Un modelo matemático desarrollado en la Universidad de Cádiz mejora la estimación de arena necesaria para regenerar playas

Investigadores del Grupo de Ingeniería Costera de la Universidad de Cádiz han desarrollado un nuevo modelo matemático que permite calcular con mayor precisión la cantidad de arena necesaria para regenerar playas después de temporales o intervenciones costeras. El método, publicado en la revista científica Marine Geology, introduce un análisis detallado de la granulometría del sedimento para optimizar los proyectos de restauración litoral, reducir costes y minimizar el impacto ambiental de las aportaciones artificiales de arena.

Un equipo de científicos de la Universidad de Cádiz ha desarrollado un nuevo modelo matemático capaz de estimar con mayor exactitud el volumen de arena necesario para recuperar playas dañadas por temporales o para ejecutar proyectos de regeneración litoral. El método, publicado en la revista internacional Marine Geology, supone un avance significativo en la ingeniería costera al mejorar las herramientas disponibles para diseñar intervenciones de restauración de playas, uno de los procedimientos más utilizados en la gestión de zonas costeras sometidas a erosión.

La investigación ha sido realizada por especialistas del Grupo de Ingeniería Costera de la Universidad de Cádiz en colaboración con la Universidad de Florencia. El objetivo del trabajo es perfeccionar los cálculos que determinan cuánta arena debe aportarse a una playa para restituir su perfil tras un episodio de fuerte oleaje o después de obras marítimas que alteran el equilibrio sedimentario del litoral. En la actualidad, muchos proyectos de regeneración costera se basan en métodos desarrollados hace décadas, como el denominado ábaco de James, propuesto en 1975, que estima el volumen adicional de sedimento necesario para compensar las pérdidas provocadas por el oleaje. Sin embargo, estos modelos pueden resultar excesivamente conservadores y conducir a aportaciones superiores a las realmente necesarias.

Analizar el sedimento grano a grano

El nuevo enfoque introduce una mejora conceptual relevante al analizar el sedimento grano a grano, es decir, teniendo en cuenta la distribución granulométrica completa de la arena. Las playas no están formadas por partículas de tamaño uniforme, sino por mezclas complejas de granos que el mar selecciona y reorganiza durante décadas mediante procesos de transporte y deposición. Esa composición granulométrica es clave para la estabilidad del litoral: si la arena aportada es demasiado fina, el oleaje puede arrastrarla rápidamente mar adentro; si es demasiado gruesa, puede modificar la pendiente de la playa y alterar su dinámica natural.

El modelo matemático desarrollado por los investigadores compara de forma detallada la granulometría de la arena original de la playa con la del sedimento que se pretende utilizar en la regeneración. A partir de esa comparación, el algoritmo estima qué fracción del material aportado permanecerá en la orilla y cuál será transportada por las corrientes y el oleaje hacia el fondo marino o a lo largo de la costa. Este enfoque permite calcular con mayor precisión el volumen de sedimento que debe incorporarse al sistema costero para alcanzar el equilibrio morfodinámico deseado.

Pruebas experimentales

Las pruebas experimentales del modelo se realizaron utilizando muestras de arena procedentes de la playa gaditana de Santa María del Mar y sedimentos obtenidos del dragado del puerto de Cádiz. En el laboratorio, los investigadores separaron las partículas mediante sistemas de tamizado para determinar la proporción de cada tamaño de grano, comparando posteriormente ambas distribuciones para simular el comportamiento del material una vez vertido en la playa. Este análisis permitió comprobar que cuando la granulometría de la arena de aportación difiere significativamente de la original, los métodos clásicos pueden sobreestimar el volumen necesario de sedimento en más de un 60%, lo que incrementa considerablemente el coste de las intervenciones.

Desde el punto de vista de la ingeniería costera, esta mejora tiene implicaciones relevantes. La regeneración artificial de playas es una de las herramientas más utilizadas para combatir la erosión litoral en zonas turísticas y urbanizadas, pero su coste económico es elevado debido al transporte y vertido de grandes volúmenes de arena. Ajustar con mayor precisión el volumen necesario permite reducir significativamente el gasto público asociado a estas actuaciones, al tiempo que disminuye el impacto ambiental derivado de la extracción de sedimentos en canteras submarinas o dragados portuarios.

Además del ahorro económico, el nuevo modelo contribuye a preservar mejor la dinámica natural de los ecosistemas costeros. Las playas son sistemas morfodinámicos altamente sensibles en los que el equilibrio entre oleaje, corrientes y sedimentos determina su forma y estabilidad. Introducir sedimentos con características granulométricas inadecuadas puede alterar ese equilibrio, modificar la pendiente del perfil litoral e incluso afectar a los hábitats intermareales. El modelo propuesto permite minimizar estos efectos al seleccionar con mayor precisión el tipo y la cantidad de material que debe utilizarse en las regeneraciones.

Los investigadores subrayan que el método puede aplicarse tanto en intervenciones de restauración tras temporales como en proyectos de ingeniería costera asociados a obras portuarias, defensas litorales o ampliaciones de playas urbanas. En un contexto de aumento del nivel del mar y mayor frecuencia de temporales intensos debido al cambio climático, disponer de herramientas de modelización más precisas resulta fundamental para planificar la adaptación de las zonas costeras y optimizar las inversiones en protección del litoral.

Con su publicación en Marine Geology, una prestigiosa revista internacional de la editorial Elsevier especializada en geología marina y procesos costeros, el trabajo de la Universidad de Cádiz se incorpora al conjunto de investigaciones destinadas a mejorar los modelos predictivos de evolución litoral. Este tipo de herramientas científicas está adquiriendo un papel creciente en la ingeniería de costas, donde la combinación de datos granulométricos, dinámica del oleaje y modelización matemática permite diseñar intervenciones cada vez más eficientes y sostenibles para la gestión de playas y sistemas costeros.