FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

U n i v e r s i d a d N a c i o n a l d e P i u r a

INGENIERA DE COSTAS

Ing. M.Sc. W a l t e r L a M a d r i d O c h o a

wwlamadrid@yahoo.es

Transporte de Sedimentos

INTRODUCCIN Y CONCEPTOS GENERALES

Qu es dinmica litoral? Interaccin tierra mar

Variables a considerar: Medio: Franja costera

Agentes climticos: Oleaje, corrientes, viento y cambios del nivel del mar

Consecuencias de la dinmica litoral Tte de sedimentos

Evolucin de la costa Formas morfolgicas

CUANTIFICACIN DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

BALANCE SEDIMENTARIO

Entrada de sedimento (fuente) = Salida de

sedimento (sumidero) + erosin

Tte. Sedimentos

Tte eolico

Aporte de sedimentos (fluvial, acantilado, biogenicos e hidrognicos)

Alimentacin artificial

Sumideros (caones y costeros)

Disolucin y abrasin

Cuando el oleaje incide oblicuamente

sobre la costa, genera dos tipos de

corrientes: una longitudinal paralela a la

lnea de costa, y otra transversal

perpendicular a la lnea de costa,

Figura a. Al igual que forma corriente, el

oleaje provoca el movimiento del

sedimento que forma la costa en las

mismas dos direcciones: paralela y

perpendicular a la lnea de costa. El

movimiento del sedimento paralelo a la

lnea de costa se le denomina

transporte slido litoral longitudinal (Ql),

o simplemente transporte longitudinal.

El movimiento del sedimento

perpendicular a la lnea de costa se le

conoce con el nombre de transporte

slido litoral transversal (Qt), o

simplemente transporte transversal,

Figura b.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

TIPOS Y DESCOMPOSICIN DEL TTE.

SLIDO LITORAL

FORMAS DE TRANSPORTAR EL OLEAJE

El oleaje puede transportar el material sedimentario dedos formas diferentes:

Arrastrndolo sobre el fondo: TRANSPORTE EN ARRASTRE

Suspendido en el agua: TRANSPORTE EN SUSPENSIN

Horikawa (1988) distingue una tercera forma de transporte que denomina SHEET FLOW O TRANSPORTE LAMINAR, que es una forma de transportar intermedia entre el transporte en suspensin y en arrastre

TIPOS DE TTE. LONGITUDINAL A LO LARGO DEL

PERFIL

MTODOS DE OBTENCIN DEL

TRANSPORTE LONGITUDINAL

1. Campaas de tomas de datos

2. Evidencias morfolgicas de la costa

3. Clculo terico

4. Evolucin de la lnea de costa

CAMPAAS DE TOMAS DE DATOS

Objetivo:

Clculo del transporte slido litoral: longitudinal y transversal

Calibrado de los mtodos tericos de clculo

Trampas de arena mediante cajones, zanjas, etc.o Poco usadas (caras)o Se usa la tcnica en modelos reducidos de fondo mvil

Clculo de las acumulaciones de material junto a un espign o dique depuerto

o Se determina el transporte neto realo Se obtienen datos medios de un largo periodo

Comparacin de campaas batimtricas, etc.

Trazadores

o Tiznados con pintura fluorescente (rodamina):1. Toma de muestra de sedimento2. Pintado de la muestra de sedimento3. Puesta en el mar4. Toma de muestras5. Clculo de la muestra6. Interpretacin

CAMPAAS DE TOMAS DE DATOSTcnicas y mtodos empleados

EVIDENCIAS MORFOLGICAS DEL

TRANSPORTE SLIDO LITORAL

Formas de la costa Transporte de sedimentos

Tte transversal Tte longitudinal

Tte bruto Tte neto

EVIDENCIAS MORFOLGICAS DEL

TRANSPORTE SLIDO LITORAL

Barreras transversales a la costa: espigones, diques, etc.

I. Volumen de material acumulado (transporte longitudinal medio)

II. Inclinacin que se produce de la costa (componente media del

oleaje que incide en la costa)

Barrera longitudinal a la costa: dique exento, arrecife, etc.

Generan tmbolos o hemitmbolos (Si la barreta fuese total, da

informacin del transporte bruto sera la cantidad de material acumulado

en el tmbolo o hemitmbolo por unidad de tiempo

EVIDENCIAS

MORFOLGICAS DEL

TRANSPORTE SLIDO

LITORAL (2)

Barrera transversal

Barreras longitudinales

EVIDENCIAS

MORFOLGICAS

DEL Tte.

LONGITUDINAL

(diques exentos)

TIPOS Y MTODOS DE CLCULO TERICO

DEL TTE. LONGITUDINAL

Siguiendo la clasificacin que hace Horikawa (1988) las frmulas tericas

se pueden dividir segn las siguientes propiedades:

Direccin del movimiento de sedimentos:

a. Transporte longitudinal

b. Transporte transversal

c. Transporte de sedimentos bajo la coexistencia de oleaje y corriente

Elemento director que induce el movimiento del sedimento:

a. Velocidad en las proximidades del fondo

b. Esfuerzo tangencial en el fondo

c. Energa de la ola o altura de la ola

FRMULA DEL CERC (Coastal Engineering

Research Center) (1)

componente longitudinal (paralela

a la costa) de energa del oleaje

Eb : Energa de la ola evaluada en la rompiente

Cgb : Celeridad de grupo en la rompiente

(ECg)b : Flujo de energa de oleaje evaluado en la rompiente

La tasa de Transporte Litoral potencial depende de la cantidad de

material litoral disponible, comnmente correlacionado con la llamada

componente longitudinal (paralela a la costa) de energa del oleaje.

DEDUCCIN DE LA FRMULA DEL CERC (2)

El valor del peso de sedimento sumergido transportado longitudinalmente, Il, esproporcional al flujo de energa paralelo a la costa, o longitudinal:

Il = K Pl

La cantidad de material transportado a lo largo de la costa, Ql, y la relacinexistente entre con el peso de material sumergido transportado viene dado por:

K : Coeficiente de proporcionalidad emprico adimensional

El Transporte Litoral se expresa como la tasa del volumen trasportado Ql

el cual tiene unidades de metros cbicos por da (m3/d)

s : Densidad del grano : Densidad del agua g : Aceleracin de gravedad

p : porosidad del sedimento (n 0,4)

DEDUCCIN DE LA FRMULA DEL CERC (3) : ndice de rompiente Hb/db

b : ngulo entre la ola rompiente y la lnea de costa

Los trminos Hb y db son funcin de Lo, Ho y la pendiente del fondo.

El coeficiente K est definido en base a la media cuadrtica (rms) de la altura de ola

rompiente. El Shore Protection Manual muestra un coeficiente adimensional K = 0,39

basado en la altura significativa de ola. El valor SPM correspondiente es KSPMrms=0,92.

COEFICIENTE DE LA FRMULA DEL CERC

Komar e Inman (1970):

K K&I, rms = 0'77

Shore Protection Manual (1984):

K SPM, rms = 0'92

Que se convierte al utilizar alturas de ola significante:

COEFICIENTE DE LA FRMULA DEL CERC (2)

(Dean)

FRMULA DEL CERC EN ROTURA

(m3/ao)

FRMULA DEL CERC PARA PROFUNDIDADES

INTERMEDIAS Y ALTAMAR

4) Relacin de altura de ola:Hb = Ks. Kr. H0Ks = 107

1)Constancia del flujo de energa

2) Ley de Snell

3) Relacin de celeridades de grupo y ola:

Altamar: Cgo = 1/2 Co

Rotura: Cgb = Cb

FRMULA DEL CERC PARA PROFUNDIDADES

INTERMEDIAS Y ALTAMAR (2)

Profundidades intermedias

Altamar (valores medios de arena)

Transporte slido litoral

CLCULO TERICO DEL TRANSPORTE

EN SUSPENSIN Y EN ARRASTRE

El coeficiente K de la frmula del CERC se puede poner como (Bailard, 1984):

B = 0'13 0'009

s = 0'032 0'004

APARICIN DE FORMAS DE EROSIN

CARACTERISTICAS DEL TRANSPORTE

1) Los glaciares son

agentes de alta

energa porque

pueden transportar

clastos de gran

tamao (bloques

errticos)

2) Los glaciares no seleccionan los clastos

que transportan. Los ros y el viento, s.

3) Los ros maduran los sedimentos

que depositan (cantos rodados)

FORMAS DE TRANSPORTE

VIENTO

ROS

MODELADO LITORAL

ACANTILADO EN

RETROCESO

PROCESOS EROSIVOS:

1) RETROCESO DEL ACANTILADO

PLATAFORMA DE ABRASIN

2) TRITURACIN Y LAVADO DE LOS MATERIALES

COSTAS 2015 ITRABAJO ENCARGADO

Casos prcticos

1. Programacin de una obra martima2. Avances, por tierra y mar, rendimientos y limitaciones

3. Procedimientos de construccin de muelles u obras de atraque4. Procedimientos de construccin de diques5. Elementos generales de diseo de obras martimas. Diseo enplanta

6. Elementos generales de diseo de obras martimas. Diseoestructural de diques y muelles

7. Maquinaria y equipos especficos en obras martimas8.Aproximacin a los costos de las principales unidades de una obramartima9. Memoria Ambiental de una obra martima

10. Procesos costa peruana. Estudio de caso.

Trabajo Escalonado

(Productos de Impacto)

Documento

-Resumen

-Aplicacin

Presentacin

- Exposicin visualizada

de IMPACTO

A B

Transporte de sedimentos en la costa

Factores determinantes de la erosin

Distribucin transversal de la zona

costera

CONDICIONANTES SEGN LA DINMICA Y AGENTES MOVILIZADORES DE SEDIMENTOS

La playa es un elemento dinmico y en permanentemovimiento, debido a la accin de los agentes climticosmartimos atmosfricos sobre el sedimento que laconstituye. Antes de tomar cualquier decisin sobre laplaya, es imprescindible conocer cmo esta evoluciona ylos agentes que la hacen evolucionar. As se debe tenerun conocimiento de:

1. Clima de la playa: oleaje, corrientes y viento

2. Caractersticas sedimentarias: fsicas, medioambientales, fuentes y sumideros

3. Particularidades estacionales e hiperanuales de la playa

4. Transporte litoral de sedimentos: longitudinal, transversal y elico

CONDICIONANTES SEGN LA DINMICA Y AGENTES

MOVILIZADORES DE SEDIMENTOS

A muy grandes rasgos, el funcionamiento dinmico de las playasdescansa en dos factores esenciales:

En la existencia de una fuente estable que aporte los sedimentos quelas forman.

En la libertad para que los sedimentos (arena o grava) se puedanmover a lo largo de la costa, y tambin en sentido transversal a laorilla, dentro del perfil completo de la playa.

Pues bien, la mayor parte de los problemas de erosin desaparicinde playas en nuestro pas se deben a la alteracin producida en unoo en los dos factores sealados, es decir, por el dficit de aportacinsedimentaria natural, o por los impedimentos a su libre evolucin.

CAUSAS QUE EXPLICAN EL DFICIT DE APORTACIN DE SEDIMENTOS

La aportacin natural de sedimentos a la costa se ha vistosustancialmente reducida en las ltimas dcadas por diversascausas, unas ms estructurales, con unas posibilidades deresolucin ms complejas y a ms largo plazo, y otras mas locales,que pueden ser controladas con eficacia a corto plazo mediante unagestin adecuada.

La disminucin de la aportacin sedimentaria natural, sin serexhaustivos, se debe a hechos como los siguientes:

Las obras de regulacin en los cauces, que retienen sedimentosque deban llegar a la costa y reducen la capacidad de erosin yarrastre de los ros.

La ocupacin fsica de las playas y cordones litorales poredificaciones, infraestructuras y otros elementos urbanos, queproduce tambin la inmovilizacin de importantes masas desedimentos que deban estar disponibles para la alimentacin de ladinmica natural de las playas.

La ocupacin fsica de la superficie de los cauces porurbanizaciones, o su encauzamiento, que hace disminuir la cuencade erosin que es susceptible de aportar sedimentos a la costa.

CAUSAS QUE EXPLICAN EL DFICIT DE APORTACIN

DE SEDIMENTOS

La inmovilizacin de sedimentos en las desembocaduras cuandose producen riadas, como ha ocurrido a veces en los pequeosdeltas de los cauces de rgimen irregular, que son ocupados porinvernaderos, edificaciones u otras instalaciones, impidiendo queestos materiales circulen por la costa y alimenten lentamente lasplayas de su entorno.

Las masivas extracciones de ridos en los cauces, en las playas yen los cordones litorales, para su utilizacin en la construccin ylos cultivos, que hasta hace poco tiempo fueron muy importantespor su volumen, lo que tambin impide que estn disponibles paraalimentar las playas, y que han determinado la esquilmacin o lasimple desaparicin de playas en toda la costa.

Las actuaciones de reforestacin, que muchas veces tienen porobjeto principal evitar los daos que puede producir la escorrenta,pero que producen, como efecto inducido, una disminucin deaportes slidos a la costa.

CAUSAS QUE EXPLICAN EL IMPEDIMENTO AL LIBRE MOVIMIENTO DE SEDIMENTOS

Por otra parte, los factores que limitan o modifican el libre movimientode los ridos de la costa que integran las playas, tienen quizs uncarcter menos estructural y ms local, y por esa razn con unagestin adecuada es posible controlar con eficacia, y en plazosrazonables, sus efectos negativos sobre las playas, al menos en lostramos de costa mas apetecidos por la poblacin para su uso para elocio o como atractivo turstico.

Entre las causas que producen alguna perturbacin en la capacidadpara que los sedimentos se muevan libremente a lo largo de la costa,y en el perfil de las playas, sin ser exhaustivos, hay que sealar lassiguientes:

La ocupacin fsica de las playas y cordones litorales poredificaciones, infraestructuras y otros elementos urbanos, queaumenta el carcter reflejante de la playa, lo que hace ms difcil ylenta la recuperacin natural de su perfil.

La retencin de sedimentos por las estructuras martimas, como sonlos diques, espigones y los puertos, que producen acumulaciones aun lado (frecuentemente ocupadas e inmovilizadas enseguida poredificaciones, plantaciones y otras infraestructuras), y erosiones en elotro.

BALANCEAR O NO BALANCEAR...

Estado de Equilibrio:

Entrada = Salida

Prdida Neta:

Entrada < Salida

Ganancia Neta:

Entrada > Salida

ENTRADAS Y SALIDAS

Comportamiento de la costa asociado con el transporte

litoral

Movimiento de partculas y transporte por oleaje : En zonasmarinas de nearshore el proceso fundamental es la llegada de las olas, cuyaenergia se disipa al tocar fondo, el movimiento circular se deforma y las rbitas se

hacen elipsoidales, aplanndose hasta formar un movimiento de vaivn sobre elfondo.

Las formas, ms caractersticas, debidas a la accin del oleaje sobre el fondo son

los ripples de oscilacin, que se forman cuando los remolinos, originados por elmovimiento orbital, sacan el sedimento en suspensin; las partculas se mueven

alternativamente hacia tierra (avance de ola) y hacia el mar (retroceso). Los ripples

de oscilacin son simtricos cuando las velocidades orbitales, de avance y de

retroceso, son iguales (o con diferencias de < 1 cm/s.); en el caso de que sean

distintas (diferencia mayor de 5 cm/s.) o que se sobreimponga una corriente

unidireccional al movimiento orbital, sern asimtricos.

Los ripples de oscilacin se destruyen con incremento de la velocidad orbital sobre

el fondo y aparece una capa plana (sheet-flow), anloga a la capa plan de altorgimen en flujos unidireccionales.

Las crestas de los ripples de oscilacin, vistas en planta, son rectas o sinuosasy tienden a bifurcarse.

La longitud de onda suele ser de 10 cm. a 2 m. y su altura de 3 a 25 cm. La

laminacin cruzada aparece inclinada, mayoritariamente hacia tierra

Carga de sedimentos y formas de transporte :

Si una partcula que acaba de ser atrapada por una corriente, es capaz de

mantenerse en su seno, grandes distancias de transporte durante mucho tiempo,

se define como transportada por suspensin.

Si la partcula atrapada slo se levanta del orden de 1 a 103 veces su dimetro

para volver a ser depositada en distancias y tiempos cortos, el transporte es por

saltacin.

Si la partcula tiene dificultades para levantarse y slo se separa del fondo un valor

menor que su dimetro, tendramos el mecanismo de traccin (reptacin o

rodadura).

Modalidades de transporte de partculas: suspensin (A),

saltacin (B) y traccin (C).

Gracias por su atencin.Ing. MSc. Walter La Madri d Ochoa

wwlamadrid@yahoo.es