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Protección costera racional y eficiente. Empleo de módulos de mallas de acero de alta resistencia e inoxidable dúplex

Roberto J. Luis-Fonseca, Julio Prieto Fernández, Mahan Sheibani, Peter McCourt y Urs Dornbierer. Grupo Geobrugg

22/05/2023
Los océanos cubren más del 70% de la superficie de la tierra. No son solo el hábitat más grande del planeta, sino que constituyen la principal herramienta para la regulación del clima a nivel global. El océano es un cuerpo continuo de agua salada que rodea los continentes y se divide en cuatros regiones principales: Pacífico, Atlántico, Índico y Ártico. El océano contiene restos de todos los elementos químicos de la Tierra, y es salado porque contiene iones de sodio y cloruro debidos a la escorrentía del agua lluvia y minerales de fuentes hidrotermales en el lecho marino.
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El océano como herramienta de regulación del clima

El responsable del cambio climático es el ser humano y sus emisiones de gases de efecto invernadero que calientan el planeta. A su vez dicho cambio climático altera el océano en tres formas fundamentales:

1.- Los océanos cada vez son más cálidos, el efecto invernadero no solo calienta el planeta, también hace que se incremente la temperatura del mar a nivel global. Durante los últimos 30 años del siglo XX la temperatura media de la superficie de los océanos creció a un ritmo medio de -17,7°C, y en los últimos años la temperatura ha sido mayor que en cualquier otra época registrada. Esta agua más cálida se evapora con mayor facilidad, alimentando y promoviendo tormentas cada vez más intensas y frecuentes. De acuerdo con diversos hallazgos científicos, el continuo calentamiento global conlleva cambios en la fuerza, frecuencia, extensión espacial y duración de eventos climáticos extremos. En 2021, por ejemplo, la temperatura global de los océanos superó en 0,65°C a la media registrada en el siglo XX (fig. 1). Datos de la NASA muestran que la Tierra se ha ido calentando gradualmente desde principios de siglo XX.

Fig. 1. Anomalías de la temperatura superficial global de los océanos con respecto a la media del siglo XX (Statista, 2022)...
Fig. 1. Anomalías de la temperatura superficial global de los océanos con respecto a la media del siglo XX (Statista, 2022).

Desde el año 2000, esta tendencia parece haberse acelerado. En 2020, la temperatura media mensual de la Tierra ha sido más elevada que el promedio del período de referencia 1980-2015 para el gráfico de la figura 2 y el de todas las décadas desde 1880 sin excepción (sobre las que la infografía muestra algunos ejemplos). Por ejemplo, el mes de diciembre de 2020 fue solamente 1,34°C más frío que el mes promedio registrado en la Tierra desde 1880 (fig. 2). En décadas pasadas, en cambio, diciembre era frecuentemente de 2 a 2,5° C más frío.

Fig. 2...
Fig. 2. Desviación mensual de la temperatura media de la tierra en 2020, con relación al periodo 1980-2015 (Statista, 2021)

El incremento de las temperaturas amenaza a los seres marinos como arrecifes de coral y altera la red trófica desde el plancton a los pingüinos y focas.

2.- Desde 1993 los mares han aumentado su nivel a un ritmo el doble de rápido que la tendencia a largo plazo registrada. tal y como se muestra en la figura 3 basada en los registros de la NASA, que se hicieron por primera vez en ese año. En promedio, de 1993 a 2021, el nivel del mar ha subido aproximadamente 3,5 mm/ año. El nivel del agua se eleva ya que el agua se expande cuando se calienta, también porque el calentamiento promueve que se derritan glaciares y casquetes polares. Este incremento en el nivel del mar provoca inundaciones en las zonas costeras. La mayoría de las predicciones dicen que el planeta seguirá calentándose y posiblemente a más velocidad, causando que el nivel del mar siga aumentando.

La NASA ha estado rastreando la superficie global de los océanos durante años, haciendo un seguimiento de la evolución del nivel del mar mediante observaciones por satélite desde el espacio. Para el año 2100 la agencia proyecta que el nivel del mar aumente entre 30 y 122 centímetros más a nivel global. Este incremento dejaría miles de kilómetros de tierra a merced de las inundaciones, comprometiendo la seguridad de millones de personas en todo el mundo, especialmente, de quienes viven en islas y zonas costeras. Esto significa que cientos de ciudades costeras tendrán que hacer frente a inundaciones. Pero, predecir en qué medida y cómo de rápido subirán los mares sigue siendo un fenómeno que se está estudiando. El informe especial más reciente de la NASA, explica que esto sería suficiente para afectar seriamente a muchas de las ciudades que se sitúan a lo largo de la costa Este de Estados Unidos.

Otro análisis basado en datos europeos se inclina hacia el extremo superior de ese rango, ya que predice un aumento de 65 cm para finales de este siglo si la inercia actual continúa.

Fig. 3. Aumento del nivel del mar [mm] desde 1993 (Statista, 2022)
Fig. 3. Aumento del nivel del mar [mm] desde 1993 (Statista, 2022).

3.- La acidificación del océano, el agua del mar absorbe CO2 de la atmósfera, lo que contribuye a la reducción de su pH y provoca más acidez. Esto reduce la concentración de carbonato de calcio, que dificulta que especies tales como las ostras, almejas y corales formen conchas o exoesqueletos.

La temperatura de la geosfera

Aun cuando el océano ocupa gran parte de la superficie terrestre, la vida humana se desarrolla mayoritariamente en la capa 'dura' de la Tierra, luego vale la pena prestar interés a lo que está ocurriendo en la temperatura media a nivel global, incluida la litosfera o geosfera. Un estudio realizado por Berkeley Earth (Rohde, 2022) revela que la anomalía de la temperatura media global, respecto a los valores medios de temperatura entre 1951 y 1980 (figs. 4 y 5), tiene una importante tendencia al incremento.

Fig. 4. Temperatura media global. Anomalías relativas a la media de 1951-1980. Promedio móvil de 12 meses (Rohde, 2022)
Fig. 4. Temperatura media global. Anomalías relativas a la media de 1951-1980. Promedio móvil de 12 meses (Rohde, 2022).

Según se puede observar en la parte final del gráfico de la figura 4, la tendencia de los últimos años es claramente al alza. Si esta tendencia se mantiene, discretizando este comportamiento a valores a partir de 1970 y extrapolando, en 2030 esta anomalía estaría en el orden de +1,2°C (fig. 5).

Fig. 5. Tendencia de anomalía en la temperatura media global en los últimos 50 años (Rohde, 2022)
Fig. 5. Tendencia de anomalía en la temperatura media global en los últimos 50 años (Rohde, 2022).

Todo parece indicar que la única forma de detener los daños a los océanos es reducir de forma dramática las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel global. Sin embargo, aunque dichas emisiones paren de inmediato, los gases que existen actualmente en la atmosfera tardarían décadas en disiparse. A nivel global el comportamiento de los países tiene un índice de desempeño muy variable frente al cambio climático (fig. 6).

Fig. 6. Desempeño de los países en protección del clima según índice de desempeño frente al cambio climático 2023 (Statista, 2022)...
Fig. 6. Desempeño de los países en protección del clima según índice de desempeño frente al cambio climático 2023 (Statista, 2022).

El Índice de Riesgo Mundial es un indicador que evalúa el riesgo de catástrofes naturales en 193 países (todos los países reconocidos por la ONU) y depende de dos factores: la proporción de la población que está expuesta al peligro de fenómenos naturales extremos y la calidad de las medidas de prevención. 

El riesgo más alto de desastres naturales del mundo se registró en Filipinas, cuyo Índice de Riesgo Mundial se sitúa justo por debajo de los 47 puntos sobre 100. Le siguen la India con 42,3, e Indonesia con 41,5. La media en Europa es de 2,2 y este es el riesgo más bajo de todos los continentes. En general, incluso las puntuaciones de los países europeos más vulnerables son bajas en comparación con los países del resto del mundo (fig. 7).

Fig. 7. Índice de catástrofes por fenómenos naturales extremos e impactos negativos que ocasiona el cambio climático en Europa (Statista, 2022)...
Fig. 7. Índice de catástrofes por fenómenos naturales extremos e impactos negativos que ocasiona el cambio climático en Europa (Statista, 2022).

Procesos costeros

  • Acción hidráulica: se produce cuando las olas que chocan con un acantilado comprimen aire en las grietas del acantilado. Esto ejerce presión sobre la roca circundante y puede astillarse y quitar pedazos progresivamente. Con el tiempo, las grietas pueden crecer, a veces formando una cueva. Las astillas caen al lecho marino, donde son sometidas a la acción de las olas.
  • Desgaste: se produce cuando las olas hacen que trozos sueltos de escombros rocosos (pedregales) choquen entre sí, triturándose y astillándose entre sí, volviéndose progresivamente más pequeños, más suaves y redondos. El pedregal también choca con la base del acantilado, astillando pequeños trozos de roca del acantilado o tiene un efecto de corrosión (abrasión), similar al papel de lija.
  • Solvatación: es el proceso en el que los ácidos contenidos en el agua de mar disuelven algunos tipos de rocas como la tiza o la piedra caliza.
  • Abrasión: ocurre cuando las olas rompen en los acantilados y los erosionan lentamente. A medida que el mar golpea el acantilado, también usa el pedregal de otras acciones de las olas para impactar y romper pedazos de roca de más arriba en la pared del acantilado, que se pueden usar para esta misma acción de desgaste.
  • Corrosión o meteorización: por disolución química se produce cuando el pH del mar (cualquier valor por debajo de 7,0) corroe las rocas de un acantilado. Los acantilados de piedra caliza, que tienen un pH moderadamente alto, se ven particularmente afectados. La acción de las olas también aumenta la velocidad de reacción al eliminar el material reaccionado.

La erosión costera

Es el proceso natural responsable de la reducción de las playas, el retroceso de las dunas y acantilados. Da forma a la costa por la acción de las olas, corrientes y el viento. En las costas rocosas, se manifiesta por la excavación de los acantilados, que debilitados por la infiltración de agua de lluvia en la roca, conlleva a su colapso. En la costa de sedimento blando (arenas, gravas), el equilibrio depende de la cantidad de material que se deposita en la orilla de otras fuentes (bancos de arena, otras playas, acantilados erosionados, etc.) y la que se escapa. Si el balance de sedimentos es positivo, la orilla avanza hacia el mar (acreción). Si es negativo, la costa retrocede (erosión). El periodo actual se caracteriza por una escasez de sedimentos costeros puesto que la reserva formada durante la última edad de hielo está ahora casi consumida. Por ello muchas costas sedimentarias están sujetas a la erosión.

La erosión costera se produce principalmente cuando los vientos son violentos, las olas grandes y en momentos de marea alta con altos coeficientes, especialmente si la tormenta conduce estas energías hacia la costa en forma de ondas de tormenta (erosión aguda). Con el paso del tiempo, la sucesión de episodios tormentosos puede dar lugar a una fuerte disminución de la costa (erosión estructural).

La tasa de erosión se mide en volumen / longitud / tiempo (por ejemplo: m3/ m/ año), pero debido a que se utiliza a menudo para mostrar la velocidad de la disminución de la costa, se expresa generalmente en m/año. La velocidad de retroceso depende de muchos factores (tipo de costa, energía de las olas y las mareas, etc.) y puede ser desde unos pocos centímetros hasta decenas de metros por año.

La influencia humana en la zona costera ha convertido el fenómeno natural de la erosión costera en un problema social de intensidad creciente. La urbanización y las actividades económicas tienen un peso considerable en las zonas costeras, lo que conlleva trabajos de ingeniería costera, de regulación de cuencas hidrográficas (particularmente presas), el dragado, el desmonte de terrenos, extracción de áridos marinos, arena, gas natural, agua y solicitudes de ocupación de terrenos (Eurosion, 2004), que en su conjunto agrava el fenómeno de erosión en zonas donde ya existía de manera natural, pero que a veces conducen al retroceso de la costa en zonas que no estaban afectadas por fenómenos naturales (fig. 8). Así pues, la erosión costera es el resultado de una combinación de factores, tanto naturales como antropogénicos, que actúan a diferentes escalas.

Fig. 8. Erosión litoral en acantilado Mar del Plata. Argentina (Isla, 2021)
Fig. 8. Erosión litoral en acantilado Mar del Plata. Argentina (Isla, 2021).

En las costas no rocosas, la erosión costera da como resultado formaciones rocosas en áreas donde la línea costera contiene capas rocosas o zonas de fractura con una resistencia variable a la erosión. Evidentemente, las áreas más blandas se erosionan mucho más rápido que las más duras o firmes, lo que generalmente resulta en accidentes geográficos como túneles, puentes, columnas y pilares naturales. Con el tiempo, la costa generalmente se nivela. Las áreas más blandas se llenan de sedimentos erosionados de áreas duras y las formaciones rocosas se erosionan. Además, la abrasión ocurre comúnmente en áreas donde hay vientos fuertes, arena suelta y rocas blandas. El soplo de millones de granos de arena afilados crea un efecto de arenado. Este efecto ayuda a erosionar, suavizar y pulir las rocas.

Según el IPCC (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático o Panel Interguberna-mental del Cambio Climático), el aumento del nivel del mar causado por el cambio climático aumentará la erosión costera en todo el mundo, cambiando significativamente las costas y las zonas costeras bajas.

Daños y vulnerabilidad

La vulnerabilidad de las zonas costeras ante el cambio climático se circunscribe esencialmente a dos tipos de unidades: playas y costas bajas del entorno de estuarios y deltas. La vulnerabilidad en estas zonas corresponde básicamente a tres tipos de situaciones o características: a) presencia de estructuras o bienes con valores monetarios de mercado que representen un 'capital sujeto a daños'; b) existencia de elementos naturales sin valor de mercado pero que son la base de actividades económicas y que podrían verse perjudicadas; c) existencia de unidades naturales valiosas no necesariamente ligadas de manera directa a actividades productivas pero con riesgo de deterioro.

El primer grupo corresponde fundamentalmente a las áreas potencialmente anegables de forma permanente o intermitente en las cuales se podría ver afectado tanto el valor de los terrenos como el de los cultivos, edificios o infraestructuras presentes en los mismos. Esas áreas se sitúan sobre todo en los entornos de deltas y estuarios correspondiendo en muchos casos a antiguas zonas húmedas o intermareales desecadas. También existen algunos lugares ubicados sobre todo en la parte alta de playas con edificios o estructuras que se podrían ver afectados por un aumento del nivel del mar y/o de la intensidad de las tormentas o eventos de tipo tsunami.

En el segundo grupo se encuentran esencialmente las playas confinadas que podrían ver reducida su extensión de manera apreciable o incluso desaparecer totalmente.

El tercer grupo incluye ciertos humedales y zonas supra o intermareales que podrían desaparecer por elevación del nivel del mar, si bien es probable que dicha desaparición se viera compensada en parte por la aparición de nuevos humedales en zonas de costas bajas como las descritas anteriormente.

Menor es la vulnerabilidad de los campos de dunas asociados a playas, aunque en algunos casos también podrían ver reducida su extensión o desaparecer como consecuencia de un ascenso del nivel medio del mar o intensificación de los temporales.

El análisis de daños probables debe tener en cuenta dos aspectos. Se deben considerar las posibles pérdidas de 'capital' (daños en infraestructuras o edificios, pérdida de terreno etc.), así como las pérdidas debidas a las perturbaciones, que puedan afectar a las distintas actividades económicas.

Lo primero es más fácil de abordar, pues se refiere a elementos fijos existentes en el territorio mientras que lo segundo plantea muchas más incertidumbres especialmente teniendo en cuenta la gran dificultad de hacer previsiones en relación con las actividades económicas a varias décadas vista.

Potencial energético

La energía que una ola adquiere depende básicamente de: la intensidad del viento que sopla sobre la superficie del océano, del tiempo en que el viento está soplando y del alcance o superficie sobre la cual sopla el mismo. La potencia P (1), en kW por metro de ancho de ola, contenida en una ola oceánica idealizada (onda senoidal de amplitud constante y periodo y longitud de onda bien definidos) puede expresarse según la siguiente ecuación:

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donde: H: altura de la ola (m); T: periodo de movimiento de la ola (s);  ɣ: densidad media del agua (10,24 kN/m3) (fig. 9); g: aceleración de la gravedad (m.s-2).

Fig. 9 Variación de la densidad del agua de mar con la temperatura (Millán 2016)

Fig. 9 Variación de la densidad del agua de mar con la temperatura (Millán 2016).

Según esta ecuación la potencia contenida en una ola es proporcional al cuadrado de la altura H y al periodo del movimiento T. Las olas con periodos largos (entre 7 s y 10 s) y grandes amplitudes (del orden de 2 m) tienen un flujo de energía que normalmente excede de los 40-50 kW por metro de ancho. La potencia total en cada metro de frente de ola del mar irregular es la suma de las potencias de todos sus componentes. Evidentemente, es imposible medir todas las alturas y periodos de ondas independientemente, por tanto, para estimar la potencia total se utiliza una media.

Con los datos recopilados es posible calcular lo que los oceanógrafos denominan la altura significativa de las olas Hs (fig. 10), la cual se define como la altura promedio de la tercera parte de las olas más altas en un registro, y el periodo energético o periodo de nivel cero Te, como el periodo de tiempo que transcurre entre valores sucesivos el paso de una ola dos veces consecutivas por una línea imaginaria situada a la mitad de distancia entre una cresta y un valle. Como la mayoría de las fuentes renovables, la energía de las olas se encuentra distribuida en el globo terráqueo de forma desigual.

Las zonas del mundo sujetas a vientos regulares son las que disponen de mayores potenciales energéticos que pueden extraerse de las olas. Así, la actividad de las olas se ve incrementada entre las latitudes de 30º y 60º en ambos hemisferios, inducidas por los vientos alisios predominantes que soplan en estas regiones. Los vientos procedentes del Golfo de Méjico, que soplan con una dirección predominante del noreste, cruzan el Atlántico y tienen varios miles de kilómetros para transferir energía al Océano Atlántico. Estos vientos crean grandes olas que llegan a las líneas de costa de Europa.

Fig. 10. Altura significativa Hs de las olas (AEMET, 2022)

Fig. 10. Altura significativa Hs de las olas (AEMET, 2022).

En la figura 11 se muestra una distribución global de la energía de las olas en kW por metro de ancho de ola, en varios lugares del mundo.

Fig. 11. Distribución global de la energía de las olas en kW por m² de ancho de ola (Cavia, 2020)

Fig. 11. Distribución global de la energía de las olas en kW por m² de ancho de ola (Cavia, 2020).

Es importante señalar que existe una relación entre la potencia, la altura significativa de la ola y el periodo, descrita por la ecuación de Pierson-Moskowitz, que se puede expresar gráficamente según la figura 12. De igual forma las olas se pueden clasificar en tres grandes grupos en función del período de duración:

  • Olas de periodo largo de 5 min a 24 h
  • Olas de gravedad de 1 a 30 segundos
  • Olas capilares de menos de 0,1 segundo
Fig. 12. Valores de la potencia en kW/m (Pierson-Moskowitz), en función de la altura y el período de la ola (Fernández Díez, 2011)...

Fig. 12. Valores de la potencia en kW/m (Pierson-Moskowitz), en función de la altura y el período de la ola (Fernández Díez, 2011).

La energía de las olas oceánicas es enorme, incluso la fracción de la energía que es potencialmente explotable es muy grande comparada con el consumo actual de electricidad en el mundo. Se han realizado diversos estudios con el propósito de estimar el potencial mundial. Se estima la energía mundial explotable es de 2 TWh año y que las aguas europeas son capaces de cubrir más del 50% del consumo total de potencia en el continente.

Solicitaciones que se generan sobre el talud del litoral

En las regiones costeras bajas, los diques marinos diseñados con el objetivo de gestionar la erosión de la costa y prevenir las inundaciones del mar (Murphy et al., 2002), suelen ser las estructuras de defensa costera más comunes e importantes. La rotura de las olas sobre el talud litoral es uno de los problemas más importantes a investigar por los ingenieros especializados en fenómenos costeros. Es bien sabido que los tipos de rotura en los taludes o diques marinos incluyen: derrame, de hundimiento y sobretensión.

La rotura violenta de una ola arbolada (plunging breaker) es el fenómeno de ruptura de olas más dramático en el que la ola se enrosca y la energía de la ola se disipa, lo que resulta en una alta presión de impacto en la pendiente del talud. Por lo tanto, la presión de impacto debido a la ruptura de las olas es una de las principales cargas sobre el talud, lo que puede provocar fallas en los taludes bajo olas extremas.

Sin embargo, el rompimiento de olas es un fenómeno complejo que aún no se comprende completamente (Liiv, 2001), especialmente en las regiones de rodillos y salpicaduras donde se arrastran burbujas de aire de alta intensidad (Kiger y Duncan, 2012; Lim et al., 2015). Así, la mayoría de los trabajos de investigación sobre la presión de impacto en diques marinos u otras estructuras de protección costeras, como TECCO® Cell o pilotes, se basan en experimentos de laboratorio o investigaciones de campo.

En las últimas décadas, un número creciente de estudios se han centrado en la dinámica y la cinemática del rompimiento de olas a partir de la simulación numérica.

Según se puede apreciar en la figura 13, por lo general el punto de impacto sobre el talud litoral de inclinación α se produce a una altura ZA ligeramente por debajo del nivel de agua en calma d. Esta fuerza de impacto es cuasi concentrada, sigue la forma de una campana de gauss muy estrecha, que la convierte en una presión debido a que actúa en un área, esta presión alcanza un valor máximo en el momento del impacto y se amortigua en el tiempo.

Fig. 13. Fuerza y presión de impacto (Naue, 2022)

Fig. 13. Fuerza y presión de impacto (Naue, 2022).

Existen varias aproximaciones a la determinación de presión de impacto, la fórmula de Morison se ha utilizado ampliamente para calcular las fuerzas que ejercen las olas en estructuras sumergidas. Se basa en el supuesto de que la fuerza de la onda puede estar dada por la superposición lineal de una fuerza de arrastre que depende del cuadrado de la velocidad de las partículas de agua y el área frontal proyectada de la estructura sumergida, y una fuerza de inercia que depende de la aceleración de la partícula de agua y el desplazamiento volumétrico de la estructura sumergida. Por ejemplo, la fuerza de onda por unidad de longitud experimentada por un cilindro delgado se expresa en la fórmula (2) de Morison (Avila y Adamowski):

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donde Fd es la fuerza de arrastre; Fm es la fuerza de inercia; Cd es el coeficiente de arrastre; Cm es el coeficiente de inercia; ρw es la densidad del agua; D es el diámetro del cilindro; u es la velocidad de las partículas de agua; t es el tiempo. Habitualmente, es imprescindible realizar el experimento hidrodinámico para determinar el valor de Cd y Cm. Cuando el cilindro llega al ataque de la ola rompiente, se debe considerar una fuerza de impacto adicional de corta duración debido al impacto del frente del rompeolas y la lengüeta del rompeolas. Entonces, se debe agregar una fuerza de impacto adicional (Fs) a la fórmula de Morison como (3):

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La fuerza de impacto Fs por unidad de longitud viene dada por la siguiente ecuación (4) (Chela et al., 2012):

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donde Cs es el coeficiente de impacto, que es uno de los parámetros más investigados relacionados con las fuerzas de impacto, y para diferentes investigaciones se ha abarcado desde π-2π.

De forma adicional se producen solicitaciones y diferencias de presiones durante el remonte y retorno (fig. 14), que actúan en el interior de sistema de revestimiento y que han de ser consideradas para su correcto dimensionamiento.

Fig. 14. Solicitaciones en remonte y retorno (Naue, 2022)

Fig. 14. Solicitaciones en remonte y retorno (Naue, 2022).

Dimensionamiento preliminar

Para la determinación de espesor crítico tcrit del módulo de malla de alta resistencia (fig. 15) se emplea la expresión (5) de Pilarczyk, K.W. (2011), que relaciona de forma proporcional dicho espesor con la altura significativa de la ola Hs y la inclinación de talud litoral α, siendo inversamente proporcional a la relación de vacíos Δ.

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Fig. 15. Espesor de recubrimiento crítico
Fig. 15. Espesor de recubrimiento crítico.

A continuación (fig. 16) se muestra un ábaco que permite la determinación del espesor crítico para el TECCO® Cell para pendientes del talud entre 10 y 100%, y valores de Hs de hasta 8 m, para el particular caso de una relación de vacíos Δ del 20%.

Fig. 16...

Fig. 16. Espesor crítico tcrit de revestimiento TECCO® Cell en función de la pendiente del talud α y de la altura significativa de la ola Hs, considerando un 20% de relación de vacíos.

El dimensionamiento de la protección, además de conseguir el balance energético, debe evitar que para determinada granulometría de los bloques de relleno, las deformaciones o reacomodos ocasionados en el esqueleto mineral, debidas a la acción recurrente del agua, remuevan el material de relleno y provoquen una ruptura del concepto de sostenibilidad de la protección.

Componentes del sistema

El componente principal del sistema modular TECCO® Cell es la malla de alambre de acero inoxidable de alta resistencia tipo TECCO® G65/3 inoxidable. Esta membrana de acero flexible de altas prestaciones tiene una resistencia a la tracción directa de 140 kN/m (Tabla 1). La malla tiene una capacidad de absorción de energía más que probada; durante más de dos décadas ha sido empleada en sistemas de protección contra desprendimientos y sistemas de estabilización de taludes.

Parámetro Malla TECCO® G65/3 inox
dimensiones x · y = 83 · 143 mm (+/- 5%)
círculo inscrito en el rombo DI = 65 mm (+/- 5%)
espiras longitudinales por m nl = 7 pcs/m
espiras transversales por m nq = 12 pcs/m
calidad del acero  ftk = 1650 MPa
diámetro del alambre d = 3,0 mm
resistencia a tracción del alambre Zw = 11,6 kN
resistencia a tracción directa de la malla zk = 140 kN/m
resistencia al punzonamiento DR > 170 kN
peso de la malla por m2 g = 1,65 kg/m2
acero inoxidable tipo 1.4462 (AISI 318)

 

Tabla 1. Características de la malla de alta resistencia TECCO® G65/3 acero inoxidable dúplex.

Como se puede observar en la figura 17, se trata de un sistema en forma de sándwich que trabaja por peso propio y se coloca en la superficie del talud del litoral. Por orden se colocan: una capa primera de geotextil sobre la superficie del terreno que controla los posibles movimientos de los finos en la dirección ortogonal al talud, inmediatamente se extiende la primera capa de malla TECCO®, se procede al relleno con el material pétreo seleccionado y se termina con una segunda capa (final) de malla. Es importante señalar que hay que controlar los elementos de unión entre las capas, para garantizar el control del movimiento del material que compone el esqueleto pétreo de la celda.

Fig. 17. Esquema básico TECCO® Cell

Fig. 17. Esquema básico TECCO® Cell.

En la figura 18, se muestra un ejemplo de aplicación costera a un acantilado rocoso. Las ventajas que se pueden conseguir con este tipo de soluciones son: economía en función de la intensidad y duración de las solicitaciones, robustez y mimetización, adaptabilidad y larga vida útil.

Fig. 18...

Fig. 18. Esquemas de soluciones en costa acantilada: pared rocosa con piedras al pie y pared de roca blanda combinada con arena en pie (Imágenes proporcionadas por Naue GmbH  - https://www.naue.com/).

Ejemplo de aplicación en Beesands, Reino Unido

Al igual que muchas pequeñas comunidades costeras, la comarca de Beesands en el Reino Unido sufre de forma recurrente de erosión costera e inundaciones. En múltiples ocasiones, resulta complejo realizar un balance técnico-económico tal que permita encontrar una solución a estos problemas, que sea efectiva y factible, desde todo punto de vista. Esta comunidad es cada vez más popular entre los turistas y corre el riesgo de perder instalaciones y las propiedades adyacentes a la línea costera debido a la continua erosión del mar. Si bien algunas partes de la villa están defendidas-protegidas por diques, la extensión norte quizá con menor presencia humana requiere una adaptación localizada hacia una solución sostenible y, en última instancia, 'sin intervención activa' como se identifica en el plan local de gestión de la costa.

Con el aumento de los riesgos y los costos asociados de gestión, se necesitaba un enfoque flexible para dar tiempo a la adaptación en el camino hacia una gestión sostenible a largo plazo. La implementación de este sistema flexible permite que el enfoque del trabajo entre las autoridades y la comunidad cambie hacia el compromiso y la gestión adaptativa sostenible. El conjunto instalado fue diseñado e instalado por la empresa local Landmarc (fig. 19).

Se realizó un monitoreo posterior al esquema topográfico utilizando para la obra, escaneos láser y estudios fotogramétricos con dron (UAV) brindan evidencia, análisis del rendimiento y el potencial para aplicaciones en múltiples emplazamientos. Un análisis detallado de la solución ha promovido la innovación en el diseño, que ha dado como resultado una versión móvil de TECCO® Cell que se puede utilizar en muchas otras aplicaciones. Cuando la tormenta Darcy llegó a la costa sudoeste del Reino Unido a principios de febrero de 2021, la solución de TECCO® Cell de acero inoxidable de alta resistencia, estaba a la mitad del programa de instalación, aun así el sistema soportó el impacto continuo de olas de alturas y potencias sin precedentes, protegiendo el terreno ubicado en el trasdós de los módulos, de la erosión recortada sufrida a lo largo del resto de esta sección de la costa.

Fig. 19. Solución costera en Beesands, Reino Unido...
Fig. 19. Solución costera en Beesands, Reino Unido. Los trabajos de instalación en obra fueron realizados por la empresa Landmarc Environmental Engineering [https://landmarc.co.uk/].

De forma adicional esta solución modular se puede prefabricar y trasladar los módulos al lugar de colocación de forma rápida y sencilla. La figura 20 describe el procedimiento de prefabricación de los módulos y su colocación en obra.

Fig. 20. Secuencia de fabricación e instalación de módulos prefabricados
Fig. 20. Secuencia de fabricación e instalación de módulos prefabricados.

Observaciones finales y aplicaciones potenciales

Setenta años de experiencia en la investigación e implementación de soluciones para la mitigación de riesgos naturales, han servido de base para el desarrollo de una nueva tecnología, que permite de una forma eficiente y sostenible el control de la erosión costera, con los módulos de TECCO® Cell se puede concluir que:

  • Se consigue la disipación de energía de las olas (control de impacto o potencia).
  • Se puede emplear una malla de alambre de alta resistencia e inoxidable de durabilidad probada.
  • La instalación modular se puede dimensionar a partir de un conjunto de datos disponibles y garantizar que su empleo sea eficiente en el tiempo.

Es preciso apuntar, que hay algunas aplicaciones adicionales que de forma potencial se pudiesen convertir en soluciones a partir del empleo de sistemas análogos en condiciones similares:

  • Control o eliminación de la socavación del pie, protección de estructuras nuevas o existentes contra la socavación causada por el movimiento del agua mediante la mitigación de la energía de las olas.
  • Control de la erosión de las riberas, el aumento del nivel del agua causado por fenómenos meteorológicos extremos daña gravemente las riberas de los ríos existentes y provoca daños a la propiedad por inundaciones, a los seres humanos y a los animales que viven cerca.
  • Creación de barreras de olas/rompeolas sumergidos en alta mar para reducir la velocidad del agua cuando llega a las playas.
  • Recubrimiento de sedimentos en los fondos marinos de los muelles, para reducir la agitación causada por el movimiento del agua, debida a las hélices del sistema de propulsión de los barcos.

Referencias:

  • Avila, J.P.J., Adamowski, J.C., (2011). Experimental evaluation of the hydro-dynamic coefficients of a ROV through Morison's equation. Ocean. Eng. 38, 2162-2170.
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