratarse como una estructura costera. Aplicando esta definición, algunas estructuras tradicionales y/o estándar tales como pilas de acero, espigones en T, pared de concreto, etc., serán estructuras costeras cuando se construyan en lugares que estén en contacto con el ambiente marino. Usualmente, las estructuras costeras implican un gran número de estructuras típicas tales como rompeolas separados de la costa, escolleras, espigones, protecciones marginales, diques costeros, etc. Con objeto de discutir el objeto de las estructuras costeras, es útil indicar brevemente los tipos de estructuras, su terminología y el lugar que juegan las estructuras costeras en la tecnología marítima. 1.1 Clasificación de estructuras costeras. (1) Malecones y diques costeros. El propósito primario de los malecones y diques costeros es el prevenir el deslizamiento de arena Y/o tierra cuando ocurren los mayores eventos de tormentas las cuales están acompañadas con grandes oleajes. El principal elemento en el diseño funcional de este tipo de estructuras costeras, es la elevación de la cresta de la estructura para minimizar los rebases del oleaje (wave overtooping) cuando ocurre sobreelevación del nivel del mar por la marea de tormenta (storm surge) y el ascenso del oleaje sobre la estructura (runup) Una estructura típica de malecón costero, es una estructura masiva de concreto que con su peso propio proporciona estabilidad contra las fuerzas de deslizamiento y de volteo por los momentos que originan las fuerzas actuantes. Una estructura típica de dique costero, es una estructura de tierra (presa) que mantiene elevados los niveles del agua para evitar inundaciones en las zonas bajas del interior de la zona de tierra. En la Fig. 1 se presentan varios ejemplos de malecones y diques costeros. Cuando estas estructuras son de pared vertical, su geometría las define como estructuras no absorbentes de la energía del oleaje, mientras que. Si dichas estructuras se construyen con una superficie de talud o con elementos de coraza, estas últimas formas de superficie absorben parte de la energía del oleaje (Pilarczyk, 1990). La cara frontal de este tipo de estructuras costeras también puede ser curva o con varias pendientes para reflectar el ascenso del oleaje sobre la estructura.

2

Fig. 1.1 Diferentes tipos de malecones y diques costeros (Pilarczyk, 1990)

3

1.2 Estructuras costeras de contención de material de playa. Las estructuras costeras de contención de material de playa, son estructuras de pared vertical para prevenir la pérdida de tierra por el deslizamiento de la parte de atrás de la playa. Su principal función es la de reducir la erosión de tierra y la pérdida de material de playa hacia el mar, no mitigan las inundaciones costeras y los daños del oleaje. Para evitar la erosión de material escarpado y acantilado, estas estructuras incrementan la estabilidad protegiendo el pie de dicho material por el corte al pie de dicho material. Las estructuras costeras de contención de material de playa son pilas de acero en cantiliver y anchas, o estructuras de gravedad tales como pantallas de madera rellenas de piedra y gaviones. Las estructuras costeras de contención de material de playa a base de pilas de acero en cantiliver derivan su capacidad de soporte, a través de la longitud de penetración en el fondo de la playa, debiendo ser suficiente la longitud de penetración de dichas estructuras para evitar su volteamiento. La socavación al pie de dichas estructuras puede provocar una disminución en el empotramiento de estas estructuras, y puede poner en peligro la estabilidad de dichas estructuras. Las estructuras costeras de contención de material de playa a base de pilas de acero anchas, son similares a las de cantiliver, pero gana capacidad de soporte por lo ancho de dichas estructuras y por la batería de pilas que se colocan en la parte de la playa. Para prevenir problemas de falla en este tipo de estructuras, se debe poner especial cuidado en los problemas de corrosión que comúnmente se presentan en los conectores. Las estructuras costeras de contención de material de playa a base de estructuras de gravedad, reducen el alto costo por el uso de pilas de acero, y pueden ser utilizadas en las situaciones en las cuales el subsuelo es muy resistente o la capa de roca está muy cerca de la superficie, situaciones en las cuales no es posible empotrar pilas de acero. Las estructuras costeras de contención tipo gravedad, requieren de una gran capacidad de resistencia del suelo donde se desplante dicha estructura. En la Fig. 1.2 se presentan varios tipos de estructura costeras de contención de material de playa.

4

Fig. 1.2 Tipos de estructuras de protección costera de contención de material de

playa (CEM, 2003).

1.3 Revestimiento de protección costera. Los revestimientos de protección costera son protecciones con material resistente a la erosión, que se colocan directamente sobre una pendiente de playa, terraplenes o diques para proteger un área en particular contra las corrientes y el oleaje. Los tres principales características de este tipo de estructuras son: una capa estable de coraza, una capa de filtro subyacente, y una protección al pie de la estructura. El filtro en la capa subyacente soporta el material de coraza, y evita el paso de agua a través de la estructura. La protección al pie de la estructura previene la socavación al pie de la misma, y proporciona soporte para todas las capas de material previamente mencionado. Si el pie de la estructura falla, el revestimiento completo pude fallar. En las Figs. 1.3a y 1.3b se presentan varios tipos de revestimientos de protección costera, los cuales se pueden construir con diferentes tipos de materiales.

5

1.3a Tipos de revestimiento de protección costera (CEM, 2003).

6

Fig. 1.3b Tipos de revestimiento de protección costera (continuación).

7

1.4 Rompeolas separados de la costa. Los rompeolas separados de la costa son estructuras que reducen la cantidad de la energía del oleaje en el área protegida de playa por dichas estructuras. Estas estructuras de protección costera, son similares a las barras arrecifes e islas costeras, que disipan la energía del oleaje. La reducción de la energía del oleaje detiene el transporte litoral, produciendo un depósito de arena en el área protegida por dicha estructura, y origina una protuberancia o saliente en el área posterior del rompeolas separado de la playa. Alguna cantidad de transporte litoral puede continuar a lo largo de la costa por detrás de la estructura del rompeolas separado de la costa. En la Fig. 1.4 se presentan ejemplos de un rompeolas simple y una batería de rompeolas separados de la costa, con los cambios asociados a la presencia de dichas estructuras.

Fig. 1.4 Cambios esquemáticos de la línea de playa asociados con un rompeolas y

una batería de rompeolas separados de la costa (CEM, 2003).

Oleaje Incidente

Oleaje Incidente

Rompeolas separado

Saliente resultante

Rompeolas separadoAbertura

Saliente Tómbolo resultante

Línea de playa original

8

1.5 Espigones de protección costera. Los espigones de protección costera son las estructuras mas antiguas utilizadas para la estabilización de playas. Estas estructuras probablemente son las estructuras mas mal utilizadas e impropiamente diseñadas de todas las estructuras costeras. Los espigones de protección costera usualmente son perpendiculares a la línea de playa, aunque también los hay orientados con un pequeño ángulo respecto a la vertical de la línea de playa. La presencia de un espigón de protección costera en una playa determinada, produce sedimentación de arena en el lado de arriba del transporte litoral neto y erosión de la playa en el lado de a bajo del transporte litoral neto (ver Fig. 1.4a). En la Fig. 1.4b se indica de manera esquemática, el patrón de la posición de la línea de playa con la presencia de una batería de espigones.

Fig. 1.5 Espigón simple y batería de espigones de protección costera (CEM, 2003).

9

1.6 Transporte mecánico de arena por bombeo en la bocana de un puerto (Sand bypassing).

El Transporte mecánico de arena por bombeo conocido en la literatura técnica en inglés como “Sand bypassing”, consiste en bombear mecánicamente arena del lado de arriba del transporte litoral hacia el lado de abajo del transporte litoral, con objeto de proteger la playa erosionada del lado de abajo del transporte litoral, así como para proteger contra el azolvamiento los canales de acceso de los puertos. En la Fig. 1.6 se indica de manera esquemática el patrón de los procesos de erosión y sedimentación por el efecto del transporte litoral neto. En la Fig. 1.7 se indican de manera esquemática los métodos de transporte de arena mediante el método de Sand bypassing. Fig. 1.6 Figura esquemática del patrón de los procesos de erosión y sedimentación

por el efecto del transporte litoral neto.

10

Fig. 1.7 Figuras esquemáticas de los métodos de transporte de arena mediante el método de Sand bypassing.

11

1.7 Clasificación de los problemas de Ingeniería de Costas y su relación con las estructuras de protección.

En la Fig. 1.7 se presenta un diagrama de flujo que indica la clasificación de los problemas de Ingeniería costera y su relación con las estructuras de protección señaladas en los incisos precedentes.

Fig. 1.7 Clasificación con los problemas de Ingeniería de costas y su relación con las

estructuras de protección (Mohan et al., 2003).

Estabilización de la línea de playa

Malecones y diques

Estructura de contención

Revestimiento

Alimentación artificial de playa

Rompeolas separados de la costa

Espigones de protección costera

Rebombeo de arena (Sand bypassing)

Consideraciones: Hidráulicas Sedimentación Estructura de control Mantenimiento Requerimientos legales, ambientales y económicos

Protección de la parte de atrás de la playa

Malecones y diques

Protección de la playa (con o sin restauración)

Duna de arena

Revestimiento

Estructura de contención

Consideraciones: Hidráulicas Sedimentación Estructura de control Mantenimiento Requerimientos legales, ambientales y económicos

Estabilización de bocas

Protección de Puertos

Dragado

Escolleras y rompeolas

Navegación

Escolleras y rompeolas

Rompeolas empotrados en la costa

Rompeolas separados de la costa

Consideraciones: Hidráulicas Sedimentación Estructura de control Mantenimiento Requerimientos legales, ambientales y económicos

Consideraciones: Hidráulicas Sedimentación Estructura de control Mantenimiento Requerimientos legales, ambientales y económicos

Circulación de agua en una bahía

Consideraciones: Hidráulicas Sedimentación Estructura de control Mantenimiento Requerimientos legales, ambientales y económicos

CLASIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS DE INGENIERÍA DE COSTAS

12

Como se mencionó anteriormente, existen muchos caminos para la clasificación y para la presentación de las estructuras costeras. Para una rápida orientación en el campo de la selección funcional, la clasificación propuesta por Van der Weide (1989) se puede aplicar de acuerdo a lo indicado en la Fig. 1.8

Fig. 1.8 Clasificación de estructuras costeras de acuerdo a Van der Weide [1989],

(Mohan et al., 2003).

13

Las estructuras de roca se pueden clasificar usando la relación entre la carga hidráulica (igual a la altura de la ola significante SH ) y la resistencia (igual a D∆ ; donde ∆ es la densidad relativa del material, y D es el tamaño representativo del material, igual al

diámetro de la piedra) DHS

∆ . Esta clasificación se indica en la Fig. 1.9

Fig. 1.9 Clasificación de estructuras costeras de roca de acuerdo a Van der Meer

[1988], (Mohan et al., 2003).

14

Referencias. ASCE (2003): Design of Coastal Structures Using the Coastal engineering Manual;

Short Course Organized by the Coastal Engineering Practice Committee of COPRI, in Portland Oregon USA, August of 2003.

Mohan Ram K., Magoon Orville., Pirello Mark (2003): Advances in Coastal Structure

Design, Ed. American Society of Civil Engineers. Pilarczyk, K. W. (1990): Coastal Protection, A. A., Balkema Publisher, NL. USACE (1984): Shore Protection Manual, Coastal Engineering Research Center, US

Corps of Engineers, 4Th Edition. Van der Meer, J. P. (1988): Rock slopes and gravel beaches under wave attack, PhD-

thesis, Delft University of Technology, April 1988; (También disponible como Delft Hydraulics communication 396).

Van der Weide, J. (1989): Coastal introduction and hydraulic aspects, in short course on

design of coastal structures, Asian Institute of Technology, Bangkok.