Estudio de transmisión de oleaje para el diseño de diques arrecife homogéneos de Cubípodos. Aplicación a la protección del litoral del Parque Nacional de Corcovado (Costa Rica).

Abstract

[ES] Las estructuras de baja cota (LCS) se utilizan habitualmente como diques exentos para la protección y estabilización de playas. En los últimos años, los procesos erosivos se están intensificando en el litoral de todo el mundo debido al cambio climático y el correspondiente aumento del nivel del mar. Además, el incremento de temperatura, la acidificación de los océanos y otros fenómenos debidos a la acción humana suponen una seria amenaza para los arrecifes de coral del planeta. Su degradación progresiva es un claro indicador de la mala calidad de los ecosistemas marinos y la amenaza para la biodiversidad.

Los diques homogéneos de baja cota (HLCS) son una tipología estructural marítima que presenta múltiples ventajas en cuanto a protección del litoral, disipando parte de la energía del oleaje incidente, y favoreciendo la conservación y regeneración de ecosistemas marinos como los arrecifes de coral.

El proyecto DELOS permitió desarrollar métodos de diseño de LCS. Sin embargo, estos no son válidos para las estructuras homogéneas. Por esto, el proyecto HOLOBREAK, en desarrollo en el LPC-UPV, se centra en el estudio de las HLCS formadas por Cubípodos, analizando su desempeño en cuanto a transmisión y reflexión de oleaje, con el fin de obtener criterios de diseño. En este contexto se ha llevado a cabo el presente Trabajo Final de Máster. Se han realizado ensayos físicos 2D en HLCS de cinco capas formados por Cubípodos dispuestos según mallas de colocación triangulares. Posteriormente, se han analizado los resultados obtenidos para estudiar la transmisión de oleaje que se produce en este tipo de estructuras.

El francobordo relativo (Rc/Hm0) y el peralte (s0p) son dos de las variables más recomendadas en la literatura científica para el cálculo del coeficiente de transmisión de los diques de baja cota. En el presente proyecto, se han utilizado redes neuronales para el estudio de la influencia de estas variables en la transmisión observada en las HLCS de Cubípodos ensayadas. Como resultado, se ha obtenido una expresión empírica para la estimación del coeficiente de transmisión en este tipo de estructuras.

Para el análisis de los ensayos de oleaje es indispensable un correcto registro del nivel del agua. Este registro se realiza mediante sensores capacitivos (DHI). Sin embargo, se trata de una técnica intrusiva, muy aceptada, pero que presenta una serie de limitaciones. Por esta razón, se lleva tiempo buscando una nueva técnica, no intrusiva, que permita obtener el registro continuo del oleaje. En este proyecto, se ha desarrollado un programa informático de tratamiento de imágenes que, basándose en la aplicación de algoritmos de detección de contornos y umbralización, permite el aislamiento de la superficie de las olas fotograma a fotograma, obteniendo así un registro continuo del nivel de agua, que presenta un desempeño similar al de los sensores de nivel.

Finalmente, se ha estudiado la aplicación de esta tipología estructural para la protección de la playa Rincón de San Josecito en el Parque Nacional Corcovado (Costa Rica). Tras el diseño los diques, se ha observado que su construcción permitiría mitigar los efectos relativos al aumento del nivel del mar en los próximos 40 años, debido a su capacidad de disipación de la energía del oleaje incidente.

[EN] Low Crested Structures (LCS) are commonly used as detached breakwaters for beach protection and stabilisation. In recent years, erosion processes are intensifying along the world's coastline due to climate change and the corresponding rise in sea level. In addition, rising temperatures, ocean acidification and other human-induced phenomena pose a serious threat to the world's coral reefs. Their progressive degradation is a clear indicator of the poor quality of marine ecosystems and the threat to biodiversity.

Homogeneous Low Crested Structures (HLCS) are a maritime structural typology that offers multiple advantages in terms of coastal protection, dissipating part of the energy of incident waves, and favouring the conservation and regeneration of marine ecosystems such as coral reefs.

The DELOS project allowed the development of LCS design methods. However, these are not valid for homogeneous structures. For this reason, the HOLOBREAK project, under development at the LPC-UPV, focuses on the study of HLCS formed by Cubipods, analysing their performance in terms of wave transmission and reflection, in order to obtain design criteria. On this context, this Master's Thesis has been carried out. 2D physical tests have been carried out on five-layer HLCS formed by Cubipods arranged according to triangular placement meshes. Subsequently, the results obtained have been analysed to study the wave transmission that occurs in this type of structures.

Relative freeboard (Rc/Hm0) and steepness (s0p) are two of the most recommended variables in the scientific literature for the calculation of the transmission coefficient of LCS. In this project, neural networks have been used to study the influence of these variables on the transmission observed in the Cubipod HLCS tested. As a result, an empirical expression has been obtained for the estimation of the transmission coefficient in this type of structure.

For the analysis of wave tests, a correct recording of the water level is indispensable. This is done by means of capacitive sensors (DHI). However, this is an intrusive technique, which is widely accepted, but has a number of limitations. For this reason, a new, non-intrusive technique has been sought for some time to obtain a continuous wave recording. In this project, an image processing software has been developed which, based on the application of contour detection and thresholding algorithms, allows the isolation of the wave surface frame by frame, thus obtaining a continuous record of the water level, which has a performance similar to that of level sensors.

Finally, the application of this structural typology has been studied for the protection of the Rincón de San Josecito beach in the Corcovado National Park (Costa Rica). After designing the breakwaters, it was observed that their construction would mitigate the effects of sea level rise over the next 40 years, due to their capacity to dissipate the energy of the incident waves.