3. DATOS EXPERIMENTALES Y MÉTODO DE ANÁLISIS

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1 3. DATOS EXPERIMENTALES Y MÉTODO DE ANÁLISIS 3.1. Descripción de los datos analizados Una vez compilados todos los parámetros simples que se van a estudiar, debemos obtener la relación de los datos que se emplearán para su chequeo. En total se han reunido 56 perfiles de playa con los que se pretende caracterizar el comportamiento de la costa en dirección transversal a la línea de orilla. Éstos datos provienen de fuentes diferentes, siendo todos ellos datos de laboratorio a gran escala. Para poder reproducir los procesos físicos que son responsables de los cambios de perfil de playa, necesitamos experimentos realizados a escala suficiente, teniendo en cuenta las limitaciones por ser ensayos de laboratorio. Entre estas limitaciones podemos contar con la reflexión artificial del oleaje, falta de movimientos de onda larga, circulación artificial de agua, así como absencia de transporte longitudinal. A pesar de esto, la capacidad de medir la respuesta del perfil bajo condiciones controladas en laboratorio a gran escala es más sencilla y barata que en experimentos de campo. Los primeros datos pertenecen a los ensayos realizados por para US Army Corps of Engineering durante los años 1956, 1957 y 1962 (Larson y Kraus, 1988). Los trabajos pertenecen al Programa de Restauración y Protección de la Orilla del CERC. Entre los años 1955 y 1983 el CERC operó con un canal de oleaje a gran escala (LWT). El tanque estaba en el exterior y tenía una longitud de m (635 ft), un ancho de 4 6 m (15 ft) y una profundidad de 6 1 m (20ft). Se realizaron dos series de experimentos sobre los cambios del perfil de playa diferenciadas principalmente por el tamaño de la arena de cuarzo utilizada, colocándose para ambos casos con una pendiente inicial de 1/15. El ensayo fue realizado manteniendo la profundidad del agua y las condiciones del oleaje offshore bajo diez condiciones aproximadamente para cada tamaño de sedimento (diámetro medio 0 22 mm y 0 40 mm, peso específico de la arena 2 65). Para los experimentos con tamaño de grano 0 40 mm, la longitud efectiva del tanque fue acortada, ya que otro ensayo había sido instalado en el lado opuesto del tanque. Para cada caso se fueron modificando las condiciones del oleaje que producen perfiles erosivos y acumulativos. Las características del oleaje para cada caso vienen esquematizadas en la tabla 3. Las lecturas de la profundidad del lecho se fueron tomando a intervalos de m (4ft) en horizontal, y los intervalos de tiempo en los que se realizaban dependía del perfil que se ensayaba. 39

2 Los segundos pertenecen a los ensayos que realizados por Kajima et al. (1982) en un canal de oleaje de nueva construcción, para CRIEPI. Pretendían poder dar nuevas medidas para la comprobación de los criterios existentes. El tanque estaba construido de hormigón y sus dimensiones eran: 205 m de longitud, 3 4 m de ancho y 6 m de profundidad. Se realizaron tres series de ensayos, diferenciando la pendiente inicial del perfil, así como el tamaño del grano. Se utilizaron dos tipos de arena, una más tosca de diámetro medio 0 47 mm(peso específico 2 69) y otra arena más fina de diámetro medio 0 27mm (peso específico 2 71). Las pendientes iniciales para todos los casos eran uniformes, pero tomando los valores 3/100 y 5/100 dependiendo del caso. Las condiciones del oleaje se fueron variando para cada caso, y se encuentran resumidas en la tabla 4. En general, las medidas del perfil de playa fueron tomadas a lo largo de la línea central del canal. Pero para observar si este canal era realmente 2- dimensional, y comprobar que las medidas eran correctas, se tomaron lecturas para el caso 1-1 sobre tres líneas: la central y otras dos situadas 1 1 m a ambos lados de la primera. Debido a que la diferencia fue de ± 5 cm, se consideró válida la aproximación por la línea central. Por otro lado también estudiamos los datos de laboratorio realizados en el llamado SUPERTANK (Kraus y Smith, 1994). Este estudio se realizó con el esfuerzo conjunto del Coastal Engineering Research and Development Program (CERDP) y Dredging Research Program (DRP). El conjunto de datos de los procesos costeros se llamó SUPERTANK Data Collection Project, y fue realizado durante el periodo del 29 de julio al 20 de septiembre de Las dimensiones del canal eran de 104 m (341 ft) de largo; 3 7 m (12 ft) de ancho y 4 6 m (15 ft) de profundidad. El sedimento de la playa consistía principalmente en un grano muy uniforme de arena de cuarzo y feldespato. Se consideró que el tamaño medio de grano era 0 22 mm, y que su velocidad de caída era de 3 3 cm/s. La pendiente inicial se estima a partir del perfil de equilibro que sigue la expresión: y = A x 2/3, donde A toma el valor típico para sedimento de 0 30 mm (habiéndose demostrado que el valor también se puede considerar correcto para sedimento 0 22 mm). El perfil fue sometido a oleaje monocromático y random, el cual, está caracterizado por altura de oleaje entre valores 0 2 a 1 0 m con un periodo de pico espectral en un rango de 3 a 10 s. El intervalo en el que se aplicaba el oleaje puede variar entre 10, 20, 40 y 70 minutos de duración. Estas condiciones de oleaje se muestran resumidas a continuación en la tabla 5. Para seis de los casos de oleaje, la características se han definido como s, ya que se trata de perfiles sometidos a varias alturas y periodos de ola. Para el cálculo de los parámetros predictores se ha calculado la media correspondiente 40

3 a cada uno, para tener en cuenta la variabilidad de ambos, tanto de altura como de periodo. También se han analizado los resultados obtenidos en el LWT en Hannover (Dette et al., 1992). En este caso se estudiaba la dependencia de las transformaciones de playas y sus dunas con el tiempo. Los datos se encuentran resumidos en la tabla 6. El canal tenía una longitud de 324 m, ancho de 5 m y una profundidad de 7 m. Se realizaron dos series según fuera el oleaje monocromático o irregular, y partiendo de un perfil inicial conjunto que consistía en una duna de altura 2 m (respecto el NMM = 5m) y 10 m de ancho. El perfil estaba formado mediante dos tramos de pendientes diferentes: un primer tramo de 1/4 y el segundo de 1/20. El sedimento usado en los experimentos fue de diámetro medio de grano de 0 33 mm con una desviación geométrica estándar de σ g = Se realizaban los experimentos en series de oleaje para evitar así la reflexión del oleaje en el interior del canal. Por ello las series eran interrumpidas, y reiniciadas cuando el agua se volvía a calmar. Estas interrupciones eran utilizadas para realizar medidas del perfil, hasta conseguir el perfil final que aquí se estudiará. Por último, se han estudiado los datos obtenidos por Deft Hidraulics durante el periodo entre Abril y Junio de1993. El objetivo principal de este proyecto era generar datos morfodinámicos e hidrodinámicos sobre una playa natural 2DV bajo condiciones de equilibrio, erosión y acumulación. También se pretendía ampliar la base existente de datos para canales de larga escala. Las dimensiones del canal eran de 5 m de ancho, 7 m de profundidad y 225 m de longitud, de los cuales, los 20 primeros metros se dejaron sin arena, para que no surgieran problemas con el equipo generador de oleaje. El sedimento empleado era de diámetro medio de grano de 0 20 mm, cuya velocidad de caída correspondiente es de m/s. Los siete datos obtenidos se pueden agrupar según sea el perfil inicial en dos grupos. El primer grupo, parte del perfil de equilibrio de Dean al que se le han aplicado diferentes condiciones de oleaje sucesivas, es decir, el perfil final del ensayo anterior fue el inicial para las siguientes condiciones de oleaje. En el segundo grupo se aplicó el mismo proceso, pero partiendo del perfil de equilibrio de Dean con una duna en la parte emergida de la playa, cuyo pie estaba situado justo en el N.M.M. Por ello de denominan según número 41

4 (dependiendo si pertenecen al grupo de perfil con duna) y una letra que corresponde a la secuencia seguida. El oleaje que se aplicó en cada uno de los casos viene esquematizado en la tabla 7. Las medidas para determinar el perfil final, provienen de una combinación entre echo sounding y rod displacement yielding, con lo que se obtiene gran precisión y poca distorsión de las medidas bajo agua. Con el fin de homogeneizar los datos, aquellos datos a los que se ha sometido a oleaje regular se verán caracterizados a partir de la altura de ola significante. En cambio en los datos hallados con oleaje irregular (Kraus y Smith, 1994; Jiménez et al. 1994) se considera la altura de ola media. Esto es debido a que el oleaje irregular es semejante al que actúa en campo. H = 0 ' 626 H (eq. 3.1) S 42

5 DATOS H (m) Hb (m) T (s) L (m) w (m/s) d 50 (mm) tanβ D100 1,28 2,75 11,33 237,04 0,031 D110 1,28 2,75 11,33 D200 0,55 1,46 11,33 237,04 0, ,13 0,036 D300 1,68 3,38 11,33 240,00 0,033 D400 1,62 2,18 5,6 46,15 0,031 D500 1,52 1,69 3,75 20,27 0,031 0,22 D510 0,61 1, ,55 0,036 D600 0,61 1, ,55 0,037 D610 1,83 4, ,55 0,037 D700 1,62 4, ,57 0,037 0,067 D101 1,28 2,75 11,33 237,04 0,059 D201 0,55 1,46 11,33 239,13 0,059 D301 1,68 3,38 11,33 240,00 0,057 D401 1,62 2,18 5,6 D501 1,52 1,69 3,75 46,15 0,055 20,27 0,059 0,40 D701 1,62 4, ,57 0,059 D801 0,76 1,00 3,75 20,16 0,059 D901 1,34 2,31 7,87 D911 1,34 2,31 7,87 103,88 0, ,88 0,059 TABLA 3. Pr ogr ama de r est aur aciön de l a or il l a del CERC. (Lar son y Kraus, 1988) DATOS H (m) Hb (m) T (s) L (m) w (m/s) d 50 (mm) tanβ C1-1 0,46 0, C1-3 0,95 1, , ,4661 0,05 C1-8 0,85 0, C2-1 1,76 2, , , ,065 0,47 C2-2 0,73 1, ,4661 0,03 C2-3 0,71 0, ,1 15,00419 C3-1 1,07 1, ,1 129,2921 C3-2 1,05 1, C3-3 0,65 1, , ,8286 0,035 0,27 0,05 C3-4 1,62 1, ,1 15,00419 tabla 4. Datos recogid os por CRIEPI (Kaj ima et al. 1982) 43

6 DATOS H (m) Hb (m) T (s) L (m) w (m/s) d 50 (mm) tanβ P1A 0,8 1, ,686 0,07 P1D 0,8 1, ,5 312,043 0,048 P1E1 0,8 1, ,5 312,043 0,045 P1E2 0,8 2,0767 4,5 312,043 0,068 P1F 0,054 P2B7 0,8 1, ,686 0,036 PGA 0,8 1, ,686 0,053 P5A 0,044 P6A 0,043 0,033 0,22 PAA 0,7 1, ,686 0,052 P9A 0,7 1, ,686 0,056 PDA1 0,7 1, ,686 0,041 P7A 0,7 1, ,5 312,043 0,038 P7B 0,046 PJA 0,7 1, PJC 0,7 1, PKA 0,7 1, ,686 0, ,686 0, ,686 0,049 PKC 0,7 1, ,686 0,048 TABLA 5. Dat os LWT r eal izados en SUPERTANK (Kr aus y Smit h, ). DATOS H (m) Hb (m) T (s) L (m) w (m/s) d 50 (mm) tanβ 1 1,5 3, ,742 0,045 0,33 0, ,5 3, ,742 0,045 0,33 0,0621 t abl a 6. Dat os obt enid os en el LWT en Hannover (Det t e et al., ). DATOS H (m) Hb (m) T (s) L (m) w (m/s) d 50 (mm) tanβ 1A 0,9 1,10 4,8 36,42 0,024 1B 1,4 1,44 5,0 39,03 0,019 1C 0,6 0,97 8,0 99,18 0,021 2A 0,9 1,07 5,0 39,03 0,023 0,20 0,024 2B 1,4 1,48 5,0 39,35 0,020 2C 0,6 0,99 7,9 98,18 0,023 2E 1,4 1,54 5,0 39,5 0,023 tabla 7. Datos obtenidos por Deft Hidraulics (Jiménez et al. 1994) 44

7 Como conclusión, se resume en la tabla DATOS el rango de valores cubiertos por el conjunto de los ensayos considerados. Variables Valor Mínimo Máximo d 50 (mm) 0,20 0,47 H (m) 0,5 1,83 T (s) 3,0 12,00 H/L 0,0011 0,075 tan β 0,008 0,08 tabla DATOS. Recopilación del rango de valores cubiertos 45

8 3.2. Método de análisis Para poder comprobar la capacidad predictora de cada parámetro considerado, en primer lugar debemos caracterizar el tipo de perfil representado en cada uno de los datos obtenidos. En primer lugar estudiaremos la validez de los parámetros para predecir el comportamiento de las playas, es decir, la probabilidad de error al indicar si se erosionará o acumulará sedimentos. Por tanto, clasificaremos los perfiles en tres grupos según sean erosivos, acumulativos o bien se encuentren en equilibrio para las condiciones de oleaje a las que se les ha sometido. Así, el análisis consistirá en comprobar que lo que nos predicen los parámetros y criterios a partir de las condiciones de oleaje ensayadas, se corresponde con el resultado medido sobre los perfiles en laboratorio. Para ello, consideraremos que los perfiles en los que se pierda sedimento en la parte emergida de la playa y se incremente la barra sumergida serán erosivos (figura 7; azul: perfil inicial; rojo: perfil final). Por otro lado, aquellos en los que se produzca acumulación de sedimento provinente de la reserva de las zonas más profundas, serán perfiles de acreción (figura 8; azul: perfil inicial; rojo: perfil final). Por último, aquellos perfiles en los que la variación del perfil sea casi inexistente, consideraremos que son perfil en equilibrio. 3 Perfil Inicial Perfil final 2 NMM figura 7. Perfil Erosivo característico del criterio elegido (Kraus y Smith, 1994) figura 8. Perfil Acumulativo característico del criterio elegido (Larson y Kraus, 1988) Pero cabe destacar que Perfil la discriminación Inicial Perfil entre final erosión y acreción no depende en ningún caso del avance o retroceso de la línea de orilla, a pesar de ser ésta la consecuencia más directa para los usuarios de las playas, NMM ya que comporta una ampliación o reducción de la playa emergida. El caso más claro

9 que muestra la diferencia entre un criterio y otro es el caso de los perfiles con dunas en la parte emergida cerca del N.M.M., ya que es afectada por el oleaje, erosionada, y el material suele situarse cerca del pie de la duna, haciendo aumentar la playa emergida, pero a costa de material de la duna, es decir, que el material no es recuperado de la parte baja del perfil (figura 9; azul: perfil inicial; rojo: perfil final). Por tanto, el criterio para determinar si un perfil es erosivo o acumulativo no se puede basar exclusivamente en la posición de la línea de orilla, sino que se debe observar el comportamiento global del perfil, teniendo en cuenta el sentido del movimiento de sedimento, así como el origen de las partículas transportadas. 3 Perfil Inicial Perfil final 2 NMM figura 9. Avance de línea de orilla por material de la duna (Kraus Y Smith, 1994) Una vez establecidos los criterios para la clasificación de los perfiles, los hemos aplicado a los datos recopilados caracterizando cada uno como: erosivo, acumulativo o en equilibrio. Todo ello se encuentra resumido en la tabla 8. Por lo que hace referencia al estudio de los predictores desde el punto de vista cuantitativo, el criterio será algo diferente. En este caso daremos prioridad al volumen de sedimento movido en términos generales, sin importarnos su procedencia. Calcularemos el volumen de arena transportada tanto si proviene de las dunas de la playa emergida o de zonas de aguas más profundas. Para establecer el límite en el cálculo de la variación de volumen no se ha tenido en cuenta la posición del N.M.M. sino que, a pesar de poder estar introduciendo un factor subjetivo y por tanto error, se ha intentado identificar cada perfil con los perfiles ideales de erosión y acreción (fig.3). Se ha calculado el volumen correspondiente a acreción y erosión representado por zonas coloreadas en la figura 10. El volumen de sedimento trasportado en cada uno de los casos analizados, ya sea por fenómenos de erosión o acreción, se encuentra resumido en la tabla 8. En ella aparecen los volúmenes de arena erosionados con signo negativo, y por tanto, los correspondientes a acreción positivos. 47

10 Figura 10. Modelo de los Volúmenes de Erosión y Acreción que deben considerarse (VAN RIJN, L.C. 1998) Se someterá a análisis cuantitativo a todos los predictores, aún a sabiendas que gran parte de ellos no fueron obtenidos ni ensayados para este fin. Con ello pretendemos encontrar posibles relaciones entre el volumen movilizado y los parámetros ya existentes. Al mismo tiempo, dicho análisis servirá de guía para determinar las s principales que deberán intervenir en el parámetro que prediga el volumen erosionado o acumulado por la dinámica costera. 48

11 DATOS TIPO DE PERFIL VOLUMEN OBSERVACIONES D100 EROSIÓN -28,37 D110 EROSIÓN -20,87 D200 EQUILIBRIO 0 D300 EROSIÓN -27,67 D400 EROSIÓN -29,19 D500 EROSIÓN -28,32 D510 ACRECIÓN 17,63 D600 ACRECIÓN 3,9 D610 EQUILIBRIO 0 D700 EROSIÓN -23,82 D101 ACRECIÓN 10,67 D201 ACRECIÓN 16,44 D301 ACRECIÓN 15,72 D401 EROSIÓN -32,89 D501 EROSIÓN -22,24 D701 ACRECIÓN 23,82 D801 EQUILIBRIO 0 D901 EROSIÓN -8,81 D911 EROSIÓN -10,65 C1-1 ACRECIÓN 2,87 C1-3 ACRECIÓN 12,9 C1-8 EROSIÓN -2,85 C2-1 EROSIÓN -6,89 C2-2 ACRECIÓN 3,84 C2-3 EROSIÓN -3,9 C3-1 EROSIÓN -7,5 C3-2 EROSIÓN -6,55 C3-3 ACRECIÓN 12,75 C3-4 EROSIÓN -18,86 P1A EROSIÓN -2,7 P1D EROSIÓN -1,3 P1E1 EROSIÓN -0,68 P1E2 EQUILIBRIO 0 P1F EQUILIBRIO 0 P2B7 EQUILIBRIO 0 PGA EROSIÓN -1,69 P5A EROSIÓN -1,95 P6A EROSIÓN -1,86 PAA EROSIÓN -0,7 P9A EROSIÓN -1,06 PDA1 EROSIÓN -0,51 P7A ACRECIÓN 0,26 P7B EROSIÓN -0,31 PJA EROSIÓN -1,14 PJC EQUILIBRIO 0 PKA EQUILIBRIO 0 PKC EQUILIBRIO 0 1 EROSIÓN -6,06 2 EROSIÓN -23,26 1A EROSIÓN -1,8 1B EROSIÓN -0,54 1C EQUILIBRIO 0 2A EQUILIBRIO 0 2B EROSIÓN -3,54 2C EROSIÓN -0,74 2E EROSIÓN -3,53 Perfil inicial con duna pronunciada en la linea de costa, claramente erosionable y raramente encontrado en la naturaleza. Aumento de la barra, pero debido a redistribución del sedimento de aguas profundas. Tabl a 8. Cl as if ic ac ió n d e l o s per f il es y d et er min ac ió n d el vo l u men transpor tado ( el abor ación p ropia) 49