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Introducción El objetivo de este artículo es aportar al Sector Transporte información referente a las metodologías para medir en campo el transporte litoral. Asimismo, se presenta un ejemplo de aplicación, utilizando la técnica de trazadores fluorescentes. Se comentan brevemente dos metodologías para medir en campo el transporte litoral. La primera contempla el método desarrollado por Komar e Inman (1970) para calcular el transporte litoral a lo largo de la costa; y la segunda, el método descrito por Katoh, et al (1985) para medir en campo el transporte local de los sedimentos del fondo del mar. Como ejemplo, se incluye el trabajo que se llevó a cabo para medir el transporte litoral a lo largo de la playa en las costas oriente y poniente de Puerto Madero, Chis., así como el procedimiento para determinar la calibración de las fórmulas del transporte litoral a partir de la información obtenida del método de trazadores fluorescentes, y la aplicación de dichas fórmulas para estimar, con datos de oleaje medidos en el sitio de estudio, la cantidad del transporte litoral neto en una forma aproximada. Categorías para la medición del transporte litoral 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, puede emplearse sin riesgo 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. 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 concentración de los trazadores mediante la curva de correlación definida por la concentración de los mismos trazadores y el número de fluorescentes cuantificados obtenidos en principio. En términos generales, las técnicas de aplicación de pinturas fluorescentes varían, pero todas incluyen las siguientes ventajas sobre los métodos radioactivos: 1. La sedimentación natural de material grueso, de arena o de guijarros de un sitio en estudio, puede ser fácilmente marcada. 2. La mayoría de pinturas empleadas, no presentan riesgos legales ni daños a la salud. 3. Diferentes colores fluorescentes pueden emplearse para diferenciar sucesivas pruebas en una localidad, o para trazar el movimiento de diversos tamaños de fracciones de sedimento. 4. La solubilidad del trazador fluorescente se puede en algunos casos ajustar, de tal forma que la pintura adherida en los granos de arena permanezca por varios días o por varios años. 5. El costo de la pintura fluorescente es relativamente bajo. 6. El pintado de la arena puede efectuarse en cualquier lugar y en principio, transportarse al sitio de estudio. 7. El tiempo para la pigmentación de la arena es corto; algunas veces requiere sólo algunos minutos de trabajo. 8. En la mayoría de los casos, la arena que se va a pintar no requiere de alguna preparación especial previa. 9. La sensibilidad de la técnica de trazadores fluorescentes es por lo menos un grano en 1x106 granos, la cual equivale a la técnica de trazadores radiactivos. 10. La pintura no afecta las características hidráulicas de los granos de arena marcados. El uso de trazadores de arena para cuantificar el movimiento de la arena en la zona de rompientes tiene una larga historia (Inman y Chamberlain, 1959; Ingle, 1965; Zenkovich, 1967). La técnica de trazadores es también muy útil para derivar información cualitativa, tal como la dirección del transporte litoral y las contribuciones relativas de diferentes campos (Sasaki y Sakuramoto, 1984). El uso cuantitativo del método de trazadores de arena en zonas de rompientes, fue introducido por Komar e Inman (1970), con base en desarrollos de metodologías de trazadores fluorescentes para estimar el transporte de sedimentos en ríos (Lean y Crickmore, 1963; Crickmore, 1967). Entre los experimentos tipo, más cuantitativos que utilizaron arena marcada con colores fluorescentes, se mencionan los realizados por (Komar e Inman, 1970; Knoth y Nummedal, 1977; Inman, et al, 1980; Kraus, Farinato, y Horikawa, 1981; Kraus, et al, 1982; Katoh, Tanaka, 1985). En la aplicación del método de trazadores fluorescentes se han adaptado dos diferentes en la cuantificación de la cantidad del transporte litoral en la zona de rompientes (Inman, et al, 1980; Kraus, et al, 1982). En el primer Método de Muestreo Espacial (MME), los muestreos se obtienen en un tiempo tan cercano y simultáneamente como sea posible, en una malla horizontal del lado de abajo del punto o línea de inyección del trazador. El segundo es el llamado Método de Muestreo Temporal (MMT), en el cual las muestras se alcanzan en intervalos cortos de tiempo fijos en una línea del lado de abajo del punto de inyección del trazador. Katoh, et al, (1985) realizó una variación del método MMT mediante el muestreo sobre un círculo alrededor del punto de inyección, mediante el cual fue posible obtener la componente del transporte litoral a lo largo de la costa y la del transporte litoral hacia el mar a partir de la velocidad de advección del trazador. Kraus, et al, comparó los resultados de los métodos MME y MMT y concluyó que los del método MME son más exactos. Medición del transporte litoral con trazadores fluorescentes en las playas oriente y poniente de Puerto Madero, Chiapas Puerto Madero se localiza en la costa sur del Océano Pacifico, entre el puerto de Salina Cruz, Oaxaca; y la frontera con Guatemala (Figura 1). En dicho puerto se han presentado, desde el inicio de la construcción de las obras de infraestructura básica para dar forma al puerto, procesos de erosión en la costa poniente, y de azolvamiento en la costa oriente y canal de acceso. La erosión ha sido constante, a pesar de los diferentes esfuerzos para detener el proceso con varios espigones que se construyeron hace algunos años. La protección de la playa poniente se complementó con una protección marginal, que ha permitido estabilizar parcialmente la línea costera en las zonas aledañas al rompeolas poniente, y la zona donde se ubica el cementerio de Puerto Madero.
Los resultados permitieron calibrar una fórmula de transporte litoral para determinar el régimen de oleaje medido durante el 2002 en la zona exterior del puerto y la cantidad del transporte litoral neto que se mueve en las costas oriente y poniente de Puerto Madero. Ubicación de las zonas de medición
Fórmula para calcular la cantidad del trasporte litoralLa cantidad de transporte litoral al utilizar trazadores fluorescentes, se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
dónde: Q: es la cantidad del trasporte litoral en m3/h V: es la velocidad del centroide de la distribución de la arena fluorescente en m/h D: es el espesor donde se desplaza la arena fluorescente en m, y L: es el ancho de playa donde se mueve la arena fluorescente Cálculo de la velocidad del movimiento del centroide en la playa oriente Las mediciones del transporte litoral en la playa oriente arrojaron la información contenida en la Tabla 1. Tabla 1Tiempo de muestreo y Centroide de la distribución de la arena fluorescente
Los valores de la Tabla 1 se graficaron en la Figura 3 y se correlacionaron tomando como abscisa; el tiempo de muestreo, y como ordenada; el centroide de la distribución. La ecuación de correlación de las cuatro horas de muestreo corresponde a la siguiente ecuación:
La velocidad del movimiento del centroide puede calcularse a partir de la derivada de la ecuación de correlación al emplear la ec. (2) como sigue:
El valor medio del espesor, D, de la distribución vertical de la arena, resultó de 4.25 cm. En el presente estudio se observó que el ancho de playa donde se mueve la arena fluorescente es del orden de los 50 m. Cálculo del transporte litoral en la playa oriente Al sustituir los valores señalados en la ec. (1), la cantidad de transporte litoral en la costa oriente resulta ser de:
Cálculo de la velocidad del movimiento del centroide en la playa poniente En el caso de la playa poniente, las mediciones del transporte litoral dieron como resultado la siguiente ecuación de correlación de las cuatro horas de muestreo:
En la Figura 4 se indica la recta de correlación de la ec. (5) señalada. El valor medio del espesor, D, resultó de 5.28 cm. El ancho de la playa donde se desplaza la arena fluorescente, corresponde a 50 m. La velocidad del movimiento del centroide puede estimarse a partir de la derivada de la ecuación de correlación, usando la ec. (5) como sigue:
Cálculo del transporte litoral en la playa poniente Sustituyendo los valores ya calculados en la ec. (1), la cantidad de transporte litoral resulta ser:
Calibración de la ecuación del transporte litoral a lo largo de la costa Por cuestiones de espacio, únicamente se muestra la calibración para la fórmula del transporte litoral de la costa oriente, siguiéndose el mismo proceso para la calibración de la fórmula de la costa poniente. Calibración de la ecuación de transporte litoral en la costa oriente La relación entre el transporte litoral y la energía del oleaje en la costa oriente, se puede expresar mediante la relación:
dónde:
Durante la campaña de mediciones, se realizaron observaciones visuales del oleaje, estimándose las siguientes características:
Al sustituir los valores anteriores, la componente de potencia de la energía del oleaje por unidad de ancho de playa, resulta:
Al sustituir en la ec. (7) el valor anterior y el valor del transporte litoral calculado en la ec. (4), resulta:
La ecuación de calibración del transporte litoral para la costa oriente resulta como sigue:
Cálculo del transporte litoral anual
Recomendaciones Si el estudio de trazadores fluorescentes es parte integral de otro estudio costero, se recomienda que el personal de ingenieros e investigadores sean quienes siempre ejecuten todas y cada una de las campañas y sus trabajos colaterales, para una mayor comprensión e interpretación del fenómeno costero en todas sus facetas. Se aconseja se busque el mayor número de campañas y durabilidad de éstas dentro del estudio de trazadores fluorescentes, a fin de tener más exactitud en la cuantificación del transporte litoral, pero en congruencia con el presupuesto del proyecto. Si se contempla la opción de una mayor cantidad en la elaboración del trazador fluorescente, se puede utilizar una revolvedora en sustitución de la tina y pintado manual. Tener presente una óptima alimentación y un buen descanso en los días anteriores, principalmente en la noche precedente a la campaña de campo. Así como una condición física aceptable del personal, ya que de ello depende una gran parte de la efectividad del trabajo en relación con el ritmo y duración de las actividades (de 24 a 36 h). Para la colocación de la casa de campaña se deben tener presentes todos los principios del campismo, principalmente en tiempo de tormentas ya que será el lugar de protección del equipo y material a utilizarse en la practica de campo. Poner señalamiento de prohibición de acceso a la malla de control a personal ajeno al estudio, y de precaución al tránsito de vehículos en la zona alta de la playa del sitio en estudio (lugar donde se ubica la zona de operativos), cuando se efectúe la campaña en playas turísticas, o se construya alguna obra costera. Bibliografía básica Claude Migniot: Actino des courants de la hola et du vent sur les sediments, Departament de Sedimentologie; Du laboratorio Central d´hidraulique de France, La huille Blanche, 1979. Kiyoshi Horikawa: Coastal Engineering, 1978. Ingle, C. J.: Development in Sedimentology, 1976. ESIA: Diseño y construcción de Obras Marítimas, Centro de actualización Profesional, 1984. Ingeniería de Costas, Laboratorio de Puertos, Ramón Iribarren. Department of Geology-University of South California: Longshore Sediment Transport using Fluorescent Tracer; Coastal Sediment, Department of Geology-University of South California, 1977. Instituto de Investigaciones Eléctricas, CFE: Manual de Diseño de Obras Civiles Hidráulica Fluvial, A2.11, 1983. Instituto de Investigaciones Eléctricas, CFE: Manual de Diseño de Obras Civiles Hidráulica Marítima, A2.13, 1983. Secretaria de Comunicaciones y Transportes: Normas de Construcción y Pruebas de Materiales, Parte II, 1981. Bruun, P.: Port Engineering, Gulf Publishing Co, Houston, TX, 800 pp, 1981. Radioactive Methods for quantitative determination of coastal drift rate. Marine Geology, 183-206, Elservier; Amsterdam, 1969. Reporte técnico: Cuantificación del transporte litoral por el método de trazadores fluorescentes en la zona Dos Bocas, Tab., Proyectos Marinos–PEMEX. Centro de Estudios de Experimentación de Obras Públicas: Trazadores fluorescentes C-4, Laboratorio Ramón Iribarren, 1982. La edición del presente artículo fue elaborada por * Basado en el documento: MONTOYA, José Miguel; Dora Luz ÁVILA; Carlos Javier QUEZADA y Arturo Bruno JUÁREZ, “Medición del transporte litoral mediante la técnica de trazadores fluorescentes”, Publicación Técnica No. 227, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., 2003.
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(8)
: es el transporte litoral a largo de la costa
: es un coeficiente, cuyo valor se determina con mediciones de campo, y
: es la componente de la potencia de la energía del oleaje por unidad de ancho de playa
; profundidad de la rompiente, determinada analíticamente
; altura de ola rompiente
; ángulo de incidencia del oleaje en la rompiente
; período del oleaje
=59.38 ton m/m
