Vezi articolul complet aici.
Ingineria de coastă este un tip de inginerie foarte specializată care este concepută pentru a aborda atât schimbările naturale, cât și cele provocate de om în zonele de coastă.
O soluție de inginerie de coastă bine gândită poate asigura protecția structurală și nestructurală împotriva schimbărilor de coastă și poate maximiza efectele benefice, minimizând în același timp impactul negativ al potențialelor soluții pentru zonele problematice de pe o linie de coastă.
Ingineria costieră implică o aplicare atât a științelor fizice, cât și a ingineriei și necesită o înțelegere aprofundată a zonei în cauză pentru a înțelege pe deplin natura și complexitatea problemei în cauză.
În Statele Unite, există peste 84.240 de mile de coastă, cu aproximativ 41% din această linie de coastă expusă în largul oceanului, iar restul este adăpostit de golfuri, estuare și lagune.
Cele mai vaste linii de coastă din SUA variază considerabil în ceea ce privește caracteristicile, cu țărmuri stâncoase în Noua Anglie, mlaștini în regiunea Middle-Atlantic, stânci de coastă în California și activitate post-volcanică în nordul Pacificului și Alaska.
Variația mare a tipurilor de linii de coastă americane demonstrează necesitatea unui studiu aprofundat înainte de a întreprinde un proiect de inginerie costieră.
Plajele și țărmurile au anumite apărări naturale împotriva eroziunii cauzate de valuri, curenți și furtuni. Acestea includ un fund înclinat în apropierea țărmului, care face ca valurile să se spargă în larg, disipându-și energia peste zona de surf. Alte forme de protecție pot include dunele de protecție și bermele de plajă care se formează în timp datorită acțiunii vântului și a apei.
Cu toate acestea, de-a lungul timpului, dezvoltarea artificială de-a lungul plajelor și coastelor a deteriorat multe dintre aceste protecții naturale împotriva eroziunii.
În plus, utilizarea căilor navigabile în scopuri de transport a deviat fluxul natural de apă care poate accelera rata de eroziune. Pierderea potențială a terenurilor din cauza eroziunii cauzate de furtuni, valuri și curenți poate cauza pierderi monetare semnificative proprietarilor și investitorilor.
Un inginer de coastă poate dezvolta adesea soluții pentru a ajuta la prevenirea sau reducerea riscului de eroziune în aceste zone. Pentru a face acest lucru, un inginer trebuie să înțeleagă nu numai principiile de bază ale ingineriei, ci și forțele naturale care cauzează eroziunea în primul rând.
Un proiect de inginerie de coastă se desfășoară în trei faze.
În primul rând, un inginer trebuie să efectueze un studiu pentru a înțelege sistemul fizic în joc pe linia de coastă și răspunsul țărmului la aceste forțe.
În al doilea rând, inginerul trebuie să proiecteze lucrări de coastă pentru a îndeplini obiectivele proiectului, care să se încadreze în limitele unui impact acceptabil asupra coastei.
În al treilea rând, inginerul trebuie să supravegheze construcția lucrărilor de coastă și să monitorizeze performanța acestora pentru a asigura o performanță corespunzătoare.
Acest articol va discuta primele două faze: studierea liniei de coastă și examinarea opțiunilor pentru proiectele de lucrări de coastă.
Prima fază: Studierea liniei de coastă
Înainte de a începe orice lucrare la un proiect de inginerie costieră, inginerul trebuie mai întâi să întreprindă un studiu cuprinzător al liniei de coastă în cauză pentru a înțelege pe deplin dinamica elementelor implicate.
Proiectele de coastă sunt unice prin faptul că implică intersecția dintre aer, pământ și apă, cu condiții care se schimbă frecvent. Un inginer trebuie să observe fiecare element, inclusiv oceanul și plaja, precum și modul în care plaja răspunde la diverse evenimente, cum ar fi furtunile, pentru a înțelege cum să proiecteze proiectul de lucrări de coastă.
Ca o chestiune inițială, inginerul trebuie să cerceteze intervalul de maree pentru locația geografică specifică. Aceste informații pot ajuta inginerul să înțeleagă nivelul la care valurile vor lovi plaja.
În mod similar, informațiile despre curent și valuri pot informa asupra modului în care apa se îngrămădește pe uscat sau asupra modului în care apa se va ridica în timpul unei furtuni.
În continuare, inginerii ar trebui să examineze plaja în sine pentru a determina tipul de sedimente prezente și panta plajei. Acești factori sunt un factor important de luat în considerare în construcția unui proiect de lucrări de coastă.
De regulă, particulele de nisip mai mari tind să se găsească pe plajele mai abrupte, în timp ce plajele ușor înclinate tind să aibă granule mai fine de nisip.
Inginerii ar trebui, de asemenea, să ia în considerare diferitele protecții naturale pe care le poate avea o zonă de coastă.
Insulele-bariere sunt o formă importantă de protecție fizică pentru anumite linii de coastă, în special de-a lungul coastei atlantice la sud de Long Island. În teorie, aceste insule protejează continentul de valuri; cu toate acestea, multe dintre ele au fost atât de puternic dezvoltate încât este posibil ca și propriile lor coaste să aibă nevoie de protecție.
Lagoanele sunt corpuri de apă puțin adânci care separă o plajă de barieră de continent. Lagunele sunt conectate la ocean printr-un golfuleț.
Aceste golfulețe pot asigura un pasaj de navigație spre mare și pot permite ca materialul de plajă îndepărtat de furtuni să fie dus înapoi în mare. Condițiile schimbătoare pot duce la închiderea anumitor intrări, în timp ce se deschid noi intrări.
Prin cercetare, inginerii vor observa răspunsul istoric al plajelor la condițiile schimbătoare. Litoralul are două răspunsuri dinamice primare la mare: un răspuns la condițiile normale și un răspuns la condițiile de furtună.
În condiții normale, energia valurilor oceanului este de obicei disipată de apărarea naturală a plajei, cum ar fi fundul înclinat din apropierea țărmului și dezvoltarea dunelor naturale de protecție.
Cu toate acestea, în timpul furtunilor, energia masivă a valurilor necesită adesea ca plajele să sacrifice cantități mari de coastă. Acest lucru poate duce la o pierdere permanentă de teren.
În timpul furtunilor, vânturile puternice generează valuri înalte și abrupte și pot duce la valuri de furtună care permit valurilor să lovească părți ale plajei care, în mod normal, nu sunt expuse la apă.
Aceste valuri sunt apoi capabile să erodeze plaja, berma și, uneori, dunele, antrenând materiale în fundul apropiat de țărm până când acestea formează o bară în larg. Această bară va avea apoi rolul de a sparge valurile mai departe în larg, protejând în cele din urmă plaja.
În cazul unor furtuni puternice, cum ar fi uraganele, nu este neobișnuit ca nivelurile ridicate ale apei din cauza valurilor de furtună să erodeze în câteva ore toate sau o parte a unei dune. În esență, plaja sacrifică o parte din plajă și din dună pentru a construi o bară în larg, împiedicând eroziunea în continuare.
În timp, plaja care a fost erodată de o furtună poate fi întoarsă la ea de către valuri. Cu toate acestea, pierderea terenului poate fi permanentă, mai ales dacă furtuna a fost deosebit de violentă sau dacă eroziunea a fost semnificativă.
Inginerii trebuie să țină cont și de ceea ce se numește transportul de nisip pe uscat, care reprezintă mișcarea sedimentelor atât paralel, cât și perpendicular pe țărm. Aceasta rezultă din agitarea sedimentelor de către valurile care se sparg și mișcarea acestor sedimente de către energia valurilor și de către curent.
Sedimentele care se deplasează în acest mod sunt cunoscute sub numele de materie litorală. Aceasta poate varia considerabil în funcție de sezon, de zi și chiar de la o oră la alta. În zonele cu golfuri și insule de barieră, transportul litoralului poate fi întrerupt, capturând nisipul în lagune.
Stabilitatea liniei țărmului este unul dintre principalele obiective ale unui proiect de inginerie costieră. O plajă este considerată stabilă atunci când ratele pe termen lung ale aprovizionării și pierderii de nisip sunt egale.
Există multe forțe care pot contribui la eroziunea liniei țărmului și la pierderea de nisip, fiecare dintre acestea trebuind să fie luată în considerare de către un inginer de coastă înainte de a se lansa într-un proiect.
Acestea pot include cauze naturale, cum ar fi creșterea nivelului mării, variabilitatea aprovizionării cu sedimente, valurile de furtună, supraînălțarea valurilor și a valurilor, deflația, transportul de sedimente longshore și sortarea sedimentelor de plajă.
Pot fi, de asemenea, cauzate de oameni, care pot apărea din cauza cedării terenului din cauza îndepărtării resurselor subsolului, întreruperii materialului în transport, reducerii aprovizionării cu sedimente, concentrării energiei valurilor pe plaje, creșterii variației nivelului apei, modificării protecției naturale a coastei sau îndepărtării materialului de pe plajă.
Câțiva dintre acești factori trebuie luați în considerare atunci când se studiază linia de coastă în anticiparea unui proiect de inginerie costieră.
Faza a doua: Proiectarea lucrărilor de coastă
După ce un studiu al liniei de coastă a fost finalizat, un inginer de coastă trebuie să ia în considerare în continuare tipul de proiect de lucrări de coastă care este adecvat pentru zona respectivă.
În timp ce caracteristicile naturale, cum ar fi dunele și bermele de plajă, pot oferi un anumit nivel de protecție, atunci când acestea au fost erodate de furtuni sau diminuate de dezvoltarea artificială, fără lucrări de coastă, valurile și valurile de furtună pot deteriora plaja, proprietățile de pe malul oceanului și nu numai.
Prima soluție pe care mulți ingineri de coastă o vor lua în considerare pentru protecția țărmului sunt protecțiile cvasi-naturale, cum ar fi, construirea artificială a dunelor de nisip sau alimentarea plajei.
Aceste metode pot ajuta la reținerea plajei în sine, la disiparea energiei valurilor și la refacerea dunelor ca apărare împotriva valurilor și a valurilor de furtună.
Amenajarea plajei are avantajul suplimentar de a lărgi plaja însăși, sporind valoarea sa recreativă.
Cu toate acestea, aceste opțiuni sunt doar remedieri temporare și nu vor fi soluții viabile pentru eroziunea pe termen lung cauzată de creșterea nivelului mării sau de o scădere a rezervei de sedimente în sistemul litoral.
Dacă ar fi necesară o soluție mai permanentă la eroziune pentru a proteja dezvoltările costiere, trebuie construite structuri artificiale.
Aceste proiecte se împart în două categorii: (1) structuri concepute pentru a împiedica valurile să ajungă într-o zonă portuară, cum ar fi pereții de compartimentare, digurile de protecție, digurile de protecție sau digurile de protecție și (2) structuri utilizate pentru a împiedica transportul pe uscat al derivației litorale, cum ar fi canalele și digurile.
Prima categorie de structuri este construită pe uscat pentru a oferi protecție pentru partea superioară a plajei care se află în fața unei dezvoltări litorale sau a unor faleze erozabile.
Bulkheads și pereții de protecție au un design similar, dar diferă în ceea ce privește scopul.
Pereții de protecție sunt proiectați în principal pentru a rezista valurilor și a reține o parte din sol, în timp ce pereții de protecție sunt proiectați în principal pentru a reține solul și, de asemenea, pentru a rezista valurilor. Ele pot fi construite din oțel, lemn, piloți de beton, gabioane sau movilițe de moloz.
Bulkheadele nu oferă o protecție suficientă pentru locațiile expuse la ocean din cauza eroziunii forestiere și a flancurilor. Pereții de compartimentare trebuie să fie combinați cu alte tipuri de protecție sau extinse într-un dig de protecție pentru a rezista valurilor directe.
Marele de protecție pot avea fețe verticale, curbate, în trepte sau înclinate. În timp ce digurile de larg protejează zona înaltă, ele pot crea o problemă la nivel local, deoarece forțele descendente pot îndepărta nisipul din fața zidului. Șorțurile de piatră pot preveni spălarea excesivă și subminarea.
De obicei, digurile de protecție sunt realizate din unul sau mai multe straturi de piatră de carieră sau unități de blindaj prefabricate din beton, cu un strat de filtrare care se suprapune peste un versant de sol gradat in situ.
Scopul unui dig de protecție este de a proteja fața de pantă existentă a unei dune. Ele nu sunt o structură de susținere, ci servesc ca un fel de armură pentru o dună sau un dig mai stabil.
Revemonturile au un efect mai puțin negativ asupra plajei decât un perete de protecție vertical, deoarece fața sa înclinată poate disipa energia valurilor.
Breakwaters sunt bariere care sunt concepute pentru a proteja orice formă de relief sau zonă de apă de valuri prin absorbirea energiei valurilor. Deoarece aceste structuri sunt construite în largul mării, ele sunt mai costisitoare decât structurile de pe uscat, cum ar fi digurile, și sunt utilizate în principal pentru protecția porturilor și în scopuri de navigație.
Breakwaters poate fi realizat în mai multe moduri, inclusiv paralel cu țărmul, detașat și segmentat. Digurile de protecție sunt construite de obicei cu secțiuni construite din dărâmături, cu piatră de armură care înglobează straturi inferioare și material de bază.
Îndiferent de modul în care sunt construite, ele pot reduce transportul de sedimente pe uscat, ceea ce duce la acumularea de nisip și la eroziunea propriu-zisă a plajei.
Pomparea nisipului din locul în care s-a acumulat către plaja erodată a fost o modalitate prin care inginerii de coastă au abordat această problemă.
Cea de-a doua categorie de structuri este concepută pentru a preveni transportul de sedimente pe uscat.
Aceasta include și canalele, care reprezintă o structură de barieră care se extinde de la un țărm în zona litorală.
Celelalte canalele sunt de obicei construite în serie pe lungimea plajei care urmează să fie protejată, pentru a modifica mișcarea nisipului, cu scopul final fie de a acumula nisip pe țărm, fie de a preveni pierderea de nisip.
Groinele au potențialul de a avea un impact negativ asupra altor plaje, deoarece nisipul prins nu va fi disponibil pentru acestea, astfel încât nisipul va trebui adesea să fie plasat în mod artificial pentru a preveni deteriorarea și eroziunea coastei respective.
Groinele pot fi construite folosind lemn, oțel, beton sau piatră de carieră și sunt clasificate, ca fiind înalte sau joase, lungi sau scurte, permeabile sau impermeabile, sau, fixe sau reglabile.
Jetoanele sunt folosite la intrări pentru a proteja navele de forțele valurilor, pentru a controla mișcarea nisipului de-a lungul plajelor pentru a preveni acumularea acestuia în canal și pentru a stabiliza poziția canalului de navigație.
Jetoanele sunt frecvent necesare la ambele capete ale unei intrări pentru a proteja un canal și a preveni umplerea acestuia cu nisip din cauza transportului pe uscat.
Ele pot fi construite dintr-o varietate de materiale, inclusiv din lemn, oțel, beton sau piatră de carieră.
Ca și în cazul spalierilor, digurile pot avea un impact negativ asupra plajelor aflate în derivă prin împiedicarea transportului de nisip pe uscat. Pentru a minimiza eroziunea acestor plaje, unele proiecte prevăd pomparea nisipului de la debarcader pe plaja în derivă.
În mod obișnuit, proiectele de lucrări de coastă sunt cel mai bine concepute ca proiecte de mare anvergură și cuprinzătoare. Protecția pentru loturi individuale sau proiecte mai mici tinde să eșueze, deoarece linia de coastă adiacentă va continua să se erodeze. Măsurile de protecție parțiale pot, de fapt, să accelereze această eroziune.
Acțiunea coordonată pe o zonă regională este mai eficientă, eficace și economică.
Importanța proiectelor de inginerie costieră
Conservarea nisipului prin proiecte de inginerie costieră bine planificate este vitală pentru conservarea plajelor și protejarea proprietăților și investițiilor de-a lungul țărmurilor din Statele Unite.
În timp ce plajele au un anumit grad de protecție naturală împotriva eroziunii, furtunile și dezvoltările făcute de om pot duce la retragerea plajelor – și la un potențial ridicat de deteriorare a locuințelor, a întreprinderilor și a infrastructurii în cazul unei furtuni.
Ingineria de coastă poate rezolva multe dintre aceste probleme prin proiecte strategice, cum ar fi dunele artificiale de nisip, digurile de protecție, digurile de protecție, digurile de protecție, digurile de protecție, digurile de protecție, cheiurile și pereții etanși.
Aceste proiecte sunt complexe. Ele necesită o înțelegere temeinică atât a principiilor inginerești, cât și a științei care stă la baza modului și a motivelor pentru care eroziunea are loc într-o anumită locație.
După un studiu atent și un proces de proiectare, un proiect de lucrări de coastă poate ajuta la prevenirea eroziunii și la protejarea atât a plajei, cât și a proprietăților dintr-o regiune de coastă.
Vezi articolul complet aici.