Boletín de SOMETCUBA |
Volumen 4 Número 1 |
Enero 1998 |
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Por:
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Instituto de Oceanología
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La Marina Hemingway, situada en la costa N de Ciudad de la Habana (Fig. 1), fue construida entre los años 1956-1957, en unos 600 000 m2 ganados al mar mediante la profundización de 4 canales de navegación y el relleno de 5 intercanales limitados por muros de contención, concebidos para el desarrollo de la actividad hotelera e instalaciones de servicios a embarcaciones deportivas y de recreo.
Figura 1. Esquema de
ubicación.El desarrollo turístico de la Marina se ha concentrado en los canales interiores, careciendo de instalaciones el intercanal "A' o costero a pesar de ser el de mayores dimensiones, con más de 1 300 m de longitud y unos 140 m de ancho medio, (Foto 1, fig. 2).
Foto 1. Vista panorámica del intercanal costero.
Figura 2. Esquema en planta
del estado actual del Intercanal "A".Durante la ocurrencia de los temporales más fuertes, el intercanal costero sufre el efecto del oleaje a través del fenómeno de rebase de la masa de agua sobre el muro de contención existente a todo lo largo de la costa de la Marina, produciéndose penetraciones del mar e inundaciones que ocupan prácticamente toda el área del intercanal mediante un flujo laminar.
Estas penetraciones estacionales del mar son la causa principal del bajo desarrollo inversionista en el intercanal "A' las que contribuyen cada vez más, a la degradación de las ya precarias condiciones estéticas y paisajísticas del lugar (Foto 2).
La solución para el borde costero de la Marina Hemingway debe satisfacer aspectos esenciales tales como proteger la costa de las penetraciones del mar, facilitar el uso constructivo en áreas interiores y mejorar las condiciones estéticas, paisajísticas y de uso recreativo de la costa. Se propone, como una alternativa de solución técnica y ejecutivamente factible, la conformación de un sistema de dunas distribuidas a todo lo largo del litoral.
La conformación de dunas cubiertas de vegetación típica de costas y adecuadamente dispuestas en un entono artificialmente rígido de una costa degradada y árida, como es el caso de la Marina Hemingway, contribuirán a naturalizar el borde litoral con paisajes propios de zonas costeras, atrayentes para el desarrollo de la actividad recreativa y turística, además de constituir elementos de protección frente a las penetraciones del mar.
Foto 2. Imagen representativa de la degradación del muro y la costa.
(retorne a la tabla de contenidos)
Las características morfológicas de la costa, así como el esquema de la situación actual, se lograron mediante el establecimiento de una red topográfica de 16 puntos distribuidos a lo largo del litoral que sirvieron de apoyo para la realización de los perfiles costeros y el levantamiento de los elementos cartográficos de interés.
Los datos de oleaje en aguas profundas y las características del viento fueron seleccionados del análisis hidrometeorológico y estadístico de las penetraciones del mar en el malecón habanero (Pérez Osorio y col. 1994), basado en los resúmenes de temporadas invernales y ciclónicas que han afectado al litoral N de Ciudad de la Habana desde septiembre de 1970 hasta mayo de 1994 con datos reales de dirección y velocidad del viento también durante 24 años. Además se utilizaron los datos de oleaje para Cuba correspondientes a la cuadricula 32 del PC Global Wave Statistics (1988).
Los cálculos de la propagación del oleaje desde la zona de generación de los temporales hasta profundidades reducidas, se realizaron utilizando el modelo parabólico de refracción - difracción REFDIF10 desarrollado en el CEDEX - CEPYC. (J.M.Grassa, 1993).
Para el cálculo del rebase de la masa de agua sobre el muro de contención existente, se utilizaron las
expresiones propuestas en el Shore Protection Manual (1984).
La definición de las características morfológicas de la duna se logró tomando como base formas típicas de dunas naturales en playas cubanas.(retorne a la tabla de contenidos)
Definición de la altura de la duna.
En la tabla I se observa que los eventos meteorológicos que provocaron penetraciones del mar de moderada y gran intensidad en el litoral N de Ciudad de la Habana durante los últimos 20 años, se han producido bajo el efecto de los vientos del 4to cuadrante, predominantemente de dirección NW con una velocidad máxima absoluta anual, esperada una vez cada 10 años, de 23 m/s y oleaje significativo entre 4 y 5.8 m de altura.
Tabla 1. Parámetros del oleaje y el viento de los fenómenos meteorológicos asociados a las penetraciones del mar (Pérez Osorio y Col. 1994).
Fenómenos meteorológicos |
Fecha |
Dirección del viento |
Vel. máx. (m/s) | Ho (m) |
| Huracán Juan | 29 de octubre de 1985 |
NW |
23 |
5.8 |
| Baja extratropical | 18 de marzo de 1983 |
W |
23 |
5.6 |
| Frente frío fuerte | 19 de enero de 1977 |
NW |
23 |
5.5 |
| Huracán Eloise | 23 de septiembre de 1975 |
WNW |
30 |
5.4 |
| Baja extratropical | 13 de marzo de 1993 |
NW |
15 |
5.3 |
| Baja extratropical | 6 de febrero de 1992 |
NW |
15 |
5.3 |
| Huracán Floid | 12 de octubre de 1987 |
NW |
23 |
5.2 |
| Baja extratropical | 5 de enero de 1987 |
NW |
15 |
5.1 |
| Huracán Kate | 19 de noviembre de 1985 |
NNE |
20 |
5.0 |
| Baja extratropical | 3 de marzo de 1994 |
NW |
15 |
4.6 |
| Baja extratropical | 12 de abril de 1988 |
NW |
15 |
4.5 |
| Frente frío moderado | 28 de febrero de 1984 |
NW |
15 |
4.3 |
| Frente frío fuerte | 2 de marzo de 1980 |
NW |
15 |
4.2 |
| Frente frío moderado | 15 de febrero de 1991 |
NW |
15 |
4.0 |
Estas características de la ola en aguas profundas se corresponden con los datos de oleaje para Cuba, cuadricula 32 del PC Global Wave Statistics (I988), donde para la dirección NW, Ho= 6 m y T= I I s, la probabilidad de no excedencia es del 99.9 %.
A pesar de que la elección del periodo (T) de la ola resulta imprecisa cuando no se cuenta con mediciones directas se ha tomado T= 11 s por ser el valor que convencionalmente se utiliza para caracterizar un temporal severo.
La introducción de los datos de oleaje en el modelo matemático REFDIFIO (J.M.Grassa, 1993) permitió reproducir los efectos de la difracción y la refracción del oleaje en el proceso de propagación hacia la costa. Las figuras 3 y 4 representan la distribución de los frentes de ola y las líneas de isoagitación, respectivamente, para temporales de dirección NW y período T= I I s.
Los resultados del modelo permiten valorar la influencia de los frentes de ola sobre la costa, observándose una diferenciación en su forma de arribo. En la costa E del intercanal, entre los puntos I 7 (Fig. 3), el oleaje incide de forma oblicua con respecto a la línea de costa, con alturas de ola entre 0.30 - 0.80 m (Fig. 4), sin embargo en la mitad W, entre los puntos 8 -16, el frente de ondas llega de forma perpendicular con alturas de 1.00 - 1.90 m.
La forma en que incide el oleaje sobre la costa, así como la altura correspondiente en cada punto, permite afirmar que el sector costero donde se produce mayor concentración de energía es el que se define entre los puntos 8 y 16, en la costa Occidental del litoral N de la marina.
Las líneas de isoagitación (Fig. 4) permitieron obtener las alturas de la ola junto al muro de contención a lo largo de la costa, resumiéndose en la Tabla 2 el valor de este parámetro frente a cada uno de los puntos topográficos, empleados en el cálculo del rebase del oleaje.
Figura 4. Líneas de isoagitación del oleaje.
Dirección NW, Altura de ola: 6 m, Período:11 s, Velocidad del Viento: 23 m/s
Puntos |
Altura del muro (m) |
Profundid. junto al muro (m) |
Altura de ola junto al muro (m) |
Pendiente submarina (Cot) |
Caudal de agua (m3/s/m) |
Longitud asociada al perfil (m) |
Volumen de agua (m3/s) |
P-1 |
2.90 |
1.68 |
1.00 |
20.25 |
0.089 |
260 |
25.74 |
P-2 |
3.00 |
1.85 |
1.00 |
20.00 |
0.094 |
67 |
6.30 |
P-3 |
2.85 |
1.73 |
1.20 |
19.25 |
0.221 |
69 |
15.25 |
P-4 |
2.75 |
1.73 |
1.30 |
18.25 |
0.310 |
78 |
24.18 |
P-5 |
2.90 |
1.24 |
0.80 |
17.25 |
0.027 |
83 |
2.24 |
P-6 |
3.00 |
1.74 |
1.00 |
16.50 |
0.087 |
79 |
6.87 |
P-7 |
2.90 |
1.57 |
0.80 |
15.75 |
0.023 |
80 |
1.84 |
P-8 |
2.20 |
1.45 |
1.20 |
15.75 |
0.337 |
83 |
27.97 |
P-9 |
2.60 |
1.76 |
1.50 |
15.50 |
0.506 |
82 |
41.49 |
P-10 |
3.00 |
2.14 |
1.90 |
16.25 |
0.782 |
80 |
62.56 |
P-11 |
2.20 |
2.01 |
1.75 |
17.00 |
0.979 |
70 |
68.53 |
P-12 |
2.80 |
2.48 |
1.20 |
18.25 |
0.461 |
70 |
32.27 |
P-13 |
2.50 |
1.82 |
1.50 |
20.00 |
0.555 |
66 |
36.63 |
P-14 |
2.90 |
1.64 |
1.45 |
22.00 |
0.354 |
68 |
24.07 |
P-15 |
3.50 |
2.26 |
1.90 |
23.00 |
0.615 |
83 |
51.04 |
P-16 |
2.90 |
1.91 |
1.00 |
24.50 |
0.120 |
85 |
10.20 |
El rebase del oleaje sobre una defensa vertical esta en función de la forma, permeabilidad y rugosidad de la estructura, de la profundidad a su pié, la pendiente del fondo y de los parámetros altura, periodo y oblicuidad del oleaje incidente ( Shore Protection Manual, 1984).
Para la evaluación del rebase del oleaje sobre el muro de contención de la Marina Hemingway se ha considerando una estructura vertical, lo cual constituye una aproximación al problema si se tiene en cuenta que en realidad el muro de contención de la marina tiene forma de escalón en la vertical y diente de sierra en la horizontal (Foto 2).
La determinación de la profundidad al pié de la estructura se obtuvo a través de mediciones in situ en diferentes puntos a lo largo de la costa, corregidas con la información mareográfica de la estación Siboney, ubicada a unos 3 Km. al E de la zona de estudio, lo que permitió definir en cada uno de los puntos de medición el valor correspondiente al NMM.
En la Tabla 3, aparecen las alturas del nivel sumario del mar cuyos valores fueron calculados en el sistema VALEX, a través de un método estadístico basado en la ley doble exponencial para una serie de datos de 28 años de largo (I966-1993), registrados en la estación mareográfica de Siboney, donde el valor máximo medido es de 1.44 m durante el paso del huracán Juan el 29 de octubre de 1985 con un periodo de retomo de 10 años, lo que representa 0.88 m sobre el NMM, (Hernández, 1994 ).
T (años) |
H (m) |
1.01 |
1.07 ± 0.034 |
1.10 |
1.15 ± 0.027 |
1.58 |
1.24 ± 0.020 |
5 |
1.38 ± 0.016 |
10 |
1.44 ± 0.019 |
25 |
1.50 ± 0.022 |
50 |
1.55 ± 0.027 |
100 |
1.59 ± 0.037 |
El incremento de este valor medido sobre el NMM, es el nivel que se ha tomado de referencia para el calculo de la profundidad al pié de la estructura (Tabla 2).
Para el cálculo del caudal (Q) de rebase del oleaje sobre una estructura vertical, se ha utilizado la siguiente expresión del Shore Protection Manual (I 984):
Q = (g Qo* Ho3 )1/2 exp {- (0.217/a) tanh-1((h-ds)/R)}
donde:
Q = caudal unitario de rebase ( m3 / s / m )
g = aceleración de la gravedad
Qo* = coeficiente empírico
Ho = altura de la ola en aguas profundas
h = altura de coronación de la estructura
ds = profundidad al pié de la estructura
R = remonte sobre la estructura supuesta indefinida
a = coeficiente empírico
Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 2 donde puede apreciarse que los mayores valores del caudal de agua aparecen entre los puntos 8 - 16 o sea en la mitad W de la costa de la Marina, en correspondencia con los resultados de la propagación del oleaje, produciéndose también en este tramo las mayores concentraciones de energía,
La diferenciación que se establece en la distribución de las intensidades del rebase de agua sobre el muro de contención, constituye un criterio esencial para el diseño de la duna de protección costera, por lo cual se esperar que en los sitios donde se producen los mayores ingresos de agua a la costa, la duna tenga una altura mayor o una disposición conveniente que garantice su irrebasabilidad y a su vez una evacuación efectiva del volumen de agua que ingresa a la costa.
Para la determinación de la altura mínima de la duna en cada tramo de costa, se elaboró un modelo energético el cual toma como base de partida el calculo de la altura Hi que debe elevarse el muro costero para que el caudal de agua sea nulo. Estos valores aparecen en la tabla 4.
La energía máxima en cada punto es:
Eoi = m g Hi (1)
El agua que ingresa a la costa recorre una distancia Xi desde el muro de contención hasta el pié de la duna, produciéndose una pérdida de energía, de modo que la energía máxima final será:
Efi = m g hi (2)
donde hi es la altura que tendrá la duna en cada punto. La ley de conservación de la energía conduce a que:
Eoi = Efi + DEi (3)
donde DEi es la diferencia entre la energía inicial y final, representando las pérdidas que se producen por fricción, infiltración, reflexión, arrastre de sedimentos sueltos, etc.
De acuerdo a las características de la superficie del intercanal costero, constituido principalmente por material de relleno, rugoso, con abundantes cantos y piedras de diferentes tamaños; el elemento de pérdidas que mayor importancia se le concede en el proceso de desplazamiento del agua es la ficción. Las pérdidas por fricción se pueden expresar:
DEi = f m g Xi (4)
donde f es el coeficiente de fricción dinámico del agua con la superficie del intercanal, en este caso el valor que se ajusta a las condiciones dadas es 0.029 ( Streeter, 1968 ).
Dividiendo la ecuación (I ) con la (2 ) se obtiene :
( Eoi/Efi ) = { m g Hi / m g hi } = Hi / hi (5)
Sustituyendo la ecuación ( 3 ) en ( 5 ) se obtiene :
hi = { 1 - ( DEi / Eoi ) } Hi (6)
sustituyendo ( I ) y ( 4 ) en ( 6 ) se obtiene la siguiente expresión :
hi= { 1 - ( f Xi / Hi ) } Hi
Esta expresión permite calcular la altura de la duna en los diferentes puntos a lo largo del intercanal costero en función de la altura inicial que habría que elevar el muro de contención para hacer nulo el caudal de rebase, la distancia de la duna a la costa y las pérdidas por fricción con la superficie. Los resultados de este cálculo se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4. Resumen de los datos para el cálculo de la altura de la duna.
ptos ancho de la zona de lavado
altura del muro calculada para Q = 0 (m)
cota (m)
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
15
20
28
20
16
32
71
70
80
85
30
30
25
25
30
3.77
3.75
4.50
4.90
3.86
3.77
4.30
5.10
5.75
6.70
6.42
4.84
5.00
5.63
5.50
4.86
2.10
1.70
2.50
2.70
2.10
2.20
2.20
2.30
2.20
3.50
2.75
1.80
2.95
3.30
3.35
3.35
(retorne a la tabla de contenidos)
Definición de la posición de la duna.
Los perfiles actuales del relieve costero (Fig. 5), muestran la sección de mayor actividad del agua que penetra en la costa, cuyos límites han sido identificados a través de claros indicios sobre el terreno. La presencia de una franja de ancho variable de rocas sueltas y otros materiales evidentemente arrastrados por el mar (Foto 1, Fig, 2), resultan los principales indicios de esta actividad.
Figura 5. Perfiles costeros.
El límite hacia tierra de la zona de máxima actividad del agua (zona de lavado), sugiere la posición más adecuada de la duna sobre la costa, al ocupar el sitio menos critico con respecto a la intensidad del oleaje de rebase, asegurándose así una mayor estabilidad de su forma y estructura. Además, resulta conveniente ceder un espacio entre el muro de contención y la duna al proceso de evacuación de las aguas, estableciéndose a la vez un área de amortiguamiento de la actividad agresiva del mar.
A pesar de este retroceso hacia tierra de la duna, aún se proporciona espacio suficiente para el desarrollo de la infraestructura turística. La conformación de la duna utilizará un área de 23 300 m2 para una ocupación del territorio del intercanal del 13 %, la zona de amortiguamiento y evacuación de las aguas unos 40 700 m2 para un 23 % y el área disponible para el uso de inversiones unos 111 300 m2 para un 64 % de la superficie total del intercanal costero.
La posición de la duna tomando como base lo antes expuesto, se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Esquema de distribución de las dunas.
(retorne a la tabla de contenidos)
Definición de la morfología de la duna.
Para el diseño de la duna artificial resulta de vital importancia hacer una adecuada selección de la forma geométrica de la estructura a conformar, más aun si esta desempeñará un papel activo como elemento de protección costera.
Atendiendo a la fuerte dependencia que existe entre la forma y la estabilidad de la duna se han adoptado, como elemento de diseño, consideraciones de estabilidad natural. Las dunas en las playas naturales desempeñan un papel principal en la protección y conservación del perfil enmarcado en la zona costera, sin dudas su aspecto morfológico constituye uno de los elementos más importantes en el mecanismo natural de defensa efectiva frente a la actividad del oleaje contribuyendo a la disipación su energía.
En este sentido se eligieron secciones tipo y formas en planta de dunas naturales de arena en las playas de Varadero (Sector Punta Chapelin - Peñas de Bernardino), Cayo Levisa (Sector Central) y Cayo Largo del Sur (Punta Mal Tiempo), con sectores de dunas medianamente y bien desarrolladas de anchura variable entre 20 y 30 m y pendientes estables inferiores al 30 %. Estas secciones tipo fueron convenientemente superpuestas en tomo a la frontera hacia tierra de la zona de lavado y distribuidas como aparece en la Figura 6.
La definición de la anchura de la base de la duna ha estado condicionada a maximizar el espacio destinado a la infraestructura y optimizar los costos sin que la duna deje de constituir un elemento estable.
(retorne a la tabla de contenidos)
Definición del tipo y volumen de relleno.
El objetivo principal de la duna es fijar una frontera entre la tierra y el mar y proteger los terrenos interiores; por ello también es importante concebir un diseño estructural donde el parámetro fundamental a determinar será el tipo de material a emplear.
Las dunas que se proponen conformar en el intercanal "A", tendrán un carácter preventivo en una posición retrasada con respecto a la línea de costa y solo entrarán en funcionamiento durante la ocurrencia de las inundaciones asociadas a temporales fuertes, impidiendo el paso del escurrimiento superficial.
Así, la duna podrá estar constituida por una acumulación de material de cantera compuesto por fragmentos de rocas de diversos tamaños inmersos en una matriz arcillosa impermeable que permita la compactación, similar al que aparece sobre el intercanal el cual ha demostrado además ser resistente a la acción del ambiente marino.
El volumen del material de relleno a emplear se calculó a través de las secciones de la duna en cada uno de los perfiles en función de las longitudes asociadas a los mismos totalizando unos 30 786 m3 (Tabla 5). Este volumen de relleno corresponde al material compactado después de conformada la duna, por lo que para calcular la cantidad de material a verter es necesario aplicar el coeficiente de cambio de volumen (esponjamiento), que para el caso de la arcilla y rocoso es de 1.59, arrojando como resultado un volumen total de unos 50 000 m3.
Tabla 5. Cálculo del volumen de relleno.
ptos longitud asociada al perfil ( m )
area de la sección transversal de la duna ( m2 )
volumen de relleno ( m3 )
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
210
75
65
75
85
82
75
90
86
80
85
65
75
55
80
130
13.50
13.65
23.50
19.75
13.65
17.10
16.40
16.40
19.00
44.75
28.00
16.00
23.50
36.00
32.50
27.60
2835
1024
1528
1481
1160
1402
1230
1476
1634
3580
2465
1040
1763
1980
2600
3588
volumen total de relleno
30 786
(retorne a la tabla de contenidos)
Viabilidad ejecutiva de la propuesta.
Atendiendo a la rapidez en la construcción de las dunas y la sencillez de medios técnicos a utilizar para su ejecución, puede afirmarse que resulta una obra viable para la solución inmediata de los problemas de protección costera de la Marina Hemingway.
El material a emplear en la conformación de la duna se localiza a unos 35 Km al W de la Marina, en canteras del municipio del Mariel donde existen volúmenes abundantes de material de relleno con la calidad requerida.
El trabajo de perfilaje y reacomodo del material de relleno deberá efectuarse por tramos continuos mediante el uso combinado de bulldozer y motoniveladoras y durante el periodo comprendido entre mayo y agosto aprovechando las favorables condiciones meteorológicas de estos meses y la escasa probabilidad de que ocurran penetraciones del mar.
La duna debe completarse con el acondicionamiento de su superficie a través de una cobertura vegetal, para lo que se requiere elegir especies tapizantes y de arbolado de fácil adaptación al ambiente costero con el propósito de lograr un área de transición entre la infraestructura turística y el mar.
Así las dunas, desde el punto de vista medio ambiental, contribuirán a elevar ostensiblemente la calidad del borde costero, al mejorar las condiciones estéticas y paisajísticas del litoral y ayudar a naturalizar el entorno árido y artificialmente rígido de la Marina. Por otra parte la siembra de vegetación típica de costas sobre la duna y en la zona de resguardo vendrá a completar el paisaje propio de zonas costeras.
El solo hecho de incorporar el intercanal "A" al desarrollo inversionista, así como al uso turístico y recreativo de la costa, hace de la conformación de la duna una solución atractiva como obra de defensa costera, en la actualidad unos 180 000 m2 del intercanal "A" resultan inutilizables a causa de las continuas penetraciones del mar. Con la construcción de la duna 111 300 m2 quedarán abrigados y disponibles para el desarrollo inversionista, lo que significa dotar al intercanal "A" de un valor de uso ascendente a 78 000 000 de USD.
El costo de ejecución de la duna, atendiendo al volumen de material a verter, los trabajos de perfilaje y reacomodo, la mano de obra y el equipamiento necesario se estima en alrededor de $550 000 pesos, de acuerdo a los precios establecidos en el catálogo de costos presupuestarios del Ministerio de la Construcción para obras de turismo.
(retorne a la tabla de contenidos)
1. La conformación de dunas para la protección costera de la Marina Hemingway se sustenta en 3 aspectos fundamentales: Defender la costa de las penetraciones estacionales del mar, facilitar el uso constructivo en áreas interiores del intercanal y mejorar las condiciones estéticas, paisajísticas y de uso recreativo de la costa.
2. El diseño de la sección tipo de la duna (altura, configuración y estructura) y en planta (disposición), se determinan en base a los parámetros de los fenómenos meteorológicos que han provocado penetraciones del mar en el litoral de Ciudad de la Habana, las peculiaridades del relieve costero y la morfología de dunas naturales, con lo cual se asegura una irrebasabifidad y estabilidad efectiva de la duna bajo las condiciones que caracterizan a los eventos de alta intensidad con un período de retorno de 10 años.
3. En síntesis, 50 000 m3 de material de relleno serán depositados a lo largo de 1 300 m de costa para la conformación de la duna como se muestra en la figura 6, con un costo de ejecución de $ 575 700 pesos.
(retorne a la tabla de contenidos)
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