PROBLEMAS DE EROSION EN PLAYAS
(Traducción de la publicación original en inglés por Gustavo A Silva Medina. – Bogotá, Colombia). 2003.
"Problems of beach erosion and some solutions".
R.T. Hattersley; D.N. Foster (*)
Australian Civil Engineering. Vol 9. August 1968.
(*) R.T. Hattersley: Associate Professor of Civil Engineering. Water Research Laboratory. The University of New South Wales. Sydney. Australia. 1968.
D.N. Foster: Senior Lecturer in Civil Engineering. Water Research Laboratory. The University of New South Wales. Sydney. Australia. 1968.
Introducción
Una playa es una zona costera cubierta de material suelto y sujeta a acumulación y erosión. El sedimento se mueve a lo largo de la costa por causa de olas y corrientes.
Cuando una playa compuesta de arena queda temporalmente lejos del oleaje y de las mareas entonces se seca por la acción del sol, y la arena se mueve hacia el continente formando dunas o de regreso a la costa por acción del viento.
El resultado de este cambio continuo representa una tendencia a largo plazo hacia la erosión o la sedimentación o el equilibrio dinámico dependiendo de las cantidades relativas de abastecimiento o pérdida de material en la playa.
Muchas de las playas de New South Wales están limitadas por formaciones resistentes a la erosión; en estos casos la forma de la playa tiende a ser moldeada por causas naturales durante un proceso que toma muchos años hasta cuando se alcanza el equilibrio entre los volúmenes medios de arena que entran y salen del área. Bajo condiciones de equilibrio la playa es prácticamente estable, pero esa estabilidad es alterada a menudo por fenómenos de corto plazo como son las tormentas y los períodos de calma, y por la variación que ocurre año tras año de las tasas de suministro de sedimentos.
Necesidad de preservar las playas
La pregunta que se debe responder es la siguiente: ¿Hasta dónde necesita ser preservada una playa? Una playa estable es en sí misma una forma de protección de la costa contra los embates del mar. El lecho que está compuesto de sedimento suelto ajusta su forma para producir una "defensa en profundidad" en época de tormentas y para proveer por su propia recuperación durante el período normal.
Algunos aspectos que interesan al público en general tienen que ver con el uso de las playas para turismo, desarrollos deportivos o recreación.
La necesidad de proteger edificios, estructuras y propiedades contra la acción del mar se confunde a veces con la preservación de las playas. Debe reconocerse que un frente de playa debidamente conservado y utilizado asegura una protección máxima a las propiedades pero para que esta protección sea posible es necesario que dichas propiedades no estén localizadas en la zona móvil de la playa.
La construcción de obras civiles en la costa produce cambios que afectan las tasas de suministro o de pérdida del transporte litoral y generan modificaciones en la línea costera hasta cuando se alcanza una nueva configuración estable. Debido a que estos cambios no se observan de inmediato porque se ocultan entre las fluctuaciones a corto plazo, siempre tomará un tiempo largo el poder demostrar que los cambios hechos por el hombre son nocivos para la costa.
Muchas veces el resultado final es un efecto a largo plazo que se descubre cuando el daño irreparable ya está hecho. Por esta razón es recomendable que se analicen cuidadosamente los posibles daños que se pueden ocasionar a la playa antes de proceder a construir obras civiles
Cambios en las playas por movimiento de arena
Aun cuando no exista pérdida neta de material de la playa durante un evento, ocurren a menudo problemas de erosión como resultado del movimiento de olas hacia y desde la costa.
Las playas se erosionan durante las tormentas y vuelven a regenerarse durante las aguas mansas o swells. Este procedimiento ha sido tratado en detalle por Silvester (1959).
Durante una tormenta se establece un mar confuso dentro de la zona de rompientes y las olas atacan la playa con intervalos regulares desde diferentes direcciones. La pendiente de la playa se satura rápidamente, disminuye la percolación del agua que llega desde el mar y se intensifica el flujo de retorno. En este proceso una gran cantidad de arena es removida de la superficie de la playa y transportada mar adentro de la zona de rompientes, donde es depositada en aguas relativamente profundas en forma de barras de arena.
A medida que la barra de arena crece la zona de rompientes se traslada en dirección al mar. Este proceso hace que las olas rompan cada vez más lejos de la costa y disipen una cantidad considerable de energía antes de llegar a la playa, lo cual disminuye la acción erosiva sobre la superficie de la playa. El proceso continúa hasta cuando cesa la erosión.
El material que ha sido arrastrado desde la playa durante la tormenta retorna luego por la acción de olas moderadas o swells; estas olas son de menor altura y de mayor período que las olas de tormenta, son regulares y tienden a llegar a la playa en una sola dirección. Debido a que las olas llegan a intervalos relativamente grandes el nivel freático de la playa disminuye y parte del agua que llega desde el mar percola; además, los canales que se forman durante las tormentas desaparecen y parte de la arena de las barras que se forman mar adentro vuelve nuevamente a la playa, la cual queda lista para la siguiente tormenta.
En
En su forma caprichosa de actuar la naturaleza puede dejar un área libre de tormentas severas durante largos períodos, lo cual acarrea un depósito importante de arena en la playa y en la duna frontal y produce una falsa sensación de seguridad a quienes ocupan las tierras interiores que están protegidas por la duna.
Los autores han observado año por año variaciones de varios cientos de pies en el movimiento del agua hacia y desde el mar en algunas playas de New South Wales (Foster and Stone, 1965). Estas mediciones coinciden con valores similares obtenidos en el sur de California (Bascom, 1952).
El mayor período de registro de cambios en playas de NSW que los autores conocen corresponde a la playa de Stockton, cerca de Newcastle. Las cartas hidrográficas indican que entre 1896 y 1925 el frente de la playa avanzó hacia el mar aproximadamente
Suministro de arena y estabilidad de la playa
La arena puede llegar a las playas desde diversas fuentes que incluyen ríos, arroyos, erosión de áreas vecinas, deslizamientos y meteorización de rocas, movimientos de olas que traen arena de depósitos antiguos, erosión eólica y erosión de arrecifes de coral.
En algunas zonas de la línea costera todas estas fuentes pueden ser importantes, mientras que en otras solamente una o dos pueden ser dominantes. Sin importar cual es la fuente los sedimentos se redistribuyen a lo largo de la línea costera por efecto de las corrientes litorales que se inducen por las olas que rompen.
Las corrientes litorales son generadas por olas que llegan a la línea costera formando un ángulo. El transporte litoral ocurre generalmente en una sola dirección, la cual se determina por observación de la configuración de la costa en vecindades de estructuras existentes, salientes y entradas de corrientes de marea. En
Cuando no existe una evidencia cierta sobre la dirección predominante del transporte litoral es necesario utilizar registros de oleaje y análisis de refracción para determinar la dirección de las olas que llegan a la costa y la dirección del transporte. (CERC, 1966). Stone y Foster han hecho estimativos sobre la estadística de las olas de la costa central de New South Wales (1967).
Para el diseño funcional de estructuras costeras es importante conocer tanto la dirección como la magnitud del transporte litoral. La magnitud puede medirse de una manera precisa solamente si se encuentra una acumulación de sedimentos ocurrida en un período conocido sobre una barrera litoral, como un rompeolas. Si no existen barreras litorales se puede tener un orden de magnitud aplicando fórmulas empíricas del tipo de las que han sido desarrolladas por CERC, 1966:
Q = 6150 p
donde Q es el número de yardas cúbicas/día que se mueven a lo largo de una costa arenosa, p es la componente tangente a la costa de la potencia de la ola en caballos de potencia por pies de extensión de la playa.
Por ejemplo, una ola de
Cambios en el transporte litoral
Cuando una costa está en equilibrio con sus alrededores los problemas de erosión de la playa ocurren cuando se presenta algún evento que interrumpe o disminuye el transporte litoral que alimenta el área. Este cambio puede ser natural como un aumento lento del nivel del mar ( Per Bruun, 1962; Foster and Stone, 1965 ), o puede ser inducido por el hombre. Este último puede producir efectos erosivos más rápidos que los debidos a los cambios naturales.
Hay cuatro tipos básicos de obras de ingeniería que afectan el transporte de arena y la estabilidad de las playas. El primero altera la produccion de sedimentos de la fuente, por ejemplo la construcción de presas en ríos y la protección de acantilados contra la erosión. Bassom, 1964, estima que cerca a Los Angeles se produjo una erosión del orden de
El segundo tipo está constituído por espolones o por rompeoleas que se extienden desde la costa e interceptan el transporte litoral reduciendo el suministro de arena aguas abajo de la obra. En Port Heuneme, California, dos rompeolas que se construyeron en 1940 bloquearon efectivamente el paso de los sedimentos. La erosión aguas abajo de los rompeolas se produjo a la tasa de
El tercer tipo de barrera litoral comprende los rompeolas que se construyen mar adentro e interceptan las olas antes de que lleguen a la costa. Por esta razón se reduce la tasa de transporte y el material litoral se acumula en el área protegida que queda detrás del rompeola. Un ejemplo notable de este caso de barrera litoral es el rompeolas de Santa Mónica en California ( Handin and Ludwich, 1950).
El cuarto tipo está compuesto por los canales que se dragan a través de la berma litoral. Estos canales crean profundidades mayores que las normales y producen una acumulación del material litoral aguas arriba del flujo litoral, y una reducción del suministro aguas abajo. El dragado se complementa generalmente con rompeolas.
En todos los casos la reducción del transporte litoral produce una recesión de la playa, la cual se facilita además porque las olas continúan trasladando sedimentos de la playa hacia y desde el mar.
A menos que se tomen medidas para prevenir estos fenómenos la erosión de la playa continúa hasta cuando se logra la estabilidad para la nueva condición.
Solución a los problemas debidos al movimiento de la playa
La mejor protección contra la erosión y los daños estructurales producidos por los cambios de las playas desde y hacia el mar consiste en la preservación de una franja amplia de playa que esté protegida por una duna frontal que reciba las olas de tormenta. En este caso hay suficiente arena disponible para alimentar la barra que se forma aguas adentro durante las tormentas.
En Dinamarca, Inglaterra y partes de América esta protección se alcanza estableciendo "líneas de preservación" (Per Bruun, 1964) que comienzan en el mar y corren más o menos paralelas a la línea de costa. Dentro de la reserva así definida el desarrollo está controlado por normas locales. En ciertas áreas se prohibe todo tipo de desarrollo, mientras que en otras se permiten ciertos pequeños desarrollos que no producen daños.
Si se hubieran creado lineas de preservación en Australia muchas áreas de dunas se hubieran conservado y algunos de los problemas que existen hoy se hubieran evitado. Todavía no es tarde para que en grandes extensiones de la costa australiana se sigan los ejemplos de otros países en los cuales se han promulgado leyes que prohiben la destrucción y nivelación de las áreas de dunas. Es paradójico que mientras en grandes tramos de costas japonesas y americanas se han gastado importantes sumas para intentar reconstruir dunas frontales, en Australia se tolera la remoción de las dunas hasta un nivel en que pierden su efectividad.
Las dunas de arena crean problemas porque los vientos se llevan parte de la arena hacia la playa, pero estos problemas pueden superarse mediante adecuados procesos de control y estabilización.
Existen dos casos generales, el primero es la playa con una duna frontal natural relativamente libre de ocupación humana, el segundo es un frente de playa como lo conocemos, en áreas metropolitanas.
Dunas naturales
En las áreas naturales las dunas son de formas variadas y frecuentemente son estabilizadas por el crecimiento de vegetación arbustiva. La vegetación anula el poder erosivo del viento y los detritos que se acumulan en la base de los arbustos conservan la humedad de la superficie y mejoran la fertilidad de los suelos. De esta manera la duna ofrece una protección natural contra la erosión de la playa que es ocasionada por las olas de tormenta, y al mismo tiempo minimiza los problemas de la erosión eólica.
Los asentamientos humanos en estas áreas ocasionan el rompimiento de la protección natural porque las trochas y los caminos intersectan la vegetación; igualmente el tráfico de peatones y vehículos y el pastoreo de animales contribuye a este rompimiento. Entonces, se produce el colapso de las dunas frontales y es corriente la invasión de arena en la parte posterior de la duna.
Donde existen dunas naturales en áreas que no están ocupadas por asentamientos humanos la protección de la duna es un problema de mantenimiento.
Protección de playas en áreas metropolitanas
En áreas con asentamientos humanos o en playas metropolitanas la estabilización de las dunas en forma natural es casi imposible. Deben buscarse cuidadosamente medidas convenientes para controlar el tráfico y la pérdida de arena, utilizando muros de contención y franjas de pavimento.
La localización, el diseño de las obras y la calidad de los materiales de construcción representan un balance delicado en el cual están involucrados la aerodinámica del viento que mueve la arena, la estética del paisaje y el planeamiento del tráfico y de las zonas de parqueo. Son raros los ejemplos que existen de un diseño adecuado.
Es recomendable que antes de ejecutar el diseño se haga un recuento de la historia de la playa con base en registros pasados para definir la posición de la duna frontal y la extensión de la recesión que ha tenido la playa. Los registros también deben definir el volumen de arena que se almacena corrientemente en la formación de la duna frontal para que en el planeamiento de las obras de protección se preserve un volumen similar. En muchas ocasiones se realiza un terraceo con este volumen de arena dentro de una franja de aproximadamente
La totalidad del área puede utilizarse de una manera controlada para recreación del público pero no para la construcción de viviendas. En este caso la erosión severa, si ocurre en el futuro, produce solamente la pérdida de arena y vegetación; esta pérdida puede disminuirse mediante un adecuado tratamiento de la vegetación y un mantenimiento apropiado como es común en los parques públicos. Puede ser necesario tener disponibles en el área algunos materiales como losas prefabricadas y piedra para utilizarlos en reparaciones luego de que se presenten tormentas severas en la playa.
Cuando en la playa ya existen obras construidas, como ocurre a lo largo de las playas de Sydney, y de
El propósito principal de un muro es estabilizar la playa que queda detrás y prever una posterior recesión del terreno. En general se utilizan muros de un rango amplio de materiales y formas (CERC, 1966) de tal manera que tengan buena capacidad de absorber la energía de las olas.
Un muro de bajo costo y baja reflexión está en construcción en
Con solamente un 20 o 30 por ciento de reflexión el transporte litoral se incrementa en un 100 % aproximadamente (Bruun and Manohar, 1963). Para evitar excesiva reflexión de un muro se recomienda una pendiente no mayor de 1:3 en la cara anterior del muro.
Las autoridades locales que están a cargo del control de construcciones en las playas deben evitar la reconstrucción en el mismo sitio de propiedades que hayan sufrido daños por causa de tormentas. De esta manera el alineamiento de las construcciones nuevas debe moverse hacia atrás tanto como sea posible para prevenir la recurrencia de los daños.
Soluciones al problema del transporte litoral
No existe una solución general que pueda aplicarse a todos los casos. Lo primero que debe hacerse es tratar de entender qué es lo que está sucediendo, lo cual implica un conocimiento del clima del oleaje en la zona y de la fuente, dirección, cantidad y límites del transporte litoral.
Cualquier estructura costera que se extienda dentro del mar se verá afectada por el proceso litoral; por eso es importante que el ingeniero destine un tiempo a establecer cuales han sido los cambios históricos de la playa y sus causas. Cuando no existen datos disponibles el ingeniero necesariamente toma riesgos que llevan a menudo a diseños inadecuados.
Las principales soluciones que se utilizan para proteger la playa de problemas de erosión en la línea de costa ocasionados por cambios significativos en el transporte litoral consisten en espolones, by-pass de arena y alimentación artificial de la playa.
Los espolones se construyen perpendiculares o inclinados con respecto a la línea de costa; pueden ser permeables o impermeables. Son efectivos únicamente cuando existe un transporte litoral predominante porque su objetivo es atrapar el transporte litoral en su lado de aguas arriba; de esta manera se amplía el ancho de la playa en vecindades de su construcción.
Tienen la desventaja de que colocan una barrera total o parcial al transporte litoral y por tanto se produce erosión aguas abajo; en consecuencia, su efecto es limitado y muchas veces transfieren el problema a otra sección de la costa. Los efectos dañinos de los espolones pueden reducirse combinando espolones con alimentación artificial de arena.
CERC, 1966, presenta un análisis comprensivo sobre el uso de los espolones y define los siguientes factores que deben considerarse en su diseño:
Extensión de playa que será afectada por erosión si se usan espolones.
Justificación económica de los espolones en comparación con obras de estabilización con alimentación artificial de arena.
Adecuación de alimentación natural de arena para asegurar que los espolones van a funcionar como se diseñan.
Anclaje de los espolones a la línea de costa para prever fallas por causa de la erosión que se presenta aguas abajo.
Peligro de corrientes rizadas que incrementan los riesgos para los bañistas.
Pérdida en la estética del paisaje por la colocación de los espolones.
Problemas de mantenimiento y reparaciones.
Siempre que se construye una barrera litoral es necesario considerar cuidadosamente el hecho de reestablecer el proceso litoral por medio de by-pass.
Cuando el efecto de la barrera es pequeño y el transporte litoral es bajo puede ser suficiente permitir que la naturaleza se encargue de restaurar la línea estable de la costa. En caso contrario el by-pass puede considerarse como alternativa de otros procedimientos de defensa tales como muros, espolones o alimentación artificial de arena. Las plantas para by-pass pueden ser fijas o móviles y operan de manera contínua o intermitente.
Un método que está siendo considerado últimamente consiste en la utilización de la arena que se acumula detrás de los rompeolas. Por efecto de la disminución de la acción de las olas detrás de la pared se acumula arena durante un período; esta arena es removida posteriormente por medio de obras de dragado que trabajan durante los períodos de calma llevando la arena hacia la otra cara del espolón para recuperar el suministro litoral. El método se ha utilizado con éxito en Port Hueneme, mencionado atrás (Herron and Harris, 1966).
La alimentación artificial de arena da en el corazón del problema y la opinión actual tiende a favorecer esta forma de protección de playas. El método remedia la causa básica de muchos problemas de erosión, como es la deficiencia en el suministro de arena, y beneficia la playa en una zona amplia que está más allá del área problema.
Se han utilizado varios métodos de alimentación artificial dependiendo de las condiciones del problema en consideración.
En Long Beach, New Jersey (Harris, 1954) y Santa Barbara se descargó arena mar adentro hasta profundidades del orden de
Como su nombre lo indica el método de colocación directa consiste en colocar arena directamente en la playa para incrementar el suministro natural al área. No es necesario colocar la arena en capas; puede ser amontonada en áreas aisladas dejando que las olas naturales moldeen la arena a lo largo de la superficie de la playa. Tampoco es esencial remover la materia orgánica del material porque la acción natural de las olas remueve las partículas finas y deja las fracciones más gruesas en la playa.
El éxito de la alimentación artificial depende de la utilización de material apropiado. Si es demasiado fino entonces será removido de la playa por la acción natural de las olas y si es demasiado grueso puede formar una playa con demasiada pendiente, incrementando el peligro para la natación.
El material ideal debe tener una granulometría ligeramente más gruesa que la de la playa que se va a proteger; con esto se asegura que se conserva la pendiente de la playa y que el material permanece en la playa.
Planeamiento del uso futuro de la playa
Los errores del pasado pueden evitarse actualmente mediante el planeamiento del uso futuro. Técnicamente los códigos de protección de costas (Per Bruun, 1964) deben asegurar que:
Las dunas o las bermas de la playa no deben ser niveladas hasta una elevación que les haga perder su efectividad en su función de proteger contra las olas de tormenta.
No se construyan muros verticales porque causan erosión de la playa frente a ellos.
No se construyan espolones, rompeolas o atracaderos si causan erosión aguas abajo que no pueda ser corregida fácilmente.
La alimentación artificial se haga con material apropiado que pueda permanecer en la playa por mucho tiempo.
Los desarrollos turísticos o industriales se construyan lejos de la playa, hacia el continente, para prevenir la erosión ocasionada por los cambios cíclicos de la playa que ocurren de década en década.
La necesidad de coordinación en el diseño, planeamiento y control de obras costeras ha obligado a varios países a establecer autoridades de ingeniería de costas a nivel de Estados o Departamentos. En los Estados Unidos esas autoridades se tipifican en el Coastal Engineering Research Center, cuyos objetivos están fijados por una ley (Elliot, 1950) y son los siguientes:
Proveer asistencia técnica en la conducción de estudios de control de erosión en playas.
Revisar los Informes de estos estudios.
Inspeccionar y examinar las localidades bajo estudio.
Conducir investigación general.
Publicar de vez en cuando datos útiles e información sobre erosión y control de erosión en playas.
Durante la revisión de los informes sobre control de erosión en playas la autoridad respectiva debe dar su opinión sobre los siguientes aspectos:
Necesidad de establecer el proyecto de control.
Interés público, si lo hay, en el mejoramiento de la playa.
Qué parte del costo del proyecto corresponde al gobierno departamental.
En Australia el tratamiento que se da a los problemas de erosión de playas no es satisfactorio. En NSW por ejemplo, las numerosas autoridades que atienden los estuarios costeros y los aspectos de conservación actúan más o menos independientemente dentro de los poderes que les confiere la legislación.
Los proyectos de desarrollo deben ser aprobados por el gobierno local y por las autoridades estatales; se entiende que tales aprobaciones están reguladas por el interés público.
Debido a la naturaleza complicada de los procesos costeros es esencial la realización de un programa adecuado de investigación y recolección de datos para asegurar que cuando se tengan las aprobaciones necesarias para desarrollar un proyecto haya suficiente información para prever los efectos futuros de las obras.
Las aprobaciones que se dan ignorando el conocimiento básico de los procesos costeros solamente pueden llevar a generar dificultades y problemas.
Referencias
Bascom, W.N. (1951). The relationship between sand size and beachface slope. Trans Amer Geophys Union. Vol 32. No. 6. Dec 1951.
Bascom, W.N. (1964). Waves and beaches. NY, Doubleday, 1964 (Science Study Series 534)
CERC (1966) Shore protection planning and design. U.S. Army Corps of Engineers. Coastal Engineering Center. Tech Report No. 4. Third Ed. June 1966.
Elliott, D.O. (1950) The beach erosion board. Proc First Conf on Coastal Engineering. Long Beach, California. Oct 1950.
Foster, D.N. and Stone, D.M. (1965) Historical evidence of erosion at Cronulla. Jnl Inst of Eng. Aust. September 1965.
Handin, I.W. and Ludwich, I.C. (1950) Accretion of sand behind a detached breakwater. U.S. Army Corps of Engineers. beach erosion board. Tech Memo No. 16. May 1950.
Harris, R.L. (1954), Restudy of test-Shore nourishment by offshore deposition of sand, Lond Brough, New Jersey. U.S. Army Corps of engineers. Beach erosion board. Tech Memo No. 62.
Herron, W.I. and Harris, R.L. (1966). Litoral bypassing and beach restoration in the vicinity of Port Hueneme, California. Proc of Tenth Conf on Coastal Engineering, Tokyo, Sept 1966.
Per Bruun (1962). Sea level rise as cause of shore protection. Proc ASCE, Jnl Waterways and Harbours Div. Vol 88, No. WW1, Feb 1962.
Per Bruun and Manohar, M. (1963). Coastal protection for Florida - Development and design. Florida Eng and Ind Expt Station. University of Florida.Bulletin Series No. 113. Aug 1963.
Per Bruun (1964). Coastal protection procedures with special reference to conditions in Florida. Florida Eng and Ind Expt Station. University of Florida.Bulletin Series No. 118. Dec 1964.
Stone, D.M. and Foster, D.N. Data provided for NSW Coastal Engineering Works. Aust Civil Engineering and Construction. April 1967.
Silvester, R. Engineering aspects of Coastal Sediment Movement. Proc. ASCE. Jorn Waterways and Harbours Div. Vol 85. WW3. Sept 1959.
No hay comentarios:
Publicar un comentario