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CARTAGENERA DE INGENIERAS S.A. HASKONING NEDERLAND B.V.

INGENI EROS CONSULTORES MARIT IME

Ttulo del documento Estudios y Diseos de la DefensaCostera de Crespo, Cartagena

Ttulo abreviado del documento Informe Final rev.3

Estado Final

Fecha 26 de Marzo, 2009

Nombre del proyecto Defensa Costera de Crespo

Nmero del proyecto 9T0406.11 Royal Haskoning

307 Carinsa

Cliente CONSORCIO VIA AL MAR

Referencia 9T0406.11/R/903278/Nijm

Bocagrande

Carrera 2 No. 4-115 Ofic. 17B

Apartado de correo 118

Cartagena

Colombia

+57 (5) 665 8424 Telfono

+57 (5) 665 8893 Fax

carinsa@gmail.com E-mail

Barbarossastraat 35

Apartado de correo 151

6500 AD Nijmegen

los Pases Bajos

+31 (0)24 328 42 84 Telfono

+31 24 3609346 Fax

info@nijmegen.royalhaskoning.com E-mail

www.royalhaskoning.com Internet

Arnhem 09122561 CdC

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INDICE

Pgina

1 INTRODUCCIN 11.1 General 11.2 Alcance del presente informe 1

2 PROTECCIN DE LA COSTA 22.1 Introduccin 22.2 Transporte longitudinal 22.3 Transporte transversal 22.4 Relacin longitud de espolones y ancho de playa 32.5 Alternativas 5

3 COMPARACIN DE ALTERNATIVAS 64 PROTECCIN COSTERA SELECCIONADA 7

Anexos

Anexo A Diseo Estructural de Obras en Roca y de DragadoAnexo B Especificaciones TcnicasAnexo C PlanosAnexo D Lista de CantidadesAnexo E Indicacin de Mtodo Constructivo y Cronograma de ObraAnexo F Estimacin de Costo

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1 INTRODUCCIN

1.1 General

En junio del ao 2008 se ha realizado un estudio para el diseo de la proteccin costera de

la nueva va al mar que bordea el barrio de Crespo en Cartagena. En aquel entonces elcliente del proyecto haba indicado que el diseo de la defensa costera deba ser muyrobusto con un nivel de riesgo a dao extremadamente bajo. Dicho diseo result en unaproteccin que consiste en una serie de espolones paralelos a la costa a una profundidadde aproximadamente MLWS -3 metros, en combinacin con el relleno de la playa con 75 mde ancho y una proteccin marginal descontina a lo largo de la costa.

El estimado de costo dio un valor superior a lo que el cliente consideraba aceptable por locual decidi contratar un estudio adicional para disear una defensa costera maseconmica sin embargo an lo suficientemente robusta, y con un nivel de riesgo queinternacionalmente se considera aceptable para la proteccin de estructuras costeras talescomo una va costera.

El presente estudio muestra el resultado de dicho diseo de la defensa costera.

En el estudio anterior se mencionaron diferentes esquemas de defensas costeras. Una delas cuales consiste en una serie de espolones perpendiculares en combinacin con elrelleno de la playa que amortige el efecto de la erosin que puede ocurrir debido afenmenos extremos tales como un coletazo de un huracn. Con esto se persigue que laerosin no puede llegar directamente a la va sino nicamente en el caso de que el huracntenga una duracin muy superior a lo normal (varios das) lo cual tiene una probabilidadmuy baja.

1.2 Alcance del presente informe

El presente informe se basa en el diseo de la defensa costera con base en espolonesperpendiculares en combinacin con un relleno hidrulico en la costa. De acuerdo a estepunto de partida se realizarn las siguientes actividades:

Establecer lay-outs de alternativas con diferente nmeros de espolones lo cual tambinimplica distintos ancho requeridos de la playa

Realizar estimados de costos de cada alternativa Seleccionar la alternativa preferida Diseo de la proteccin costera preferida

Preparar una Lista de Cantidades Preparar los Planos

A continuacin se tratarn los temas mencionados.

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2 PROTECCIN DE LA COSTA

2.1 Introduccin

La proteccin de la costa consiste en una serie de espolones perpendiculares y el relleno

de la playa. Esta proteccin bsicamente protege contra las dos formas de erosin, erosinlongitudinal y erosin transversal. La erosin a lo largo de la costa es debido al transportelitoral, la erosin transversal es debido al transporte de sedimentos transversal.

2.2 Transporte longitudinal

DescripcinLa erosin longitudinal ocurre por el transporte litoral en la costa. Las olas se aproximanbajo un ngulo entre la cresta del oleaje y la lnea de la costa generando un transporte desedimentos a lo largo de la costa. La magnitud del transporte de sedimentos esproporcional al ngulo de aproximacin de las olas. Si la costa es recta el volumen desedimentos que entra en un determinado tramo es igual al volumen que sale y no hay ni

erosin ni acrecin. Si el ngulo cambia el volumen de sedimentos que entra difiere delvolumen que sale y por ende se presente una erosin o acrecin de la playa. Asimismo, lapresencia de obras costeras resulta en que dichas obras bloquean el transporte desedimentos dejando el tramo aguas abajo con un dficit de sedimento lo cual generaerosin. En dichos caso se puede estabilizar la costa a travs de una serie de espolonesque evitan que los sedimentos viajen hacia aguas abajo. En esta forma se generan clulasmorfolgicas cerradas donde no entra ni sale sedimento.

Solucin en el caso de CrespoEn el caso de Crespo la tendencia de la costa es que se erosione. Por lo tanto, se debenconstruir espolones perpendiculares que atrapan los sedimentos y estabilizan la playa enforma artificial.

2.3 Transporte transversal

DescripcinLa erosin transversal consiste en el transporte de sedimentos perpendicular a la lnea dela costa. Normalmente la pendiente de la playa es determinada por la altura del oleaje y lascaractersticas del sedimento; principalmente el tamao de los sedimentos. En formageneral, olas altas resultan en una pendiente mas empinada, olas bajas resultan en playasmas acostadas. Asimismo, si el tamao del sedimento es grueso la pendiente es masempinado mientras sedimento fino resulta en una playa acostada. Al presentarse uncoletazo la altura del oleaje cambia abruptamente erosionando la parte alta de la playa y

depositando los sedimentos a una profundidad de unos MLWS -5 m. A nivel del mar pareceque la playa se ha erosionado y se ha perdido mucha playa sin embargo en realidad no seha perdido arena sino el perfil de la playa se ha modificado.

Solucin en el caso de CrespoCon el fin de evitar que la erosin que ocurre en la parte superior del perfil llegue a la va esimportante colocar una playa suficientemente ancha que permita la reacomodacin de laplaya sin que ponga en peligro la va y el semi-deprimido.

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2.4 Relacin longitud de espolones y ancho de playa

La solucin para crear una defensa costera en la costa de Crespo consiste en laconstruccin de una serie de espolones perpendiculares y la colocacin de un rellenohidrulico para generar una playa ancha. Los parmetros mas relevantes a determinar de

este diseo son el nmero de espolones, la longitud de los mismos y el ancho requerido dela playa.

A continuacin se buscar optimizar dicha defensa costera. Es decir se buscar la mejorcombinacin entre la distancia entre los espolones y el ancho requerido de la playa.

Las alternativas que se van a preparar difieren en el sentido que la distancia entre losespolones va a variar lo cual implica que la longitud de los espolones, as como el anchopromedio de la playa vara tambin.

El procedimiento para definir las dimensiones y caractersticas de los espolones, y el anchode la playa se realiza de la siguiente manera:

1) Definir el ngulo de equilibrio de la playa2) Definir el ancho mnimo de la playa3) Seleccionar la distancia entre los espolones4) Calcular el ancho de la playa en la zona de acrecin5) Establecer el talud de la playa6) Establecer la zona de rompiente7) Definir que el pie de la cabeza debe extenderse mas mar adentro que la zona de

rompiente

Definir el ngulo de equilibrio de la playa

El objetivo de la colocacin de los espolones es bloquear el transporte de sedimentos endireccin longitudinal. Al bloquear el transporte, los sedimentos se acumulan adyacentes alespoln, modificando el ngulo de la lnea de la costa hasta que dicha lnea estexactamente perpendicular a la direccin de propagacin de las olas. En ese momento eloleaje ya no tiene un ngulo con la lnea de la costa por lo cual ya no hay transporte desedimentos y se considera que la playa ha llegado al ngulo de equilibrio.

De los espolones existentes en la playa de Crespo as como del modelo morfolgico se hapodido estimar el ngulo de equilibrio de la playa. Dicho ngulo se estimaaproximadamente en 5 grados con respecto a la lnea de la costa de Crespo.

Definir el ancho mnimo de la playa

La definicin del ngulo de equilibrio significa que a un lado del espoln la costa avanzamar adentro mientras que al otro lado del espoln la costa se erosiona y avanza tierraadentro.

Con el fin de asegurar que en cualquier sitio de la playa haya suficiente ancho paraamortiguar un eventual pase de un coletazo se considera que en la zona de erosin debehaber un ancho mnimo de 60 metros de playa.

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Cabe mencionar que esta aproximacin del ancho mnimo parte de la idea de un perfilnetamente terico en donde la lnea de la costa es una lnea recta. La playa mas angostaestara en la zona de erosin adyacente al espoln. Sin embargo, en realidad la costamuestra una curvatura por la difraccin del oleaje alrededor de la cabeza del espolnresultando en una erosin ligeramente inferior al que se presentara en el caos de

considerar una lnea recta.

Seleccionar la distancia entre los espolonesSe ha preparado una serie de alternativas de espolones con diferentes distancias entre lsoespolones.

Calcular el ancho de la playa en la zona de acrecinEl ancho de la playa en la zona de acrecin se calcula de acuerdo a la suma del anchomnimo en la zona de erosin de 60 m desde el borde de la va, ms el ngulo de la lneade la costa multiplicado por la distancia entre los espolones. De la misma forma se define elancho promedio, el cual define el volumen de relleno de la playa.

Establecer el talud de la playaEl talud desde la lnea de la costa hasta la isbata de MLWS -2 m es aproximadamente1:25.

Establecer la zona de rompienteLa zona de rompiente es aquella zona donde se rompen las olas. La ruptura de la oladepende de la altura; si la ola es mas alta rompe en aguas mas profundas. Las olas enCrespo varas mucho en altura; desde prcticamente cero hasta varios metros de altura.Sin embargo, la mayor parte del tiempo las olas no superan una altura de 1 a 1,5 metro locual corresponde a una profundidad del agua de alrededor de MLWS -1m. Considerando lapendiente de la playa se estima que la zona de rompiente se encuentra a unos 25 metros

desde la lnea de la playa.

ResumenLa siguiente tabla muestra el resumen de los datos arriba mencionados. Asimismo muestrapara diferentes distancias entre los espolones cuanto debe ser la longitud de los espolonesy cuanto deber ser el ancho promedio de la playa.

Distanciaentre

espolones

Angulode

equilibrio

Anchomnimo en

zona deerosin

Anchopromediode playa

Ancho enzona deacrecin

Distanciade lnea de

playa acabeza deespoln

Longitud deespoln

[m] [gr] [m] [m] [m] [m] [m]

250 5 60 71 82 25 107275 5 60 72 84 25 109300 5 60 73 86 25 111325 5 60 74 88 25 113350 5 60 75 91 25 116375 5 60 76 93 25 118400 5 60 77 95 25 120

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2.5 Alternativas

De acuerdo a lo anteriormente descrito y considerando la geografa de la costa de Crespoactual se han preparado una serie de alternativas para la longitud y el ancho de la playa.Son las siguientes alternativas:

Alternativa 1Se prolonga el espoln existente de Marbella al sur de Comfenalco. Se colocan espolonesa una distancia de 270 m entre si. Esto significa que habr, aparte de la prolongacin delespoln existente de Marbella habr 6 espolones en la costa de Crespo. El espoln mas alnordeste estar aproximadamente en el inicio de la va al mar existente. De acuerdo a losclculos, la longitud de los espolones debe ser de 79 metros y el ancho de la playa debeser de 47 metros. A lo largo de toda la va se colocar una proteccin marginal.

Alternativa 2Se prolonga el espoln existente de Marbella al sur de Comfenalco. Se colocan espolonesa una distancia de 320 m entre si. Esto significa que habr, aparte de la prolongacin delespoln existente de Marbella habr 5 espolones en la costa de Crespo. El espoln mas alnordeste estar aproximadamente en el inicio de la va al mar existente. De acuerdo a losclculos, la longitud de los espolones debe ser de 81 metros y el ancho de la playa debeser de 48 metros. A lo largo de toda la va se colocar una proteccin marginal.

Alternativa 3Se prolonga el espoln existente de Marbella al sur de Comfenalco. Se colocan espolonesa una distancia de 400 m entre si. Esto significa que habr, aparte de la prolongacin delespoln existente de Marbella habr 4 espolones en la costa de Crespo. El espoln mas alnordeste estar aproximadamente en el inicio de la va al mar existente. De acuerdo a losclculos, la longitud de los espolones debe ser de 85 metros y el ancho de la playa debe

ser de 50 metros. A lo largo de toda la va se colocar una proteccin marginal.Para fines de diseo prctico se seleccionan los valores para el ancho de la playa y lalongitud de los espolones tales como se muestran en la siguiente tabla:

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Ancho de playa [m] 45 50 50Longitud de espoln [ m] 80 80 85

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3 COMPARACIN DE ALTERNATIVAS

Con el fin de encontrar la solucin mas econmica se ha realizado una estimacin decostos de cada alternativa.

El costo bsicamente depende del suministro y colocacin de roca, y el relleno hidrulicoque se supone se realice con una draga que se ubicar frente a la costa de Crespo.

Cabe mencionar que en este anlisis no se ha incluido el costo de la proteccin marginalpuesto que dicha proteccin es similar para todas las alternativas y por lo tanto no damayor informacin para poder comparar las alternativas una con la otra.

En anexo B se muestran los clculos de volmenes de material de roca y arena as comolos precios unitarios estimados por el Consultor. En la siguiente tabla se muestran losvolmenes estimados de cada alternativa

La siguiente tabla muestra el volumen de roca y de arena estimado para cada alternativa

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Volumen de roca [m3] 102,000 98,000 94,000Volumen de arena [m3] 251,000 275,000 275,000

Si bien existe un volumen de excavacin de arena para poder colocar la base delrompeolas en la playa, estos valores son tan limitados que no conllevan a distinguir unaalternativa de la otra.

Al estimar precios unitarios para cada tem, la roca se divide en ripio de cantera y demsgrupos con sus diferentes precios unitarios, se obtiene el costo total estimado de cada

alternativa de

Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Estimado de Costo [USD mln] 9,5 9,6 9,3

Se observa que el estimado de costo de las tres alternativas se hallan dentro de un rangode unos 3 % una de la otra lo cual se considera ampliamente dentro del margen deexactitud de esta comparacin por lo cual se considera que las alternativas soneconmicamente similares.

Como no es posible realizar una distincin entre las alternativas con base en los costos deinversin se considera que la mejor alternativa para la proteccin de Crespo es la

alternativa 1 puesto que tiene el mayor nmero de espolones

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4 PROTECCIN COSTERA SELECCIONADA

La proteccin costera seleccionada consiste de espolones de 97 metros de longitud, unadistancia de 270 m entre los espolones y una playa de 60 m de ancho. En anexo C semuestran los planos de la defensa costera en planta y las secciones de los espolones y

proteccin marginal.

EspolonesLos espolones consisten de roca natural. La cabeza del espoln se encuentra a unaprofundidad de NMBS -3m, es decir penetra por la zona de rompiente de las olas. Lacabeza del espoln es el elemento mas relevante de la estructura puesto que recibe elataque del oleaje. La coraza de la cabeza tiene roca de 3-6 ton a un talud suave; 1:2,5.Dicha coraza se coloca por encima de la capa de filtro de roca de 0,3 1 ton que a su vezcubre el ncleo del espoln.

El cuerpo del espoln, que se encuentra en aguas menos profundas y por ende recibe elataque de olas de menor tamao, consiste de una coraza de 1-3 ton, una capa de filtro de100-300 kg y el ncleo de ripio de cantera.

La altura del espoln esta definida por razones de poder construirlos. Se considera que losequipos de construccin requieren de un ancho de mnimo 4 metros y una altura de por lomenos 50 centmetros por encima del NMBS para poder trabajar en forma segura. Estoconlleva a que la altura de la cabeza es de NMBS +3.7m. El cuerpo tiene un nivelligeramente inferior puesto que el espesor de las capas es menor a las de la cabeza. Elnivel del cuerpo es de NMBS + 2.85 m.

Se ha decidido colocar el pie del cuerpo del espoln a una profundidad de NMBS -1 mtambin en aquellas partes donde el nivel de la playa es superior con el fin de evitar la

socavacin en caso que la playa se erosione. Para tal fin se debe excavar una zanja en laplaya donde se colocan las rocas.

Proteccin marginalSe ha decidido colocar una proteccin marginal a lo largo de toda la va en Crespo con elfin de brindar una seguridad adicional a la va. Dicha proteccin marginal consiste de rocade 1-3 ton, una capa de filtro de 100-300 kg y una capa de 1-30 kg para proteger elgeotextil que se coloca sobre la playa y que evita la socavacin del pie de la proteccinmarginal.

El fondo de la proteccin marginal se colocar a NMBS -1m y tendr un pie de 4 metros delongitud que servir como roca que cubrir la primera erosin en el pie (en ingles: falling

apron).

=o=o=o=

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Anexo A

Diseo Estructural de Obras en Roca y de Dragado

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Anexo B

Especificaciones Tcnicas

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Anexo C

Planos

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Anexo D

Lista de Cantidades

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Anexo E

Indicacin de Mtodo Constructivo y Cronograma de Obra

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Anexo F

Estimacin de Costo