III.4.3 Integración del régimen anual (varias direcciones, diferentes alturas y frecuencias de oleaje).

Las olas son ondas que se desplazan por la superficie de mares, océanos, ríos, lagos, canales, etc.
Las olas del mar son ondas sísmicas (es decir, movimientos de un medio material) de las llamadas 'superficiales', que son aquellas que se propagan por la interfaz, entre dos medios materiales. En este caso se trata del límite entre la atmósfera y el océano. Cuando pasa una ola por aguas profundas (a una profundidad mayor a 1/20 de su longitud de onda), las moléculas de agua regresan casi al mismo sitio donde se encontraban. Se trata de un vaivén con una componente vertical, de arriba a abajo, y otra longitudinal, la dirección de propagación de la onda.

Hay que distinguir dos movimientos. El primero es la oscilación del medio movido por la onda, que en este caso, como hemos visto, es un movimiento circular. El segundo es la propagación de la onda, que se produce porque la energía se transmite con ella, trasladando el fenómeno con una dirección y velocidad, llamada en este caso velocidad de onda.

En realidad se produce un pequeño desplazamiento neto del agua en la dirección de propagación, dado que en cada oscilación una molécula o partícula no retorna exactamente al mismo punto, sino a otro ligeramente más adelantado. Es por esta razón por la que el viento no provoca solamente olas, sino también corrientes superficiales.

III.4.2 Fórmulas empíricas

Para determinar el transporte litoral en la zona de estudio, el procedimiento es el siguiente:

1.-Se requiere de la observación del sitio de estudio y del análisis de la evolución de la línea de playa en diferentes años; la ejecución de estas actividades se realizará de acuerdo con lo indicado en el Manual M•PRY•PUE•1•07•002, Reconocimiento de Zonas Costeras.

2.-Con base en los requisitos que se señalan en la Cláusula D. de este Manual, definir de acuerdo con lo establecido en la Cláusula B., el o los tipos de transporte que se presentan en el área bajo estudio, mismos que deberán ser cuantificados.

3.-Para cada tipo de transporte identificado se seleccionará la formulación que más se apegue, según el rango de verificación experimental, a las condiciones de la zona de estudio, es decir, se comprobará que los datos de la condición experimental en que se basa cada una de las expresiones, sean lo más parecidos a las condiciones reales del sitio de estudio detectadas de acuerdo con la Fracción  1. de este Manual, teniendo en cuenta que si el Ingeniero o contratista de Servicios a cuyo cargo esté la ejecución del estudio de transporte litoral considera que de acuerdo con las características particulares de la zona no aplicara ninguna de las formulaciones indicadas en este Manual, deberá seleccionar el procedimiento que a su juicio considere el más apropiado, previa autorización de la Secretaría, indicando en el informe la justificación de tal decisión.

•    Transporte perpendicular a la línea de costa

En la Tabla 1 de este Manual se enlistan las formulaciones más comunes para determinar el transporte transversal.

•    Transporte longitudinal

En la Tabla 2 de este Manual se enlistan las formulaciones más usuales para determinar el transporte longitudinal.

•    Transporte por combinación de oleaje y corriente

En la Tabla 3 se presentan algunas formulaciones para determinar el transporte en estas condiciones.

4.- Una vez seleccionada la formulación más adecuada para cada tipo de transporte y de acuerdo con el caso particular bajo estudio, se procederá a ejecutarla y se obtendrá así el valor de la tasa de transporte.

En el caso de que más de una formulación sea aplicable, se debe calcular la tasa con cada una y el resultado será la tasa más desfavorable para el proyecto. Si el proyecto intenta acumular o atrapar arena, lo deseable es un gasto de transporte alto, en ese caso el escenario desfavorable es un transporte pequeño.

III.4.1 Métodos de campo.

Las técnicas para medir el transporte litoral se pueden clasificar en cuatro categorías:

1) Realización sistemática de sondeos topográficos y batimétricos alrededor de un obstáculo,  prolongado perpendicularmente desde la costa (espigón de prueba), o mediante sondeos sistemáticos en una trampa de sedimentos (dragado de prueba).
2)   Mediante el uso de algún tipo de trampa de sedimentos.
3)    A través de la aplicación de la técnica de trazadores fluorescentes, o de trazadores radioactivos.
4)    Mediante el desarrollo de algún tipo de detector para el movimiento de sedimentos.

La primer técnica es un método efectivo, pero ordinariamente muy caro. El segundo y cuarto métodos están ahora en desarrollo. Por tanto, la aplicación del tercer método se considera el más conveniente y el más barato, particularmente hablando de los trazadores fluorescentes.

En la técnica de trazadores para la medición del transporte litoral, se tienen dos tipos; uno es el trazador radioactivo y el otro el trazador fluorescente. El radioactivo tiene muchas ventajas en comparación con el fluorescente, pero es restringido física y socialmente. El trazador fluorescente, aunque de menor eficiencia que el radioactivo en los trabajos de campo y en los análisis del laboratorio, pero puede emplearse sin algún daño en algún lugar específico.

Los trazadores radioactivos se fabrican mediante aplicación de neutrones en un reactor atómico sobre arena de vidrio, que tiene la misma densidad y distribución de tamaños de los granos de la arena natural, y contiene alguna cantidad de material radioactivo tal como cobalto (59Co). La radiactividad se controla por la cantidad y contenido del material radioactivo. El movimiento de los trazadores se detecta mediante contadores Geiger-Muller.

Por su parte los fluorescentes se hacen recubriendo la arena natural con pinturas fluorescentes, debido a que tienen menor densidad que la arena natural; la densidad de los trazadores es ligeramente menor al de la arena natural.

En este método después de la inyección de los trazadores fluorescentes, los materiales del fondo del mar se muestrean en muchos puntos alrededor del punto de inyección, y el número de granos del trazador fluorescente de la muestra se cuenta visualmente bajo la iluminación de luz ultravioleta. Es posible obtener la VIII concentración de los trazadores mediante la curva de correlación definida por la concentración de los trazadores, y el número de fluorescentes cuantificados obtenidos en principio.

III.3 Perfiles playeros de equilibrio.

Se define perfil de playa como la variación de la profundidad, h, con la distancia a la línea de costa, x, en la dirección normal a ésta: h = f(x). Todos los perfiles de playa presentan una forma cóncava hacia arriba. Esta regularidad ha permitido el desarrollo de diferentes expresiones matemáticas que describen el perfil y la introducción del concepto de perfiles de equilibrio.

El concepto de perfil de equilibrio ha sido definido por diferentes autores. La primera mención se debe a Fennema (1902): Existe un perfil de equilibrio, al cual el agua dará lugar en último término, si se le permite completar su trabajo. Más reciente, Larson (1991) describió el perfil de equilibrio como: Una playa con un tamaño de gramo determinado, expuesta a unas condiciones constantes de oleaje, desarrollará una forma del perfil que no presentará ningún cambio neto con el tiempo. Por lo tanto, cuando un perfil alcanza el equilibrio, existirá un balance de fuerzas en cada perfil, tal que el transporte neto sea nulo.

III.4 Cuantificación del transporte litoral.

Se han desarrollado y propuesto una gran cantidad de métodos para cuantificar el transporte de sedimentos. Cada uno de ellos sirve para obtener alguno de los componentes de la carga de sedimentos.

El transporte se sedimentos por unidad de ancho de canal, o sea el transporte unitario de

Sedimentos, se expresa en peso y se designa con la letra gx o en volumen y se designa con la letra Sx. El volumen obtenido con las ecuaciones de transporte es el ocupado por las partículas sólidas sin dejar huecos entre ellas, por lo tanto la relación entre gx y Sx es:

   Gx=Λssx

gx = transporte unitario de sedimentos expresado en peso (kg/s – m)

sx = transporte unitario de sedimentos expresado en volumen [m3/s-m]

TEMA III SISTEMAS PLAYEROS
OBJETIVO: Interpretar la morfología costera y equilibrio playero. Cuantificar el transporte litoral.

III.1 DEFINICIONES Y CLASIFICACIÓN DE COSTAS

COSTA: La costa es la separación entre la tierra y el mar, con influencia mixta. Los factores que controlan el desarrollo de las costas, son los aportes, el clima, la hidrodinámica, la tectónica y el eustatismo. El factor principal, es el rango mareal, dando así costas micro, meso y macro mareales. En las micro mareales, la carga de fondo, se dispone de forma paralela a la línea de costa, y el numero de bocanas es escaso, mientras que en las meso macromareales, el numero de bacanas es mayor, y los sedimentos se disponen perpendicularmente a la línea de costa; en las macro mareales, se dan sobre todo llanuras mareales y estuarios.

CLASIFICACION

-Según el tipo de erosión.
-Según los movimientos epirogénicos.
-Según el sustrato dominante.
-Según el grado de exposición al viento y a las olas.


III.2 ORIGEN Y MOVIMIENTO DEL MATERIAL PLAYERO

Las playas son quizás uno de los ecosistemas con menor diversidad biológica, debido a su homogeneidad física, su baja bioproductividad y elevada turbulencia. No obstante, las etapas juveniles de muchas especies de peces transitan por este biotopo, especialmente en aquellas donde existe vegetación marina, o se encuentran ubicadas en aguas interiores, donde es mayor el aporte de nutrientes y menor la turbulencia. Sirven además de sitio de nidificación de diversas especies de aves marinas y de las tortugas marinas, especies de gran interés para la conservación. En algunos casos también pueden ser importantes zonas de cría de peces comerciales.

En las playas, las principales afectaciones ambientales han sido provocadas por el inadecuado uso de la zona costera: invasión del litoral por el urbanismo, la deforestación y la construcción de viales sobre la misma línea de costa, la siembra de especies no compatibles con este frágil ecosistema, como es el caso de las casuarinas, y otras.

El control de estos procesos, se logra por dos vías: la eliminación de los agentes erosivos y la alimentación artificial de arena. Un ejemplo concreto es el de la playa de Varadero, cuyo programa de recuperación incluye: regulaciones para la ubicación de las nuevas instalaciones turísticas, eliminación de las construcciones existentes sobre la duna y suministro de arena.

El origen de las playas es variado según sea la fuente que aporta la arena, algunas son biogénicas, otras se forman por la acumulación sedimentos oolíticos - biogénicos y también pueden formarse por la acumulación de arenas fluviales o por la abrasión costera. Estas acumulaciones son frágiles y aunque en muchos casos su erosión acelerada se debe al mal manejo, también se produce erosión por causas naturales.

EROSION EN LAS PLAYAS

II.2.5 Medición de campo.

El instrumento con el que se mide la marea se denomina ‘mareógrafo’ y los hay de muy diversos tipos. Desde una simple regla graduada, fija y sumergida en el agua, atendida por un observador que ve el nivel del agua en la graduación de la regla y manualmente anota su observación en un cuaderno de registro, hasta un dispositivo electroacústico encapsulado y conectado a una computadora, con comunicación hacia algún satélite y totalmente automatizado.

En la figura anterior se puede apreciar un mareógrafo tradicional, así como un mareógrafo moderno con transmisión de información por satélite.

Los parámetros indispensables en la medición de la marea son:

•  La altura del nivel del mar y su continua evolución temporal con respecto a un nivel de referencia fijo, una vez que se ha eliminado el efecto del oleaje local.
•  El tiempo (momento) en que se realiza cada medición de la altura del nivel del mar, referido al sistema internacional de medición del tiempo.
•  Las coordenadas geográficas tridimensionales precisas, latitud, longitud y altura con respecto a un ‘nivel de referencia fijo’ con relación al cual se mide localmente el nivel del mar.
•  Las coordenadas geográficas tridimensionales precisas, latitud, longitud y altura con respecto a un ‘nivel de referencia fijo’ con relación al cual se mide localmente el nivel del mar.

El propósito es medir, en un lugar dado, el nivel del mar con respecto a un nivel de referencia en tierra firme, una vez eliminado el efecto del oleaje local. Tradicionalmente, esto se logra midiendo el nivel del mar en un entorno que no esté perturbado por las olas, como puede ser un muelle en el interior de un puerto. Pero las olas provocadas por el tráfico de las embarcaciones también pueden contaminar las mediciones. Por tal razón es usual que se use un tubo vertical fijo, suficientemente largo y bien sumergido en el agua para que las olas ni lo rebasen ni hagan vacío en él (figura). Se tapa el extremo sumergido del tubo para impedir el libre flujo del agua, pero se perforan orificios laterales con el diámetro necesario para que fluya (entre y salga) agua del tubo de manera tan lenta que filtre las oscilaciones del oleaje exterior, pero siempre en cantidad suficiente para que el agua en el interior del tubo represente realmente el nivel promedio del agua exterior. Una vez logrado este propósito, existen varios dispositivos para medir la distancia vertical que recorre el nivel del agua dentro del tubo. Uno muy común es un flotador conectado a una polea y a un mecanismo simple que registra de manera continua, en un rollo de papel, el lento sube y baja del nivel de agua dentro del tubo. Este dispositivo debe estar conectado también a un reloj que marque, con la mayor precisión posible, el momento en que se registra cada medición. De esta manera se obtienen los gráficos de la evolución de la marea en cada lugar donde ésta se mide. El uso de la tecnología moderna ha permitido el diseño y fabricación de instrumentos más convenientes para medir la marea.

 En la figuras anteriores se pueden apreciar algunas fotos de mareógrafos,así como algunas de las características de su instalación.

II.2.3 Correlación de niveles significativos a cuerpos costeros próximos a la estación oceanográfica.

Las lagunas costeras son depresiones en la zona costera que tienen una conexión permanente o efímera con el mar, pero del cual están protegidas por algún tipo de barrera. Su conformación estructural resulta de la interrelación de varios ecosistemas como el manglar, el río, el mar, los manantiales y la vegetación acuática sumergida, entre otros. Reciben y acumulan en abundancia materia orgánica y nutrientes que provienen de diversas fuentes y son transportados por el mar, los ríos y las aguas subterráneas. Por esta razón, entre las condiciones fundamentales para conservar la biodiversidad de estos ecosistemas está el mantenimiento de la conexión natural de sus fuentes de agua dulce y marina, la cual les confiere una alta variabilidad ambiental que a su vez se traduce en una alta productividad biológica, variedad de escenarios ambientales y alta biodiversidad.

    Gracias a su alta variabilidad ambiental y productividad, entre las funciones de las lagunas costeras destacan, tanto la de servir como sitios de crianza de muchas especies (peces, crustáceos, moluscos) que ahí encuentran refugio y alimento, como la de exportar los excedentes de producción de materia orgánica que fertilizan el mar adyacente, contribuyendo así a la productividad y biodiversidad regional.
   
Las ventajas naturales de las lagunas costeras y los múltiples servicios ambientales que ofrecen han provocado que sean intensamente aprovechadas por el hombre.

II.2.4 Clasificación de corrientes. Corrientes producidas por mareas.

Una corriente es el desplazamiento de una masa de algún fluido, ya sea líquido o gaseoso, en el caso de las corrientes marinas el fluido es el agua.

Las corrientes marinas son masas de agua con desplazamientos propios dentro de los océanos con profundidades diversas y con determinadas direcciones. Pueden ser consideradas como "ríos dentro del océano".  Su existencia hasta ahora se atribuye a diferencias de temperatura y de salinidad entre masas de agua, a la rotación terrestre, a los vientos, etc.

Para muchos trabajos realizados en el mar, las corrientes marinas son un factor importante que se debe tener en cuenta en la caracterización de un área marina determinada.

• Corriente de arrastre: Ocurren en la superficie de la masa de agua, son por la acción directa del viento.  Son de mayor intensidad cuando el viento es constante sobre una masa de agua que es extensa, por ejemplo, los vientos alisios que soplan en el Atlántico y Pacífico creando corrientes de grandes masas de agua en dirección Oeste.

• Corriente de densidad: Se produce una variación de densidad entre las masas de agua situadas en distintas profundidades debido a diferencias de temperatura y salinidad entre ellas. La tendencia natural es a compensar esta diferencia de densidad, por lo que una de las masas se desplaza hacia la otra a una velocidad proporcional a la diferencia de densidad. Estas corrientes generalmente son suaves.  Las aguas más frías o con mayor salinidad son más densas y tienden a hundirse, mientras que las aguas más cálidas o menos salinas tienden a ascender. De esta forma se generan corrientes verticales unidas por desplazamientos horizontales para reemplazar el agua movida. Por ejemplo, el agua de la superficie puede sufrir un aumento de salinidad por evaporación y a partir de esto originarse una corriente en el sitio.

• Corrientes de mareas: Ocurren exclusivamente por la variación del nivel del mar debido a la atracción entre la luna y el Sol, y su dirección cambia a la vez que cambian las mareas. La velocidad de estas corrientes depende de la configuración de la costa, aunque suele ser muy intensa. Pueden llegar a ser un peligro para los buceadores y los barcos. Generalmente en altamar carecen de importancia.

•  Corrientes Oceánicas: Las corrientes oceánicas son desplazamientos de masas de agua debido a la acción del viento y las diferencias de temperatura y salinidad. Hay corrientes superficiales y corrientes profundas, así como las hay frías o cálidas según se originen en la zona del ecuador o en las cercanías de los polos. Las corrientes marinas transportan aguas frías a las regiones cálidas y vice versa, lo cual contribuye a un equilibrio de temperaturas oceánicas en el globo terrestre. En el mundo existe un sistema planetario de corrientes. Ellas están influenciadas por el efecto de Coriolis, según el cual, las del hemisferio norte se mueven en el sentido de los punteros del reloj y las del hemisferio sur, en sentido contrario. Las costas de Chile están recorridas fundamentalmente por la corriente fría de Humboldt y otras de menor envergadura. Un fenómeno característico que ocurre en las zonas más próximas a las costas chilenas son las surgencias, donde aguas profundas más frías emergen hacia la superficie del mar. Varias son sus causas, siendo las más relevantes, el relieve costero y el viento. En áreas de surgencias, la pesca es más productiva porque las aguas frías tienen más oxígeno y éste a su vez, permite mayor presencia de microorganismos que sirven de alimento a los peces.

• Corrientes que acompañan al oleaje y la marejada: Son las responsables de las grandes modificaciones del litoral en el curso de las tempestades, bajo el efecto de corrientes que pueden alcanzar velocidades de 0,50 m/s.