Aproximación al conocimiento de muros en playas

Transcripción

1 Aproximación al conocimiento de muros en playas (A la memoria de mi profesor y amigo Miguel Ángel Hacar Benítez) En este artículo, que está dedicado a la memoria de mi profesor y amigo, el doctor ingeniero de caminos, canales y puertos Miguel Ángel Hacar Benítez, se hace una reflexión previa al estudio e investigación de los efectos de los muros en playa. En primer lugar se muestran brevemente los datos existentes sobre el problema con los trabajos de los especialistas más representativos que lo han estudiado. Posteriormente se hace una clasificación de muros, necesaria para analizar, en cada caso, su comportamiento y efectos físicos que son esperables que sucedan, tanto a lo largo del perfil de playa como a lo largo de ella. JOSÉ M. DE LA PEÑA OLIVAS, INGENIERO TÉCNICO DE OBRAS PÚBLICAS Y DOCTOR INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS Muchos de los que hemos pasado por la escuela de Obras Públicas de Madrid, allá en el cerrillo de San Blas, recordamos con cariño aquel hombre afable, alto de pelo blanco y sonrisa de niño travieso que se le ha ocurrido algo, que nos deleitaba con sus clases de ferrocarriles, y nos organizaba el Viaje de Ferrocarriles que a fin y a la postre era nuestro Viaje de Fin de Carrera. Cuando acabé Obras Públicas, y después Caminos, seguí manteniendo contacto con él, que no lo dejé hasta poco antes de su muerte en noviembre de 2009, bien es cierto que en los últimos años le veía poco; pero me quedó ese sabor de haber dejado algo de hacer o de decir con aquel que quieres. También es cierto, que tuve el placer y orgullo de haber contado entre sus compañeros y amigos; haciendo alguna vez ponencia juntos para el PIANC. 14 Cimbra OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010

2 Figura 1: Viaje de ferrocarriles de la promoción de 1980 de Obras Públicas de Madrid con Miguel Ángel Hacar, del 12 al 17 de mayo de Aquí estamos en Córdoba, y yo estoy tras la botella. Entre la multitud de anécdotas, que cualquiera que le hubiese tratado las tiene de él, y que al recordarla le saldría una sonrisa inocente, me gustaría mostrar una que viene a colación con este artículo, que tiene como base y principio su recuerdo alegre; con la jovialidad de niño que nunca perdió. Un día, en clase, no recuerdo a qué vino exactamente, nos preguntó que quién de nosotros nos íbamos a dedicar a investigar: solamente uno levantó la mano; seguidamente nos leyó la cartilla, y entre otras cosas nos dijo que un ingeniero técnico tenia que tener tantas miras como cualquier otro, amplias, etc. Para recordarte, Miguel, que cumplí en lo que buenamente he podido, va por ti este estudio preliminar sobre la interacción de muros en playas que comienzo a analizar. INTRODUCCIÓN Es una idea muy extendida, tanto por el público en general como por los técnicos en particular, atribuir a los muros en la playa que son las causantes de su erosión. Sin mentir ni desmentir tal afirmación, lo cierto es que dentro de muros echamos, como en saco roto, cualquier elemento longitudinal que se sitúe en las proximidades del mar. Algunos autores como Weggel (1988) ponen en duda que los muros sean causa de desaparición de las playas frente a ellas, indicando que, generalmente, se diseñan para proteger de la erosión a playas o costas con un fuerte estado erosivo, que da lugar a confusiones. La solución hoy por hoy no está resuelta. Y este trabajo pretende plantear el problema desde un punto de vista amplio y para ello distinguir primeramente toda la tipología que de éstos se pueda encontrar, posteriormente analizar las funciones o usos para los que está destinado, y finalmente estudiar uno por uno los efectos que los muros pueden producir en las playas. ESTADO DEL ARTE Y ESTUDIO PREVIO Si queremos diseñar un muro, entiéndase por muro un dique longitudinal de costa bien sea para su defensa o para albergar un paseo, e intentamos conocer cuáles son las variables que entran en juego y los efectos de éste sobre el mar y la playa, nos encontraremos que es muy complicado hallarlo. El clásico manual del USACE ( U.S. Army Corps of Engineering ) titulado Design of Coastal Revetments Seawalls, and Bulkheads de 1995, se dedica especialmente al cálculo y diseño tanto de revestimientos, como de dique y de pantallas; pero siempre viéndolo desde el punto de vista >> OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010 Cimbra 15

3 estructural y no de las necesidades y efectos que puede producir éste. Más clásica es aún, aunque menos conocido, la revista monográfica de otoño del año 1988 del Journal of Coastal Research dedicada exclusivamente a los efectos de los muros en las playas, editada por Kraus y Pilkey. Uno de sus artículos Effects of Seawalls on the Beach: Literature Review firmado por Kraus es una exhaustiva recopilación de todos los estudios que se habían realizado hasta la fecha, dividiéndolos en tres grupos: estudios de laboratorio, analizando un total de 17; estudios de campo, en total 25; y estudios teóricos, en total 10. Finalmente, tras el análisis de estos estudios se responde a una serie de preguntas muy interesantes, ocho en total, que ha sido hasta el momento una de las guías más usadas por los especialistas para el análisis de los efectos en la playa de un muro. Su resumen y comentario ha sido la base que sirven para presentar un estudio previo basado en esos ocho puntos, cuyo resultado es el siguiente: 1. La profundidad de socavamiento potencial máxima al pie del muro se puede aproximar a la altura de ola significante máxima del temporal. 2. La cantidad de arena perdida en el socavamiento al pie del muro es aproximadamente igual a la cantidad que se hubiese erosionado la playa para formar el perfil de temporal; siendo este principio aceptado casi por la generalidad de especialistas, entre los que cabe destacar los trabajos de Dean (1986). Figura 3: El volumen de erosión para formar el perfil de temporal (V12) sin muro, es aproximadamente igual al volumen de socavamiento (V13) en temporal cuando existe un muro. 3. Concatenado con el punto anterior se encontraría el que Dean (1986) denomina como principio, indicando este autor que los muros en la costa ni aumentan ni disminuyen arena del sistema; pero pueden ser los responsables de la redistribución del materia o arena y, además pueden prevenir la entrada de arena al sistema. Pero además se pueden identificar, al menos, tres mecanismos del muro que pueden provocar erosión a lo largo de la costa donde se encuentra el muro: - La retención que el muro hace del sedimento de playa en su trasdós. - Los contornos laterales que pueden actuar como espigones reteniendo arena. - Incremento local de erosión de los extremos de los muros, debido probablemente por una concentración de energía. Figura 2: Profundidad de socavamiento según Kraus (1988). Y esta profundidad de socavamiento depende de: (Hs)max, de la duración del temporal que lo produce, de la reflectividad del muro, y de la morfología inicial de la playa. Esto indica que la profundidad de socavamiento, S, va decreciendo a medida que lo hace el coeficiente de reflexión; pero no existen datos suficientes que indiquen la evolución ni el desarrollo del socavamiento. Siendo de una opinión similar los trabajos de Toue y Wang (1989) que indican la relación del socavamiento y altura de ola incidente. Figura 4:Efectos erosivos esperables de un muro en planta Las tres causas se pueden incrementar cuando las reflexiones producen turbulencias. Además, según los trabajos de McDougal et al (1987) la longitud erosionada aguas abajo es aproximadamente del 70% de la longitud del muro, con una profundidad en la concavidad en torno al 10% de la longitud: EL = 0,7 Lm Pudiendo producirse en los extremos las llamadas rip currents, y cuando el oleaje incide oblicua- 16 Cimbra OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010

4 mente (Silvester, 1986) provoca un sistema de oleaje de cruce de crestas bajas que pueden producir socavamiento y un incremento en el transporte. 4. Existen estudios de laboratorio y teóricos que indican que se puede formar un perfil ondulatorio por reflexión en muros; y, aunque Kraus (1988) indica que este fenómeno no se ha observado en la naturaleza, los análisis realizados del seguimiento de la playa de Salinas en Asturias por el CEDEX muestran este tipo de perfil ondulatorio en el año 2009 (Peña, 2010), si bien es cierto que para que se produzca este tipo de perfiles las reflexiones en el muro tiene que ser debidas a oleajes de importancia. Estas ondulaciones deben coincidir teóricamente con los nodos y antinodos provocados por la interacción del oleaje incidente con el reflejado. Figura 5: Perfil ondulatorio tras un temporal debido a las reflexiones del oleaje en el muro. Pero esta interacción provocada por la reflexión no evita que se puedan formar barras frente al muro, si existe material suficiente, al igual que si no estuviese; aunque si no existe material suficiente se puede asumir que el perfil de equilibrio que se forme estará a una cota más baja y el material tiende a ser más grueso ya que la mayor parte de la fracción fina entrará en suspensión, con mayor facilidad de emigración y estabilidad a mayor profundidad. 5. Si ahora se trata de la recuperación de la playa, o anchura de playa tras un temporal, cabría preguntarse si ésta lo hace igual cuando tiene muro que cuando no lo tiene. La respuesta es bastante controvertida: Para Kraus (1988) la respuesta es: sí, se recupera igual. Dean (1986) no lo tiene tan claro, indicando que puede causar retraso en la recuperación. Aunque Kraus (1988) matiza que las playas que no se recuperan inmediatamente después de un temporal; tenían falta de material y estaban en zonas de convergencia del oleaje y su franja era estrecha. Lo cierto es que, como algunos autores indican (Kraus, 1988 o Weggel, 1988), es diferente el comportamiento dependiendo de la posición que se encuentre el muro respecto del perfil de playa. Para su análisis, Weggel (1988) distingue seis posiciones y en cada una de ellas el comportamiento esperable es diferente. Kraus (1988) indica que la posición en la zona surf de la playa, entre la orilla y rompientes, es un parámetro crítico para controlar la cantidad de arena erosionada en temporal. Pero esa distancia es variable porque los límites de la zona surf viene determinados por otros parámetros también variables como el oleaje, las sobreelevaciones del nivel del mar, etc. Finalmente, Morton (1988) identificó cuatro estados de recuperación del perfil. 6. Si nos adentramos hacia el mar, se puede indicar de los estudios mencionados anteriormente que el perfil no cambia significativamente, salvo claro está en la zona próxima al muro, especialmente en temporales. Esto indica que las barras que pudieran haber su posición no cambia, excepto, como indica Morton (1988) cuando existe déficit sedimentario y en un periodo largo de tiempo las barras tienden a emigrar a hacia tierra. 7. Más difícil es aún determinar si se altera la tasa de transporte longitudinal frente al muro y las corrientes longitudinales que lo producen. Kraus (1988) después de analizar los trabajos realizados en este tema, no tiene respuesta, indicando que existen argumentos tanto indicando el aumento de la tasa de transporte como la disminución. Toue y Wang (1989) concluyen que cuando existe oblicuidad de oleaje el transporte longitudinal es algo más elevado, mientras que Dean (1986) en un análisis simple pero riguroso, da argumentos teóricos para ambas posiciones: Así, indica que el flujo longitudinal viene dado por: Donde: γ, es el peso específico; H0, es la altura de ola en profundidades indefinidas; Kr, es el coeficiente de reflexión; y sen 2α, es el ángulo de incidencia del oleaje. Por lo que cuanto mayor sea el coeficiente de reflexión menor será el flujo longitudinal responsable del transporte. Contra este argumento se esgrime que las reflexiones producen un incremento en la corriente longitudinal, y por tanto del transporte longitudinal. De cualquier forma el incremento o disminución del transporte longitudinal vendría íntimamente relacionado con la zona de perfil donde se realiza éste y ésta es la zona surf que viene íntimamente relacionada con la posición del muro y otras variables implicadas, como se ha dicho en el punto 5. >> OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010 Cimbra 17

5 8. Finalmente se tiene que tener en cuenta que la forma y características del muro son esenciales para su comportamiento. Todos los estudios analizados, tanto los presentados por Kraus (1988) y su ampliación (Kraus y McDougal, 1996) son coincidentes en que los muros de escollera y en talud son más permeables y tienen menor coeficiente de reflexión que los muros verticales y, por tanto, son susceptibles de sufrir menores socavamientos. Como se puede apreciar en los ocho puntos anteriores, el conocimiento del comportamiento de muros es complejo; interviniendo sobre este fenómenos numerosas variables. Además, en la mayoría de los estudios analizados, el prototipo de muro suele ser bastante fijo, al igual que su posición relativa en la playa; pero, como se puede apreciar por las líneas anteriores, estos supuestos se alejan bastante de la realidad. Para un primer análisis del estudio de comportamiento de muros en playas resulta primordial, primeramente hacer una clasificación, tanto de tipos, como usos; además, elemento esencial que la mayoría de los autores usan, es necesario conocer los efectos esperables que puede producir el muro en la playa, tanto en planta como en perfil. En las líneas siguientes me voy a ocupar de describir, casi enumerar, todos estos parámetros indicados, que servirán para adentrarnos en el análisis de la realidad del comportamiento de playa y muro. TIPOS DE MUROS DE PLAYA Es muy habitual en los estudios de muros en playas suponerse un único prototipo y sobre él investigar. Parece esencial, como algunos autores han puesto de manifiesto, hacer un distingo claro de las diferentes tipologías; pero éstas también se deben ver de diferentes formas. Así se hace en la siguiente clasificación, distinguiendo los muros: 1.- Por su función: Paseos marítimos Diques longitudinales Diques de contención 2.- Por su estructura: Revestimientos Muros Pantallas 3.- Por su forma: - En talud a) Continuo b) Bloques - Verticales a) Lisos b)con forma - Mixtos a)vertical + talud en altura b)vertical + talud superpuestos 4.- Por su altura: Altos Bajos Al ras 5.- Por su distancia al mar: Lejanos Cercanos Activos En el agua 6.- Por su longitud: Largos Cortos Totales Habitualmente, cuando se habla de muro de playas se hace referencia a la función que tienen, y especialmente se suele referir a las estructuras lineales que soportan un paseo marítimo, siendo menos frecuentes los diques longitudinales que se suelen utilizar en zonas con una tasa de erosión importante, y como primer remedio para frenar el avance del mar sobre tierra; a estos muros suelen referirse los especialistas costeros en los análisis de muros antes señalado. Finalmente existe un tipo de muros que únicamente tienen como función la contención de tierras en su trasdós para prevenir de la acción del mar sobre ellas, aunque no exista tasa erosiva alguna. Figura 6: Paseo marítimo de la playa de S Abanell en Blanes (Girona). 18 Cimbra OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010

6 Figura 7: Dique longitudinal al norte de Burriana (Castellón). Figura 8: Dique de contención para la defensa de una duna en Sant Martí d Empuries (Girona). Pero el comportamiento de los muros de playa está condicionado lo mismo por el resto de las tipologías que se ha indicado, siendo de especial importancia la forma del muro que condicionará diferentes efectos como las reflexiones o socavamiento a su pie para mitigar el efecto reflexivo de muchos muros de paseos. Esta circunstancia ha hecho que de muros de paseos marítimos verticales, se pase a su diseño con paramentos en formas especiales como botaolas, o los llamados mixtos, en los cuales puede suceder que hasta una cierta altura actúe como un dique en talud, pero sobrepasándola es un muro vertical; o bien, formalmente es un muro en talud, pero formado por un sin número de escalones verticales. Tanto la altura del muro como su distancia a la costa tienen efectos importantísimos, ya que, por ejemplo, cuanto más bajos sean los muros las reflexiones son menores, y cuanto más alejado se encuentre de la orilla los efectos directos del oleaje se van reduciendo. Figura 9: Típico paseo marítimo con e muro vertical. USO DE LOS MUROS EN LAS PLAYAS Los muros que pueden existir en una playa están destinados a tres usos básicos, que se han comentado en los tipos de muro según su función y éstos puede ser: 1.- De defensa de costa: a) Costa erosionada >> OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010 Cimbra 19

7 Figura 10: Paseo marítimo con muro botaolas. Figura 11: Paseo marítimo mixto; la zona más baja en talud y la más alta vertical. Figura 12: Paseo marítimo mixto, construido en Ocean Beach San Francisco en Figura 13: Candás (Asturias) con muro botaolas del paseo y carretera de acceso. b) Defensa del trasdós costero para eventos extraordinarios 2.- De paseo marítimo: a) Núcleos urbanos consolidados b) Núcleos turísticos 3.- Como muro de contención: a) Plataforma de viviendas b) Plataforma de infraestructuras c) Defensa de un hábitat especial En ocasiones el muro tiene varios usos. Es frecuente que muros de paseos marítimos sirvan también como muros para infraestructuras o viviendas. Menos frecuentes son los muros que se ponen en una playa para proteger el trasdós de eventos especiales; como grandes temporales con periodos de retorno importantes. Finalmente, debe considerarse que cuando se construye un muro como defensa de costa se hace en aquellas playas en estado erosivo importante lo que no debe dar lugar a confusiones tales como achacar, en este caso, al dique longitudinal de protección el estado erosivo de la playa, circunstancia que a veces ocurre. EFECTOS DE LOS MUROS El análisis de los efectos que los muros en playas producen o pueden producir se debe realizar en dos vertientes: perfil y en planta, con lo que tendremos el conocimiento de los efectos en forma espacial de éstos. Efecto de los muros de playa en su perfil Los efectos más comúnmente esperables de un muro que se sitúan en una playa son: 1.- Socavamiento 2.- Reflexiones 20 Cimbra OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010

8 como transversales, provocan una emigración de las partículas finas y un incremento en el tamaño medio de la arena que en ocasiones no es apreciable en superficie por la película decantada final de las partículas finas que no han tenido tiempo de emigrar. Finalmente, no se tiene suficientes datos para conocer en qué grado afecta estas reflexiones al transporte de sedimentos, tanto longitudinal como transversal. Lo que sí se ha comprobado en el estudio de la playa de Salinas realizado por el CEDEX (Peña, 2010) es que la playa seca puede reducirse frente a un muro hasta en un 30% de su anchura. Figura 14: Muro de la playa de Llansá (Girona). 3.- Cambio de recuperación de una playa tras un temporal 4.- Cambio en la forma del perfil a) Cambio de pendiente b) Cambio de la situación de las barras 5.- Cambios de granulometría de la arena 6.- Cambios en el transporte de sedimentos 7.- Reducción de playa seca El socavamiento es el agujero o zanja que se forma frente a un muro debido a la acción del oleaje contra él, cuya magnitud se ha visto en el primero de los apartados. Depende especialmente de la altura de ola, distancia a la orilla, inclinación y permeabilidad del muro. Puede alcanzar su profundidad hasta la altura de ola en alta mar, hasta en determinados grados de inclinación producirse acumulación de material y no socavamiento, para coeficientes de reflexión menores de 0,25, siendo éste el valor que condiciona la formación o no del socavamiento (Sawaragi, 1967). Las reflexiones vienen íntimamente relacionadas con el socavamiento, pero el efecto que pueden producir no solamente se resumen en socavar; también cuando la intensidad y reflexiones del oleaje son importantes provocan un cambio en el perfil, y ponen en suspensión, en zonas próximas al muro el material más fino, que si se dan las condiciones de corriente necesarias, tanto longitudinales Efecto de los muros de playa en planta Los posibles efectos que un muro puede producir en planta, tanto a lo largo de la costa como en la playa sumergida frente a él son: 1.- Erosión lateral 2.- Cruce de oleaje 3.- Corriente longitudinal, onda corredera 4.- Efecto espigón a) Aguas arriba acumulación b) Aguas abajo erosión 5.- Variación de transporte longitudinal de sedimentos 6.- Alteración de barras, si existen El efecto de erosión lateral se puede producir en las esquinas de los muros, debido a la concentración de energía que genera la cara lateral del muro y los efectos de refracción y difracción que consecuentemente provoca. Cuando los frentes de ola que inciden con una cierta oblicuidad se reflejan en el muro, la onda reflejada se cruza con el nuevo frente incidente, creando así un sistema de oleaje de crestas bajas que pudiera provocar socavamiento su pie y un incremento de transporte longitudinal (Silvester, 1986). Además la incidencia oblicua del oleaje también puede provocar, cuando el muro está internado en el mar ondas correderas, formadas al ser guiadas las ondas incidentes por el frente del muro, girando e incidiendo con las ondas que inciden. El efecto de retención del transporte longitudinal de sedimentos, efecto espigón, solamente se puede dar cuando la cara lateral del muro se encuentra expuesta en la zona activa de la playa. Finalmente, la agitación producida por las reflexiones y ondas incidentes en las proximidades de muro pueden provoca un aumento en el material en suspensión, especialmente de los materiales más finos, y si existe a su vez corriente longitudinal puede provocar el aumento de tamaño del material más próximo al muro que queda en la playa. >> OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010 Cimbra 21

9 Figura 15: Posibles efectos en planta de un muro en una playa. Figura 16: Efecto de la onda corredera en la playa del Sardinero en Santander. CONCLUSIONES Inevitablemente, las conclusiones a las que se ha llegado con este análisis previo tiene que ser aproximadas y acordes con la profundidad que se le ha dado al trabajo; pero no exentas de importancia dado que es el guión técnico previo necesario antes de abordar cualquier análisis más profundo. Pudiéndose resumir éstas en: - El estudio del efecto que pueden producir los muros construidos en una playa debe realizarse con un análisis previo de la tipología y características que lo definen, tanto a él como a su situación relativa en el borde litoral. - Este estudio debe extenderse tanto en las posibles trasformaciones que se pudieran producir en temporal en el perfil como en planta. - Debe analizarse el efecto del muro en la playa en todo el proceso o ciclo natural de la playa y comparar con los que se produce sin muro para determinar las distorsiones que la obra pueda provocar. - Se debe evitan las conjeturas previas lógicas, que en ocasiones estamos tentados a utilizar como herramienta técnica, y sustentarse en evidencias técnicas y científicas contrastadas. EPÍLOGO Miguel Ángel no se ha ido porque aunque sé que no me lo encontraré por la calle o en alguna conferencia en el Colegio; también sé que me lo seguiré encontrando en el paseo de mi memoria y de mis actos. BIBLIOGRAFÍA Dean, R. (1986). Coastal armouring: effects, principles and mitigation; Proceedings of 20 Coastal Engineering Conference-ASCE (pp a 1857). Kraus, N.C. (1988). Effects of Seawalls on the Beach: Literature Review; Journal of Coastal Research (nº 4, pp. 1 a 28). Kraus, N.C. y W. G. McDougal (1996). Effects of Seawalls on the Beach:Part I, An Update Literature Review; Journal of Coastal Research (nº 12, pp. 691 a 701). McDougal, W.G., M.A. Sturtevant y P.D. Komar (1987). Fields and laboratory investigation of the impact of shoreline stabilization; Proceedings of Coastal Sediments 87-ASCE (vol. 2, pp. 961 a 973). Morton, R. A. (1988). Interactions of storms, seawalls, and beaches of Texas coast; Journal of Coastal Research (nº 4, pp. 113 a 134). Peña, J.M. (2010). Análisis de la playa de Salinas (Castrillón-Asturias) y posibles mejoras de su comportamiento; Centro de Estudios de Puertos y Costas del CEDEX (nº , informe técnico para la Dirección General de Sostenibilidad de la Costa y el Mar) Sawaragi, T. (1967). Scouring due to wave action at the toe of permeable coastal structuressilvester, R. (1986). 22 Cimbra OCTUBRE-NOVIEMBRE-DICIEMBRE 2010