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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura.Ingeniera Civil
TESIS DE TITULACIN
HIDRAULICA DE ROS
MORFOLOGA, TECNICAS DE MEDICIN YMUESTREO EN ROS
ALEJANDRA NAVA HERNNDEZDARO CORTES BOW
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Hidrulica de Ros 1
D E D I C A T O R I A SA DIOS:
Por Haber me dado la vida,Fuerzas, muchas ganas para ser alguien en la vida,
Y por acompaarme siempre.A MI MADRE:
A quien la ilusin de su vida a sido convertirme en persona deProvecho a quien nunca podr pagar todos sus desvelos ni aun
Con las riquezas ms grandes Del mundo porque gracias a tu apoyoY consejo, he llegado a realizar la ms grande de mis metas la cual.
Constituye la herencia, mas valiosa que pudiera recibir deseo de todo corazn que mi.Triunfo profesional lo sientas como tuyo
Con amor, admiracin y respeto.
A MI TIO FER:Por que siempre me ayudo yMe dio Buenos consejos y e llegado haberlo como a
Un padre.A MI HERMANA:
Por su apoyo moral y por creer en mi.
A MAMA LUCHA:Porque siempre me dio su apoyo y Buenos consejos.
A MIS TIOS Y MIS PRIMOS:Por todo el apoyo y los consejos queMe brindaron siempre.
A MI ESPOSO:Que siempre a estado conmigo no importandoSi son momentos Buenos y malos impulsndome a seguirAdelante gracias.
A MIS AMIGOS Y AMIGAS:Evelina, Maritza, Mayeli, Isabel, Armando, Jos Lus,
Ismael, Miriam gracias por todo el apoyo que me brindaron.
A MIS PROFESORES:Por que gracias a sus conocimientos que nosBrindaron hemos logrado ser alguien en la vida.
A todas las dems personas que me ayudaron a cumplirMi objetivo gracias
ALEJANDRA NAVA HERNNDEZ
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Pero quien me escuche vivirTranquilo, seguro y sin temor del mal.Prov. 1,33
A mi Esposa:Tu Nombre
Trato de escribir en la oscuridad tu nombre,Trato de escribir que te amo, trato de decir a obscuras todo eso.
No quiero que nadie se entere, que nadie me mire a las tres de la maanaPaseando de un lado a otro de la estancia, loco, lleno de ti, enamorado, iluminado
Ciego, lleno de ti, derramndote. Digo tu nombre con todo el silencio de la noche,Lo grita mi corazn amordazado. Repito tu nombre, vuelvo a decirlo, lo digo incansablemente,
Y estoy seguro de que habr de amanecer.Jaime Sabines G.
A mis Hermanas:
Amo el canto del zentzontlePjaro de cuatrocientas vocesAmo el color del jade y el enervante perfumeDe las flores pero amo msA mi hermano el hombre.
Nezahualcoyotl.
A mis Padres:
Como un testimonio de infinito aprecio y agradecimientoPor una vida de esfuerzos y sacrificios brindndome siempre
Cario y apoyo cuando mas lo necesiteDeseo de todo corazn que mi triunfo profesional lo sientan como suyo
Con Amor, Admiracin y Respeto
DARO CORTS BOW.
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ANTECEDENTES
En el ltimo lustro se ha enfrentado la problemtica de lluvias torrenciales inditas deorigen ciclnico y convectivo en las regiones sur y sureste del pas. Las cuales
ocasionaron perdidas de vidas humanas y de su patrimonio, produciendo adems,
cuantiosos daos a la infraestructura de las ciudades.
Se considera como uno de sus grandes compromisos la planeacin estratgica de
obras hidrulicas y acciones no estructurales que coadyuven a evitar o minimizar los
riesgos de dao por fenmenos fluviales a las poblaciones, as como a la infraestructurade las ciudades.
Se advierten los grandes riesgos que reviste la problemtica citada, as como la
importancia de crear y difundir manuales tecno-didcticos que contengan el estado
actual del conocimiento e incorporen conceptos didcticos , que permitan la
capacitacin expedita de los cuadros tcnicos que construyen y operan las obras para
la proteccin y control de cauces.
Conforme la poblacin crece, el uso de los recursos hidrulicos experimenta mayor
demanda y se incrementa el aprovechamiento de las aguas superficiales y de las zonas
aledaas a los cauces. Se registra cada vez un mayor nmero de asentamientos en las
riveras de los ros, lo que ha provocado que los daos ocasionados por sus crecidas se
hayan incrementado y, lo que es mas grave, que aumente el peligro de perdidas de
vidas humanas. Estas circunstancias hacen cada vez ms necesarias las medidas de
proteccin y control de cauces.
Dada la complejidad del flujo en cauces naturales, que hoy en da es an una de las
fronteras del conocimiento y la tecnologa para afrontar los problemas que se derivan
del uso, proteccin y control de cauces, se ha desarrollado un gran nmero de mtodos
empricos y semiempricos. Para su empleo apropiado se requiere contar con
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elementos que de manera practica, oportuna y confiable guen a los profesionales
involucrados en esta problemtica a su solucin.
Comprende conceptos bsicos de la hidrulica fluvial, as como mtodos de diseo de
obras de proteccin que exponen de la manera ms prctica posible, algunos de los
complejos fenmenos de la dinmica fluvial, tcnicas de medicin y muestreo, y
acciones no estructurales que, en general, deben ser contempladas como componentes
estrechamente vinculados En el diseo de las diferentes obras y en la adopcin de
medidas no estructurales.
En aos recientes, los daos causados por grandes avenidas en diferentes partes del
pas ponen de manifiesto de la necesidad de una continua revisin y actualizacin de
los procedimientos y tecnologas disponibles para afrontar estos eventos.
Si bien la generalidad de los criterios bsicos para la estimacin de los parmetros de la
hidrulica fluvial no han cambiado de forma significativa, los equipos que se utilizan en
la medicin, adquisicin y procesamiento de datos han mejorado notablemente y ahora
se tienen condiciones para lograr una mayor eficiencia y confiabilidad en el diseo de
estas obras. Estos criterios clsicos que se siguen aplicando, as como algunos de
reciente publicacin, considerados de utilidad prctica y tambin se tienen en cuenta las
acciones no estructurales, ya que con su seguimiento oportuno se pueden salvar
muchas vidas.
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I N D I CE
INTRODUCCIONUNIDAD 1. HIDRAULICA FLUVIAL O DE ROS
1.1 DIFERENCIA ENTRE CANALES Y ROS
1.2 DEFINICION DE CANAL
1.3 GASTO O CAUDAL
1.4 LA RUGOSIDAD DE UN RO
1.5 LAS AVENIDAS1.6 REGIMEN DE UN RO
1.6.1 EL CURSO DE LOS ROS
1.6.2 REGIMEN HIDROLOGICO
1.6.3 CAUCES EN REGIMEN TORRENCIAL
1.6.4 CAUCES EN REGIMEN TRANQUILO
1.7 ESTUDIOS DE HIDRAULICA FLUVIAL E INGENIERIA DE ROS
1.7.1 TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN ROS
1.7.2 CORRIENTES NATURALES
1.7.3 ESTUDIOS PARA DISEO DE PUENTES Y DE CRUCES
SUBFLUVIALES
1.7.4 CONTROL DE INUNDACIONES
1.7.5 AVALANCHAS
1.7.6 DINAMICA DE CAUCES
1.7.7 OBRAS DE CONTROL
UNIDAD 2. MORFOLOGIA DE ROS
2.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES DE LOS ROS
2.2 EROSIN Y DEPOSITACIN
2.2.1 EROSIN
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2.2.2 DEPOSITACIN
2.3 CONSIDERACIONES PARA EL ESTUDIO DE LA MORFOLOGIA
DE ROS
2.4 CLASIFICACION DE LOS ROS DE ACUERDO CON SU
GEOMETRIA
2.4.1 TIPOS DE ROS DE ACUERDO CON EL GASTO Y LA CARGA DE
SEDIMENTOS
2.5 ROS MEANDRANTES
2.5.1 GEOMETRIA DE LOS MEANDROS2.5.2 CLASIFICACIN DE LOS ROS MEANDREANTES
Por sus Propiedades Geomtricas
Por su Confinamiento Geolgico
2.5.3 CAUSA QUE AFECTAN LA MORFOLOGIA DE UN RO
MEANDREANTE
2.6 CAUSAS DEL MEANDRO2.7 DESCRIPCION DEL ECOSISTEMA FLUVIAL
UNIDAD 3. TECNICAS DE MEDICION Y MUESTREO EN ROS
3.1 GENERALIDADES
3.1.1 GRANULOMETRIA
3.1.2 PRINCIPIO DE MOVIMIENTO
3.1.3 ACORAZAMIENTO
3.1.4 TECNICAS DE MUESTREO
3.1.5 NOCIONES DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Clasificacin del Transporte
Caudal Slido
Equilibrio de Fondo
Formas de Fondo
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3.2 MUESTREO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE FONDO
3.2.1 METODO DIRECTO
Mediciones Directas
Muestreadores
Nmero de Mediciones en cada Subseccion
Nmero de Subsecciones en la Seccin Transversal
Duracin del muestreo
Frecuencia del Muestreo
Principio de Operacin de los muestreadores tipo Trampa
Calibracin de Muestreadores
Muestreadores tipo Trampa ms comunes
3.2.2 METODOS INDIRECTOS
Estudios de Migracin de Formas de Fondo
Estudios de Erosin y sedimentacin
Estudios con Trazadores
Otros Mtodos de Medicin indirecta.
3.3 MUESTEO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS SUSPENDIDOS
3.3.1 PRINCIPIOS DE MEDICION
3.3.2 MUESTREO CON EL METODO INDIRECTO
Nmero de Muestras
Principio de operacin de muestreadores indirectos Muestreadores indirectos ms comunes
3.3.3 MUESTREO CON EL METODO DIRECTO
Muestreadores de sedimentos ms comunes
3.4 ESTIMACION DE LA CARGA TOTAL
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CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
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I N T R O D U C C I O N
Las ms importantes civilizaciones se asentaron en las riberas de grandes ros:
Mesopotamia en una regin muy frtil alimentada por los ros Tigris y Eufrates; Egipto
debe su vida al Nilo; China, al Yangtze; la india, al Indo y al Ganges, y la civilizacin
azteca en Mxico se encontraba dentro del complejo lacustre en Tenochtitlan, entre
otras grandes culturas.
Dentro de este binomio beneficio-dao, dada su particular forma de vida, eran muysuperiores los beneficios en relacin con los daos. Asimismo, tenan conocimiento de
la variacin espacial y temporal del recurso, lo que aunado a la necesidad de contar con
el agua y protegerse de ella, motiv el planteamiento de importantes obras hidrulicas,
cuyos vestigios sorprenden al advertir su concepcin y funcionalidad. Cuatro mil aos
antes de Cristo, estos antiguos pobladores construan presas de almacenamiento,
canales para riego agrcola y acueductos, con lo que hacan llegar el agua de la fuente
a la ciudad para usarla de manera domstica.
El control de los ros ha sido objeto de estudio desde la antigedad y fue tal su
importancia que un ingeniero hidrulico lleg a ser emperador de China. El emperador
Yau haba ordenado la regulacin de los ros en China. El hombre encargado de esto,
despus de construir diferentes obras durante 12 aos, fue incapaz de dar la proteccin
esperada y cay en desgracia, pero su hijo, Yu, contino este esfuerzo. La historia
dice que Yu tuvo xito despus de ocho aos de trabajo en controlar no slo en Hwang
Ho sino tambin el Yangtse Kiang. Yu fue nombrado emperador en 2278 A.C. El granYu hablo de s mismo como el hombre que gui nueve ros hacia el mar. Los
historiadores chinos escribieron la regulacin de cada ro de acuerdo con Yu fue de
manera que cada ro se trato de acuerdo con sus propiedades. Estos ros
permanecieron en sus cauces por casi 1,700 aos.
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La ingeniera civil, en su especialidad de hidrulica fluvial, ha realizado importantes
esfuerzos en las cinco Dcadas pasadas para comprender los mecanismos de la
dinmica del sedimento en las corrientes de agua, con la finalidad de que losconocimientos se apliquen en la realizacin de obras hidrulicas de proteccin y control
de cauces.
La hidrulica fluvial ha identificado como temtica medular u origen de la problemtica
fluvial, la morfologa de los ros, los sedimentos y sus propiedades, el transporte de
sedimentos, la estabilidad de los cauces y la socavacin.
Al paso del tiempo, el natural y continuo desarrollo de las poblaciones y de suseconomas han llevado a las ciudades a un crecimiento tal, que un fenmeno fluvial
extremo implica mayores riesgos para sus habitantes, as como para la infraestructura
habitacional, vial, industrial, de telecomunicaciones y agrcola.
Los problemas originados por lluvias torrenciales se complican cuando a causa de las
caractersticas propias de los suelos por donde transitan los ros y en ocasiones a
problemas de deforestacin, estos transportan grandes cantidades de sedimentos ya
sea en su fondo o suspendidos afectando el funcionamiento de turbinas y sistemas de
bombeo.
As mismo se requieren acciones no estructurales, como pronstico, la planeacin de
estrategias y sistemas de prevencin, que permitan la anticipacin de medidas que
eviten o reduzcan los efectos destructivos de los fenmenos fluviales extremos.
Los problemas de ingeniera de ros que plantea la situacin anterior cuando coincidecon actividades humanas son cada vez ms complejos, ya que dependen de la
demanda de la poblacin por utilizar los ros para varios propsitos acordes con su
desarrollo. Siendo los mas importantes el abastecimiento de agua, la generacin de
electricidad, el riego agrcola y la navegacin.
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Otro caso singular ocurre en la cultura azteca-mexica, donde el rey Nezahualcyotl,
quien fuera un verdadero maestro de la hidrulica, construye un gran dique para
proteger de las inundaciones a su reino, adems de construir importantes acueductos.
Los estudios matemticos de canales hidrulicos empezaron con Guglielmini (1655-
1710), a quien algunas veces se llama padre de la hidrulica de ros. Entre sus
contribuciones ms importantes destaca la publicacin en 1690 de Aquarum fluentium
mensura nova methodo inquisita, relacionada con un mtodo para medir el flujo del
agua con una pelota suspendida, y el tratado Della natura dei fiumi, publicado en 1697
las contribuciones de Guglielmini a la hidrulica de los ros las obtuvo mas porobservaciones de campo que por experimentacin en laboratorio.
A partir de 1800 se construyeron los primeros modelos de fondo mvil en ros, su
pionero fue Fargue (1827-1910), quien redujo un tramo de un ro natural en laboratorio,
reduciendo casi arbitrariamente las escalas de ancho, tirante y tiempo.
Una nueva era en la hidrulica de ros empez en el siglo XIX, con la construccin de
laboratorios diseados especialmente para resolver problemas de ros y canales, con la
experimentacin, el campo del transporte de sedimentos mejor considerablemente. El
primero de los laboratorios lo construy Engels (1854-1945). Engels comenz a hacer
investigacin experimental con Dresden desde 1891, pero el laboratorio Flussbau
estuvo disponible a partir de 1898; se realizaron muchos experimentos de fondo mvil
que incluan estudios sobre la socavacin en pilas de puentes, reproduccin de tramos
de ros, configuraciones de fondo, etctera.
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UNIDAD 1. HIDRULICA FLUVIAL O DE ROS
La hidrulica fluvial trata de las intervenciones humanas en los ros para su adecuacinal aprovechamiento de los recursos o a la reduccin de los riesgos de dao.
El ro no es un objeto de la ingeniera civil como una carretera o un ferrocarril, el ro es
un elemento natural que recoge las aguas de una cuenca y las transporta en cualquier
rgimen hasta su desembocadura.
El antecedente o el punto de referencia ms directo en los estudios de la ingeniera civilpara entender un ro es la hidrulica del rgimen laminar y las obras hidrulicas, para
transporte en el mismo rgimen, en otras palabras se trata de los canales, la hidrulica
proporciona una base de anlisis de ciertos problemas fluviales pero pensar que la
hidrulica fluvial es meramente una extensin de la hidrulica de canales es un grave
error.
1.1 DIFERIENCIAS ENTRE CANALES Y ROS
Los ros y canales tienen en comn transportar agua en rgimen laminar pero sus
diferencias se inician con lo ms bsico:
Cunta agua transporta?
Cundo la transporta?
Por dnde la transporta?
Sobre que material?Con qu caractersticas hidrulicas?
Qu ms transportan?
Con qu se apoyan para transportarlo?
Es necesario el apoyo de una obra para el aprovechamiento de esa agua?
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1.2 DEFINICIN DE CANAL
El canal es una obra de ingeniera civil como otras obras de infraestructura, en el canallas preguntas anteriores se responden mediante un proyecto en el cual se elige el
caudal de diseo (cunto) el cual puede ser constante, el rgimen de exploracin
(cundo), el trazado (por dnde), el revestimiento (sobre qu y con qu se apoya), la
seccin tipo (calculo hidrulico) y se proyectan quizs medidas para evitar la entrada de
sedimentos o su decantacin en un desarenador (apoyo de una obra).
1.3 GASTO O CAUDAL DE UN RO
El ro por el contrario no hay determinaciones previas, las respuestas son en todo caso
objeto de estudio de la hidrolgia, la geomorfologa, la hidrulica martima y otros
apoyos de estudio, el caudal de un ro es siempre variable segn el rgimen hidrolgico
de la cuenca, en una escala de tiempo estacional o bien restringida a un episodio
meteorolgico.
1.4 LA RUGOSIDAD DE UN RO
La rugosidad de un canal es un parmetro bien definido y determinante de su
capacidad. En un ro, el canal circulante y la altura del agua estn relacionados de
manera ms compleja, pues existe una resistencia al flujo por el tamao del grano del
material de fondo y otra aadida por las formas del fondo granular.
1.5 LAS AVENIDAS
Los ros experimentan un fenmeno extraordinario a los que se sustraen los canales:
las avenidas. Durante el curso se utiliza la nocin de avenida muchas veces, como
aquella situacin que crea las mayores solicitaciones: poner a prueba la estabilidad de
un cauce, causa las mayores erosiones, provoca el desbordamiento o inunda, etc. En
los ros grandes las avenidas son aumentos del caudal y subidas del nivel de las aguas,
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incluso graves, pero no son un fenmeno independiente. Para muchos conceptos y
clculos es preciso guardar esta nocin de avenida. En estos sucesos se conjugan
factores hidrolgicos (tamao pequeo de las cuencas), hidrulicos (pendiente alta delos causes) y transporte de sedimentos (gran magnitud). La avenida se puede presentar
como una pared rugiente de agua y material solid. Estos fenmenos son muy
desconocidos todava.
La diversidad de los ros es tan grande como la diversidad geogrfica del mundo: el
clima, el relieve, la geologa, la ecologa dan lugar a ros muy distintos entre si.
Los diseos de las obras que se construyen en los ros para suministro de agua,
vertimiento de excesos, encauzamiento, como proteccin del fondo y de las mrgenes
estn dentro del campo de la ingeniera de ros.
La hidrulica fluvial combina conceptos de materias afines de la hidrulica en general y
otras reas de la ingeniera como la hidrulica clsica bsica, la hidrologa, hidrulica
martima, los estudios de geotecnia, topografa, fotogrametra, los transportes y la
ingeniera de transito, geomorfologa y transporte de sedimentos, biologa, etc.
1.6 RGIMEN DE UN RO
Las aguas que discurren por la superficie de las tierras emergidas son muy importantes
para los seres vivos, a pesar de que suponen una nfima parte del total de agua que
hay en el planeta. Su importancia reside en la proporcin de sales que llevan disueltas,
muy pequea en comparacin con las aguas marinas. Por eso decimos que se trata deagua dulce.
En general proceden directamente de las precipitaciones que caen desde las nubes o
de los depsitos que estas forman. Siguiendo la fuerza de la gravedad, los ros
discurren hasta desembocar en el mar o en zonas sin salida que llamamos lagos.
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En los cauces de rgimen tranquilo , tambin denominados de llanura, las aguas se
desbordan cuando los caudales de creciente superan la capacidad a cauce lleno. Por
su lado en los tramos de rgimen torrencial o de montaa, se presentan principalmentefenmenos de socavacin de fondo y erosin de mrgenes.
1.6.1 El curso de los ros
Los ros nacen en manantiales a partir de aguas subterrneas que salen a la superficie
o en lugares en los que se funden los glaciares. A partir de su nacimiento siguen la
pendiente del terreno hasta llegar al mar. Un ro con sus afluentes drena una zona
llamada "cuenca hidrogrfica".
Desde su nacimiento en una zona montaosa y alta hasta su desembocadura en el
mar, el ro suele ir disminuyendo su pendiente. Normalmente la pendiente es fuerte en
el primer tramo del ro (curso alto), y muy suave cuando se acerca a la desembocadura
(curso bajo). Entre las dos suele haber una pendiente moderada (curso medio).
Los ros sufren variaciones en su caudal, que aumenta en las estaciones lluviosas o de
deshielo y disminuye en las secas. Las crecidas pueden ser graduales o muy bruscas,dando lugar a inundaciones catastrficas.
1.6.2 Rgimen hidrolgico
Las variaciones de caudal definen el rgimen hidrolgico de un ro. Las variaciones
temporales se dan durante o despus de las tormentas. En casos extremos se puede
producir la crecida cuando el aporte de agua es mayor que la capacidad del ro para
evacuarla, desbordndose y cubriendo las zonas llanas prximas. El agua que circulabajo tierra (caudal basal) tarda mucho ms en alimentar el caudal del ro y puede llegar
a l das, semanas o meses despus de la lluvia que gener la escorrenta.
Si no llueve en absoluto o la media de las precipitaciones es inferior a lo normal durante
largos periodos de tiempo, el ro puede llegar a secarse cuando el aporte de agua de
lluvia acumulada en el suelo y el subsuelo reduzca el caudal basal a cero. Esto puede
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tener consecuencias desastrosas para la vida del ro y sus riberas y para la gente que
dependa de ste para su suministro de agua.
La variacin espacial se da porque el caudal del ro aumenta aguas abajo, a medida
que se van recogiendo las aguas de la cuenca de drenaje y los aportes de las cuencas
de otros ros que se unen a l como afluentes. Debido a esto, el ro suele ser pequeo
en las montaas, cerca de su nacimiento, y mucho mayor en las tierras bajas, prximas
a su desembocadura.
La excepcin son los desiertos, en los que la cantidad de agua que se pierde por la
filtracin o evaporacin en la atmsfera supera la cantidad que aportan las corrientessuperficiales. Por ejemplo, el caudal del Nilo, que es el ro ms largo del mundo,
disminuye notablemente cuando desciende desde las montaas del Sudn y Etiopa, a
travs del desierto de Nubia y de Sahara, hasta el mar Mediterrneo.
1.6.3 Cauces en rgimen torrencial.
El rgimen torrencial se caracteriza porque el flujo tiene una velocidad alta, el nmero
de Froude Fr= v/ gl es mayor que 1 y la lnea del agua se ve afectada por laformacin de resaltos que son ocasionados por las irregularidades del fondo y de las
secciones transversales.
Los ros de montaa tienen rgimen torrencial. Debido a su gran pendiente tienen una
alta capacidad de transporte de sedimentos, el cual es alimentado por los procesos
erosivos que se presentan en fondo y contra los taludes.
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Cuando se producen deslizamientos de los taludes existe el peligro de que se formen
presas naturales en el cauce. Al romperse las presas se generan avalanchas.
Son cauces con gran capacidad de arrastre de sedimentos. La cantidad de material que
efectivamente transportan estos cauces depende de la conformacin del fondo y de la
potencialidad de la fuente que produce los sedimentos. El lecho del ro puede ser
rocoso, aluvial o de material cohesivo. En el primer caso la seccin transversal es
estable; en el segundo se presenta transporte de material aluvial dentro de la capa de
material suelto, y en el tercero el grado de cohesin es un factor que reduce la
posibilidad de movimiento del material de fondo, en comparacin con el material aluvial
del mismo tamao.
La socavacin se clasifica como socavacin general y socavacin local. La general es
la que se produce en lechos aluviales o cohesivos por efecto de la dinmica de la
corriente y est relacionada con la conformacin del nivel de base. Es un fenmeno a
largo plazo, aun cuando eventos catastrficos pueden acelerarlo.
La socavacin local se presenta en sitios particulares de la corriente y es ocasionada
por el paso de crecientes y por la accin de obras civiles, como obras de
encauzamiento, espolones, puentes con pilas o estribos dentro del cauce, obras
transversales de control, etc.
La socavacin en un tramo de una corriente natural es la suma de las dos
componentes, la socavacin general y la socavacin local.
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Antes de disear obras para tratamiento de cauces es necesario conocer la magnitud
de la socavacin. Para determinar la magnitud de la socavacin general se deben
realizar anlisis geomorfolgicos entre puntos de control, o sea entre seccionesestables. Estos anlisis se basan en el estudio de fotografas areas y cartografa de
diferentes pocas, y en los cambios que se aprecien en observaciones de campo y en
levantamientos topogrficos.
La socavacin local tiene dos componentes, la producida por el paso de crecientes y la
correspondiente a la construccin de obras civiles. Para calcular la primera existe un
sinnmero de frmulas, que son modificadas continuamente por sus autores, a medida
que se avanza en la experimentacin de campo. Se basan principalmente en el efecto
de la fuerza tractiva sobre la carga de fondo.
Para el clculo de la socavacin local por efecto de pilas y estribos de puentes, muros
longitudinales, obras transversales, etc., hay necesidad de revisar las experiencias que
existen en cada caso particular y las frmulas empricas que se han desarrollado.
1.6.4 Cauces en rgimen tranquilo.
Cuando la pendiente del cauce es pequea, o cuando el flujo en el tramo que se
considera en el estudio est regulado por una curva de remanso, el rgimen es
tranquilo, generalmente subcrtico. En este caso, la capacidad de transporte de
sedimentos es baja, y el ro puede comenzar a depositar parte de los sedimentos de
suspensin y de fondo que trae desde zonas de mayor capacidad de transporte. La
metodologa que se utiliza para determinar las tasas de transporte utiliza las mismas
frmulas que se han descrito para los tramos de rgimen torrencial.
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Las corrientes de llanura se caracterizan porque la pendiente es pequea, lo cual incide
en una baja capacidad de transporte de sedimentos y en una tendencia a inundar reas
adyacentes.
El fenmeno principal que se presenta en los tramos de baja pendiente y rgimen
tranquilo es de agradacin (el fenmeno denominado agradacin, que consiste en una
afluencia masiva de sedimentos gruesos que elevan el nivel del cauce). La magnitud
de este fenmeno puede calcularse mediante controles peridicos de los cambios que
se producen en la geometra del cauce, o con realizacin de balances en tramos
determinados. Para realizar los balances deben medirse los volmenes de sedimentos
que entran y salen del tramo. Los fenmenos combinados de erosin y agradacin
generan cambios en la configuracin del fondo, y formacin de brazos e islas. Estos
cambios sern ms grandes entre mayores sean las tasas de transporte, y pueden
producir modificaciones importantes en el rgimen de flujo durante los perodos crticos
de estiaje y crecientes.
Cuando el ro recorre un tramo plano, de llanura, existe una posibilidad grande de que
se presenten desbordamientos, los cuales ocupan la zona plana adyacente, o llanurade inundacin. Las cotas mximas de agua en condiciones de creciente se calculan por
medio de frmulas de flujo variado en canales de seccin compuesta. Las cotas
calculadas, ms el borde libre, permiten definir sobre la cartografa de la zona la
magnitud de la zona inundable para diferentes niveles de probabilidad, en condiciones
de desborde no controlado.
1.7 ESTUDIOS DE LA HIDRAULICA FLUVIAL E INGENIERIA DE ROS.
Corrientes naturales
Transporte de sedimentos en ros
Estudios para diseo de puentes y de cruces subfluviales.
Control de inundaciones
Avalanchas
Dinmica de los cauces
Obras Fluviales
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La Hidrulica Fluvial combina conceptos de Hidrologa, Hidrulica General,
Geomorfologa y Transporte de sedimentos. Estudia el comportamiento hidrulico de los
ros en lo que se refiere a los caudales y niveles medios y extremos, las velocidades deflujo, las variaciones del fondo por socavacin y sedimentacin, la capacidad de
transporte de sedimentos y los ataques contra las mrgenes.
Los diseos de las obras que se construyen en los ros para suministro de agua,
vertimiento de excesos, encauzamiento, proteccin del fondo y de las mrgenes estn
dentro del campo de la Ingeniera de Ros.
1.7.1 Transporte de sedimentos en ros.
El proceso de produccin de sedimentos en las cuencas y su transporte por parte de las
corrientes naturales es muy complejo. La cuantificacin de los sedimentos para
proyectos de Ingeniera se basa actualmente en mediciones y en la aplicacin de
mtodos empricos.
1.7.2 Corrientes naturales.
Las corrientes de montaa tienen altas pendientes y gran capacidad de transporte de
sedimentos; adems, generan fenmenos importantes de socavacin de fondo y de
ataques contra las mrgenes. En las corrientes de llanura tambin existen procesos de
transporte de slidos, socavacin y ataques contra las mrgenes en magnitudes
relativamente moderadas; sin embargo, los depsitos de sedimentos que llegan de las
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partes altas y los aumentos de nivel por baja velocidad del agua inciden en los
desbordamientos y en la inundacin de zonas aledaas.
1.7.3 Estudios para diseo de puentes y de cruces subfluviales.
Los estudios de Hidrulica Fluvial para diseo de puentes y de cruces subfluviales
utilizan informacin y procedimientos similares, pero los resultados que se buscan son
particulares de cada caso. Los puentes se utilizan para salvar depresiones o cruzar
corrientes naturales en sistemas carreteros, peatonales, ferroviarios, de conduccin de
agua y oleoductos. Los objetivos de los estudios hidrulicos son el dimensionamiento
del puente en lo referente a altura y luces, el encauzamiento de la corriente y laproteccin de estribos y pilas contra socavacin y ataques de la corriente.
Los cruces subfluviales tienen mucho uso en el transporte de agua y en los oleoductos
porque resultan a veces menos costosos y ms seguros que los puentes. En este caso
los objetivos de los estudios hidrulicos son la determinacin de la profundidad que
debe tener el conducto por debajo del lecho de la corriente y la seguridad de las
instalaciones que conectan el paso subfluvial con los tramos de llegada al cruce y salida
del mismo.
Para la determinacin de la profundidad que debe tener el conducto por debajo del
lecho es necesario realizar estudios hidrulicos de la corriente y estimar profundidades
de socavacin. Para la seguridad de las instalaciones de conexin se deben analizar
los niveles mximos de la corriente y las protecciones de las
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mrgenes.
Por medio de la Hidrologa se analiza la cuenca vertiente y se cuantifican los regmenes
de Caudales, Niveles y Sedimentos del ro en el tramo de influencia de la obra.
Combina conocimientos de Hidrologa General, Transporte de Sedimentos y Corrientes
naturales, entre otros.
Los estudios de Hidrulica contienen los aspectos de Hidrulica Fluvial que tienen que
ver con las caractersticas del ponteadero o del sitio del cruce, la relacin Nivel-Caudal
en el cauce, las velocidades y las trayectorias del flujo, la geomorfologa del cauce y las
magnitudes de las fuerzas que afectan el fondo del cauce, las mrgenes y la estructura
de la obra. La determinacin de las variables Hidrulicas se basa en el anlisis de la
informacin Hidrolgica, en los registros de los levantamientos topogrficos, en los
anlisis granulomtricos y de clasificacin de muestras del material que conforma el
lecho y las orillas del cauce, y en los estudios de Geotecnia y de Geomorfologa que
deben desarrollarse paralelamente con el estudio de Hidrulica Fluvial. Por ltimo, en el
estudio de Socavacin se hace un pronstico de las variaciones que pueden
presentarse en el futuro en la geometra de la seccin transversal del cauce en el sector
del ponteadero o del cruce; estas variaciones dependen de la conformacin del lecho y
de las mrgenes, de la pendiente del cauce, del paso de crecientes extraordinarias y dela localizacin del cruce dentro del cauce.
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1.7.4 Control de inundaciones.
Las inundaciones son eventos que se presentan por desbordamiento en los tramosbajos de las corrientes naturales donde la pendiente del cauce es pequea y la
capacidad de transporte de sedimentos es reducida. La definicin de las zonas
inundables est relacionada con el concepto de "ronda". Esta es una franja en la cual
quedan incluidos el cauce mayor y una zona de seguridad. Por fuera de la "ronda"
quedan las planicies que son potencialmente inundables durante las crecientes
extraordinarias.
En la mayora de los casos las inundaciones que son producidas por crecientesextraordinarias no pueden evitarse y entonces se procede a mitigar sus efectos
mediante los mtodos de Control de Inundaciones.
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1.7.5 Avalanchas.
Aunque el trmino Avalanchas se refiere a los aludes de nieve, su nombre es utilizadocomnmente para designar los flujos de agua con lodos y detritos que ocurren en los
cauces de los ros como eventos extraordinarios por causa de sismos, erupciones
volcnicas o lluvias intensas. Cuando las avalanchas se generan por erupciones
volcnicas en picos nevados reciben el nombre de lahares.
1.7.6 Dinmica de los cauces.
La dinmica de los cauces depende de su caracterizacin hidrulica, la cual se basa en
los siguientes aspectos:
Geometra del cauce.
Rgimen de flujo.
Viscosidad del agua.
Capacidad de transporte de sedimentos.
Posibilidad de desbordamientos.
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La geometra del cauce est representada por la pendiente longitudinal y por las
caractersticas de la seccin transversal.
Pendiente longitudinal.
En cauces naturales la pendiente longitudinal se mide a lo largo de la lnea del agua,
debido a que el fondo no es una buena referencia, tanto por su inestabilidad como por
sus irregularidades. La pendiente de la lnea del agua vara con la magnitud del caudal,
y esa variacin es importante cuando se presentan cambios grandes del caudal en
tiempos cortos, por ejemplo al paso de crecientes.
Los perodos que tienen un caudal ms o menos estable es posible relacionar las
pendientes con los caudales utilizando registros de aforos.
Seccin transversal.
En los cauces naturales las secciones transversales son irregulares y la medicin de
sus caractersticas geomtricas se realiza con levantamientos batimtricos.
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El rgimen de flujoen un tramo particular de una corriente natural se clasifica en funcin
del Nmero de Froude, NF, el cual es una relacin adimensional entre fuerzas de
inercia y de gravedad.
En el rgimen supercrtico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de cauces de
gran pendiente o ros de montaa. El flujo subcrtico (NF
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pendientes superiores al 3 %, y las velocidades de flujo resultan tan altas que pueden
mover como carga de fondo sedimentos de dimetros mayores de 5 centmetros,
adems de los slidos que ruedan por desequilibrio gracias al efecto de lubricacinproducido por el agua.
Desbordamientos: Cuando el cauce pasa de un tramo de pendiente alta a otro de
pendiente baja, su capacidad de transporte se reduce y comienza a depositar los
materiales que recibe del tramo anterior. En este proceso forma islas y brazos y puede
tomar una conformacin trenzada, con cauce divagante. Adems, el material que se
deposita eleva el fondo del cauce y disminuye su capacidad a cauce lleno.
1.7.7 Obras de control.
El diseo de las obras apropiadas a cada caso debe hacerse luego de que se conozcan
los resultados de los estudios hidrulicos y geomorfolgicos del tramo que recibe la
influencia de la construccin de dichas obras. Los resultados de los estudios hidrulicos
y geomorfolgicos presentan pronsticos sobre la evolucin futura de la corriente y
estimativos sobre magnitudes de los caudales medios, mnimos y de creciente, niveles
mnimos, mximos y medios, posibles zonas de inundacin, velocidades de flujo,
capacidad de transporte de sedimentos, socavacin y agradacin.
Las obras ms comunes en corrientes naturales son las siguientes:
Obras transversales para control torrencial. Operan como pequeas presas vertedero.
Su objetivo principal es el de reducir la velocidad del flujo en un tramo especfico, aguas
arriba de la obra. Actan como estructura de control. Pueden fallar por mala
cimentacin, o por socavacin generada inmediatamente aguas abajo.
Espolones para desviacin de lneas de flujo. Son estructuras agresivas que, en lo
posible, deben evitarse porque pueden producir problemas erosivos sobre las mrgenes
del tramo aguas abajo.
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Espolones para favorecer los procesos de sedimentacin. Son efectivos cuando se
colocan en un sector de alto volumen de transporte de sedimentos en suspensin. Son
estructuras permeables, cuyo objetivo es inducir la sedimentacin en un tramoadyacente, aguas arriba de las obras. Pueden fallar por erosin en la punta del espoln
o en el tramo inmediatamente aguas abajo.
Obras marginales de encauzamiento. Son obras que se construyen para encauzar una
corriente natural hacia una estructura de paso. En el diseo debe considerarse que
estas obras de encauzamiento producen un aumento en la velocidad del agua con el
consiguiente incremento en la socavacin del lecho.
Obras longitudinales de proteccin de mrgenes contra la socavacin. Son muros o
revestimientos, suficientemente resistentes a las fuerzas desarrolladas por el agua. En
algunos casos tambin deben disearse como muros de contencin. Pueden fallar por
mala cimentacin, volcamiento y deslizamiento.
Acorazamiento del fondo. Consisten en refuerzo del lecho con material de tamao
adecuado, debidamente asegurado, que no pueda ser transportado como carga de
fondo. Algunas veces la dinmica del ro produce tramos acorazados en forma natural.
El fondo acorazado es un control de la geometra del cauce.
Proteccin contra las inundaciones. Son obras que controlan el nivel mximo esperado
dentro de la llanura de inundacin. Pueden ser embalses reguladores, canales
adicionales, dragados y limpieza de cauces, o jarillones. Estas obras pueden ser
efectivas para el rea particular que se va a defender, pero cambian el rgimen naturaldel flujo y tienen efectos sobre reas aledaas, los cuales deben ser analizados antes
de construir las obras.
Los materiales de uso frecuente en este tipo de obras son los siguientes:
Concreto: ciclpeo, simple o reforzado.
Gaviones, colchonetas.
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Piedra suelta, piedra pegada.
Tablestacas metlicas o de madera.
Pilotes metlicos, de concreto o de madera. Bolsacretos, sacos de suelo-cemento, sacos de arena.
Fajinas de guadua.
Elementos prefabricados de concreto: Bloques, hexpodos, etc.
El diseo de las obras combina varias disciplinas, Hidrulica Fluvial, Geotecnia y
Estructuras. La primera, como ya se ha explicado, suministra la informacin bsica que
permite determinar las condiciones de cimentacin y la magnitud de las fuerzas que van
a actuar sobre las obras que se proyecten.
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UNIDAD 2.- MORFOLOGA DE ROS
La prediccin de los cambios de forma de un ro es importante por muchas razones,para la seleccin de la ubicacin de un puente y para conocer como podra ser el
comportamiento de un ro en el futuro, de manera que se puedan proteger las
estructuras.
Es necesario tambin evaluar la respuesta de un ro a diferentes mtodos de proteccin
de mrgenes. En un ro que migra es valioso evaluar la erosin de las mrgenes y el
desarrollo de meandreo. En caso de la construccin de presas de almacenamiento o dederivacin es necesario evaluar el cambio del rgimen del ro y a su vez, el meandreo
aguas debajo de la presa.
2.1 CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES DE LOS ROS
Se estudiaran las caractersticas fsicas que conforman un ro, los tipos de ros, su
morfologa y factores que influyen en la morfologa de un ro.
Todos los ros constan de una corriente tanto de agua como de sedimentos materiales
procedentes de rocas y productos orgnicos cuyo tamao vara desde finas partculas
arcillosas hasta cantos rodados - . De este modo, el relieve que genera un ro no
depende slo de las caractersticas de la corriente, en especial de su caudal de
distribucin en el tiempo y de la energa, sino tambin de la cantidad de tamaos de
sedimentos que arrastre. Otro elemento que contribuye en el modelado es la geologa
de la cuenca, que determina el tipo y la cantidad de sedimentos, que afectan a la accinerosiva del ro, ya que algunas rocas son mas duras que otras.
Los principales factores responsables de la formacin y evaluacin de los ros y su
modelado son la erosin, el acarreo de sedimentos y la deposicin, los ros pueden
modificar el paisaje, puesto que la energa potencial del agua se transforma, en su
recorrido descendente, en energa cintica responsable de la erosin, el transporte y la
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deposicin, la cantidad de energa potencial que dispone un ro es proporcional a su
altitud inicial con respecto al mar. Con el fin de minimizar la conversin de energa
potencial en energa trmica (o calor) como consecuencia de la friccin y, por tanto,aumentar la energa cintica, el ro sigue el curso que menos resistencia presente.
Incluso as, se estima que el 95 % de la energa potencial de un ro se usa para salvar
la friccin que tiene lugar, de forma especial, en el lecho y en las mrgenes del cauce ,
aunque tambin es importante la friccin interna del agua y la resistencia del aire sobre
la superficie.
2.2 EROSIN Y DEPOSITACIN
2.2.1 Erosin.
Al proceso de mover y remover el sedimento de una fuente inicial o lugar de reposo se
le llama erosin. En los ros se lleva a cabo continuamente un proceso cclico.
Erosin del suelo--transporte de sedimentos--depositacin (sedimentacin).
La erosin del suelo y el sedimento resultante en la cuenca (comnmente expresado en
toneladas por Km2por ao) dependen en gran medida del clima local, la lluvia, el tipo
de suelo y las caractersticas de la vegetacin, as cantidades de materiales erosionados
puede variar de 50 a 500 toneladas por Km2por ao. No existen formulas universales
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para estimar la erosin. Con base a los datos de una regin pueden desarrollarse
formulas empricas.
2.2.2 Depositacin.
La depositacin puede ocurrir con base a procesos geolgicos (con escala de tiempo de
cientos de aos); desplazamiento de mrgenes en ros (escala de tiempo de dcadas),
y por la reduccin del transporte local (efecto de corta duracin). El proceso de
sedimentacin es dominante en tramos de flujo desacelerado.
Los procesos ms relevantes en las regiones de erosin y depositacin son la
conveccin de las partculas de sedimento horizontal y vertical por la velocidad del flujo,
el mezclado por la turbulencia, la sedimentacin de las partculas debido a la gravedad
y el levantamiento de las partculas del fondo por corrientes u ondas que inducen la
produccin de esfuerzos cortantes en el fondo.
Corrientes
El factor ms importante en el proceso de depositacin son las corrientes locales. La
influencia del ro en las corrientes locales est relacionada con las dimensiones del ro,
el ngulo entre el eje del ro y la direccin principal del flujo de aproximacin, la fuerza
local de la corriente y la batimetra.
Ondas.
Las ondas son muy importantes en procesos morfolgicos, la agitacin producida por el
oleaje da como resultado movimientos orbitales en la regin cercana a la pared. La
propagacin de ondas y su deformacin en las mrgenes del ro son gobernadas por
los fenmenos de refraccin, difraccin disposicin de energa, por movimiento de las
ondas y por la friccin del fondo.
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2.3 CONSIDERACIONES PARA EL ESTUDIO DE LA MORFOLOGA DE ROS.
Registro de los datos histricos.
Elevaciones de la superficie del agua.
Planos del ro en planta y en perfil en secuencia de tiempo.
Perfiles de secciones transversales.
Fotografas areas que permitan detectar zonas e erosin y deposito de
sedimentos.
Registros histricos de sedimentos transportados por el ro.
Y el muestreo del material del fondo y las mrgenes. Software (programas).
Con estos datos se realizan estudios de hidrologa, morfologa y procesos
sedimentarios para estudiar la variacin temporal y espacial de los diferentes procesos
que estn relacionados con el cambio de morfologa del ro.
Los perfiles de velocidad se miden a intervalos de 0.5 a 4m dependiendo del tamaodel ro. Las caractersticas medidas en modelo son los siguientes: perfiles de velocidad
a partir de los cuales se obtienen los esfuerzos cortantes en el fondo o mediciones
directas de esfuerzos cortantes en el fondo y en las mrgenes; y determinacin de la
existencia de vrtices, para as definir las zonas de erosin y depsito de sedimentos
que producirn la nueva morfologa de un cauce.
Los estudios de morfologa de ros son muy complejos debido a la gran cantidad de
factores involucrados, como esos factores varan con el tiempo, la dinmica de los
sistemas fluviales es controlado por las interrelaciones entre los factores naturales y los
cambios inducidos por el hombre. Actualmente existen teoras que pueden aplicarse a
casos simples y especficos.
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2.4 CLASIFICACIN DE ROS DE ACUERDO CON SU GEOMETRA.
Los ros en la naturaleza presenta tres formas: rectos, trenzados y meandreantes. Losfactores que influyen en la corriente son: parmetros hidrulicos, propiedades del fluido
y caractersticas del flujo, caractersticas del fondo y de los bordes, caractersticas
biolgicas, factores humanos como la agricultura, urbanizacin, drenaje, desarrollo de
las llanuras de inundacin, y bordos de proteccin.
Ros rectos. Existen en planicies que son inadecuadas para permitir velocidades
erosivas, o en pendientes pronunciadas donde se pueden alcanzar altas velocidades.
Ros trenzados. Estos ros se encuentran raramente en pendientes relativamente
fuertes, S = 0.10 Q1/4 o mayores si, S = 0.06 0.44. En el primer caso, Q es el gasto
promedio en pies cbicos por segundo, y en el segundo caso es el gasto total contenido
por el bordo. El trmino S es la pendiente en pies por miles de pies. Estos depsitos
frecuentemente forman barras en donde florece la vegetacin.
Ros con meandreo. Un ro con meandreo es aquel en el que la configuracin se
presenta en forma de una serie de curvas consecutivas, estn relacionados con las
caractersticas de las mrgenes.
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2.4.1 Tipos de ros de acuerdo con el gasto y la carga de sedimento.
Si se considera la carga de sedimento transportado por un ro, un exceso de material
transportado causa una depositacin, una deficiencia causa erosin y entre los dos
extremos este cauce estable. Pero el cauce estable es el que en un cierto periodo de
aos ajusta su pendiente a la descarga y conserva sus caractersticas. La experiencia
demuestra que, en general, los cambios de rgimen hidrolgico, relacionados con
cambios de gasto y tipo de carga de sedimento, se manifiestan en muchos ajustes de
la morfologa (ancho del cauce, tirante, sinuosidad y longitud de la onda del meandro).
Estos cambios posiblemente resultaron de las fluctuaciones del clima, adems de lasactividades agrcolas incrementaron los gastos de las avenidas y el gasto de sedimento
aument con la destruccin de la vegetacin.
Con base en parmetros de gasto y cantidad de sedimento transportado, se clasificaron
catorce tipos de patrones de ros, los cuales se muestran en la siguiente figura.
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2.5 ROS MEANDREANTES.
De acuerdo con Leopold y otros investigadores (1964), el meandro consiste de un par
de curvas opuestas. En las corrientes naturales las curvas son de diversa forma;
inicialmente se percibe como un arco casi simtrico que puede desarrollarse en una
variedad de formas simtricas, no simtricas, o de seccin compuesta.
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La curva de un ro puede aproximarse a uno o ms arcos de crculo, ya sean tangentes
uno a otro o conectados por lneas rectas. La curvatura mnima para que un arco se
considere como un meandro individual. Un arco simple se hace asimtrico cuando ensu permetro crece un segundo arco de curvatura constante. De acuerdo con este
concepto, no es necesario de dos curvas consecutivas sean opuestos, se pueden
desarrollar curvas hacia el mismo lado (ver la siguiente figura).
2.5.1 Geometra de meandros.
Por lo general el ro se divide en meandros individuales considerados a partir del punto
de inflexin sus caractersticas. Las caractersticas se definen en la siguiente figura.
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La sinuosidad es la relacin entre la longitud del ro y la longitud del valle, en
condiciones de equilibrio tambin se puede definir como la relacin de la pendiente del
valle y la pendiente del ro. Los ros con meandro tienen una sinuosidad mayor que 1.2.En general los meandros son de diferentes formas y tamaos. Para determinar las
relaciones del tamao de meandro con la frecuencia de ocurrencia, generalmente se
hacen juicios subjetivos para considerar si una curva es no meandro (ver la siguiente
figura).
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Medicin de las caractersticas geomtricas de los meandros. Medicin de la longitud
de la onda del meandro, a) de un meandro simple, b) de un meandro complejo.
Medicin de la amplitud de un meandro, c) meandro simple, d) meandro complejo.
2.5.2 Clasificacin de los ros meandreantes.
Los ros meandrantes se clasifican por sus propiedades geomtricas y por
confinamiento geolgico.
Por sus propiedades geomtricas.
Las propiedades de su desarrollo en planta estn relacionados con la geometra, la
sinuosidad del meandro, con variabilidad del ancho, el desarrolla de las curvas y la
formacin de depsitos sedimentarios.
Sinuoso con forma de canal.- Se caracteriza por un cause angosto con curvaturas
pronunciadas, un ancho uniforme, no muestra trenzados y puede ser de sinuosidad
moderada.
Sinuoso con barras prominentes.- Los ros tienden a incrementar su ancho y en las
curvas se forman bordos prominentes.
Trenzado.- La resistencia de las mrgenes decrece, el grado de trenzado se
incrementa; el ro cambia de sinuoso a trenzado. (Ver la figura).
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Confinamiento geolgico.
Se clasific en cuatro tipos: 1) meandro totalmente libre, 2) meandro libre confinado, 3)meandros restringidos y 4) meandros fijos.
Meandros totalmente libres.- El ro migra libremente sobre la planicie de inundacin sin
confinamiento.
Meandros libres confinados. Se desarrollan en planicies de inundacin donde se han
acumulado sedimentos de avenidas pasadas.
Meandros restringidos.- Se forman por canales inmersos en planicies en forma de delta.
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Delta del ro Ebro, Espaa.
Meandros fijos (en deltas).- En una planicie deltica un ro tiene una forma casi recta.
Pero, en la boca del ro se forma una corriente en delta y a mitad del canal tiende a
desarrollarse un banco de arena.
2.5.3 Causas que afectan la morfologa de un ro meandreante.
Confinamiento geolgico.
Corte de meandros.
Movimientos telricos.
Reducciones de la velocidad de flujo debido a un incremento de la sinuosidad.
Y cambio de rgimen en forma artificial.
Las formas y tamaos de las curvas estn influenciadas por la composicin geolgica
de las mrgenes y del material del fondo.
Corte de meandros o estrangulamiento. La forma de las mrgenes de un ro cambia
continuamente mientras el ro migra. En su mayora, los cortes de los meandros
ocurren cuando una de las curvas se cierra como consecuencia de la constante
expansin y traslacin de los meandros.
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El corte de meandro ocurre generalmente durante una avenida, y depende de varios
parmetros como son el radio de curvatura del ro, a la rugosidad, la vegetacin, la
capacidad de erosin de la planicie de inundacin, la geometra del tramo del ro y lamagnitud y duracin de las avenidas.
Migracin de un meandro. Figura a) Representacin esquemtica de la migracin de un
meandro en planta y corte, b) forma de desarrollo y migracin de meandros; A.
Extensin, B Traslacin, C Rotacin, D Estrangulamiento diagonal, D2
Estrangulamiento recto, E Meandro de seccin compuesta.
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Movimientos telricos. Este fenmeno produce cambios casi instantneos en la
morfologa del ro.
Reduccin de la velocidad por un incremento de sinuosidad. Durante el desarrollo del
meandro las curvas del ro crecen lateralmente, si la diferencia del nivel de agua, aguas
arriba y aguas abajo permanece constante, la pendiente del ro y la velocidad del flujo
decrece.
Cambios en el rgimen de un ro. La construccin de diferentes tipos de obras, como
son: obras de almacenamiento, obras de proteccin, etctera. Obras de derivacin queafectan la cantidad de transporte de sedimentos.
Efectos no lineales. Los meandros alcanzan una amplitud mxima nolinearidad
geomtrica, produciendo desviaciones o movimientos en sentido oblicuo y
consecuentemente el engrosamiento de las curvaturas.
2.6 CAUSAS DEL MEANDRO.
Existen varias explicaciones para el meandro en ros. Algunas sugieren como posible
causa la rotacin de la tierra, la estabilidad de circulacin de flujo secundario; la teora
de mnima variancia considera que en un ro meandreante se producen
simultneamente erosin y depositacin hasta lograr un equilibrio
Ellos supusieron que el primer tipo de barras alternadas diagonalmente resultaba en
ondas de aguas superficiales y que en su segundo tipo de patrones en forma de hoyospodan ser causados por la diferencia entre los esfuerzos cortantes de las dos
mrgenes en una seccin del ro.
Las causas de inestabilidad de los tipos relacionados con la morfologa se han prestado
a mucha especulacin, Leopold y Wolman (1957) que el meandreo es inherente en el
flujo.
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Se han desarrollado muchas teoras para predecir parmetros comunes de la
morfologa de un meandro. Werner obtuvo: / b = 2 F, donde es la longitud de onda,b es el ancho de la corriente y F es el numero de Froude.
Anderson obtuvo: ((b d0 )1/2 = constante x F1/2. es la longitud de onda, b es el
ancho de la corriente, d tirante La constante evaluada a partir de datos de ros es de 72.
Aunque los patrones de ros trenzados y meandreantes son bastante diferentes,
actualmente se considera que representan extremos de un cambio continuo deconfiguracin. Lane (1937) investigo relaciones entre S y Q, de acuerdo con sus
observaciones obtuvo la relacin: S Q1/4 = K, siendo S la pendiente, Q el gasto en pies
cbicos por segundo. Cuando K es menor o igual a 0.0017 un ro de arena tendr que
mendrear, cuando K es mayor o igual a 0.01 tiende hacia un patrn de trenzado.
2.7 DESCRIPCIN DEL ECOSISTEMA FLUVIAL.
En la descripcin de los ros no puede fallar la consideracin de su valor ecolgico. Los
ros, en estado natural, son ecosistemas complejos y singulares, que merecen una
proteccin y conservacin. Destacaramos tres aspectos principales del mtodo fluvial:
En primer lugar el cauce da aguas continuas o permanentes alberga una flora y una
fauna acuticas. Su valor depende de su diversidad biolgica y sta en funcin de la
diversidad fsica. As, hay diversos hbitat para distintas especies cuando, por ejemplo,
en lugares hay sol y en otros sombra, en unos el fondo es de gravas y en otros debarro, se suceden las pozas de agua calmadas y los rpidos (tal como ocurre, por
ejemplo, en la sucesin de meandros alternantes), hay islas o barras o bolos emergidos
e intersticios sumergidos, hay zonas de mayor y menor velocidad.
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En segundo lugar hay que destacar el llano o llanura de inundacin (cuando existe),
cuyo valor ecolgico para sustentar una comunidad biolgica singular como zona
hmeda depende de la frecuencia de inundacin y de su duracin, del nivel fretico y
de la diversidad fsica de la llanura: depresiones, meandros abandonados, crestas,
suelos de distinto tipo. La inundacin que aporta agua, sedimento y nutrientes es
importante para la vida del llano.
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En tercer lugar el bosque de la ribera si no ha sido degradado por la agricultura o por el
pastoreo, constituye un ecosistema de gran valor biolgico. Aparte de la vegetacin
acutica, sumergida o semisumergida, el bosque est constituido por un estrato arbreode especies caducifolios cono sauces, chopos, fresnos, lamos, y olmos ms o menos
prximos al agua segn sea la necesidad hdrica, un estrato arbustivo en los claros o
bordes del bosque (por ejemplo zarzales) y un estrato herbceo, el bosque de ribera
controla la llegada de energa al sistema acutico mediante la sombra y los detritus
vegetales. Acta a modo de filtro, pues retiene las partculas en suspensin de las
aguas de escorrenta y captan nutrientes de las aguas subterrneas que afluyen al ro.
Tambin cumple una funcin de estabilizacin de las orillas mediante las races. Es muydinmico pues puede resultar destruido por una avenida pero rehacerse rpidamente.
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UNIDAD 3. TCNICAS DE MEDICIN Y MUESTREO
El conocimiento de la cantidad de sedimentos que transportan las corrientes esfundamental para el diseo y la operacin de aprovechamientos hidrulicos, as como
para la planeacin de obras de proteccin y control de cauces. Por ejemplo, en el
diseo de una presa de almacenamiento es necesario determinar el volumen de
azolves para poder ubicar la obra de toma; en el diseo de las plantas potabilizadoras
para los sistemas de agua potable que se abastecen de ros se deben prever las
cantidades de sedimentos que tengan que ser removidos.
El transporte de sedimentos se puede determinar mediante la aplicacin de las
ecuaciones. A travs de su medicin en las corrientes, obtenindose resultados ms
confiables que en el primer caso.
La medicin no solamente proporciona informacin mas confiable para el diseo, si no
que permite revisar y modificar los mtodos existentes para el clculo del transporte de
sedimentos.
Aqu se presentan los mtodos vigentes para medir la cantidad de sedimentos
suspendidos y de fondo que pasan por una seccin transversal de un escurrimiento, los
cuales son el mtodo directo y el mtodo indirecto.
Otra informacin necesaria en los estudios de sedimentos es la distribucin
granulomtrica del material de fondo.
3.1 GENERALIDADES
El movimiento de los sedimentos en las corrientes y ros presenta dos formas. Los
sedimentos en suspensin estn constituidos por las partculas ms finas mantenidas
en suspensin por los remolinos de la corriente y slo se asientan cuando la velocidad
de la corriente disminuye, o cuando el lecho se hace ms liso o la corriente descarga en
un pozo o lago. Las partculas slidas de mayor tamao son arrastradas a lo largo del
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lecho de la corriente y se designan con el nombre de arrastre de fondo. Existe un tipo
intermedio de movimiento en el que las partculas se mueven aguas abajo dando
rebotes o saltos, a veces tocando el fondo y a veces avanzando en suspensin hastaque vuelven a caer al fondo. A este movimiento se le denomina saltacin y es una parte
muy importante del proceso de transporte por el viento; en la corriente lquida la altura
de los saltos es tan reducida que no se distinguen realmente del arrastre de fondo.
La medicin del transporte total de sedimentos y la caracterizacin del material del
fondo de los ros comprenden la obtencin de muestras en campo, su transportacin a
un laboratorio y su procesamiento para obtener los parmetros necesarios de clculo
del transporte y de caracterizacin.
La calidad de los resultados ser tan buena como la calidad de la informacin obtenida
en el muestreo, la que a su vez depende de:
a) La seleccin de sitios representativos para muestreo.
b) La coleccin de muestras suficientes en el sitio.
c) El uso de mtodos apropiados de muestreo.d) La proteccin de las muestras durante el periodo de almacenamiento.
e) La flexibilidad del programa de muestreo.
Por cuanto a la seleccin de sitios de muestreo, estos deben estar bien distribuidos
sobre el rea de proyecto y ser representativos de las condiciones hidrulicas y
morfolgicas prevalecientes.
Los requisitos generales de los sitios de muestreo son los siguientes:
1. ubicarse en un tramo recto.
2. localizarse en una seccin transversal estable sin depsito ni erosin.
3. contar con una topografa uniforme en el fondo.
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4. tener una distribucin espacial de velocidades uniforme sin lneas de corriente
convergentes ni divergentes, sin vrtices, sin flujos encontrados ni zonas
muertas.5. localizarse normal a la direccin principal de flujo.
6. tener suficiente profundidad respecto al equipo de muestreo.
7. que el sitio este limpio y libre de obstculos.
8. tener una geometra bien definida.
El nmero de muestras debe ser tal que permita un manejo y transporte adecuados, y a
la vez satisfaga los requisitos de precisin y exactitud que se establezcan. Existe unagran variedad de instrumentos de muestreo disponibles en el mercado, segn sean los
mtodos, directo e indirecto. Se tienen desde simples muestreadotes mecnicos hasta
los sofisticados pticos y acsticos su seleccin depende de las variables a ser
medidas, de las instalaciones disponibles (bote, plataforma, puente, etctera), de la
exactitud requerida y de las caractersticas del escurrimiento, Entre otros aspectos.
El manejo de los muestreadotes de sedimentos tiene una gran similitud con el de los
medidores de flujo conocidos como molinetes, ya que ambos equipos se pueden
suspender mediante varillas para medir en corrientes de poca profundidad, lo que se
conoce como vadeo, o bien con cable para corrientes profundas.
3.1.1 Granulometra.
Los lechos de los ros pueden ser granulares o cohesivos. En el primer caso, el lecho
est constituido por partculas sueltas de distintos tamaos. Los ros aluviales sonaquellos que discurren sobre materiales transportados por el propio ro en el pasado
geolgico y por ello sus lechos suelen ser granulares. Un ro puede tener tambin un
cauce abierto en roca o materiales cohesivos; no por eso su contorno es fijo o
inamovible pero la modificaciones del cauce sern muy lentas debido a la mayor
resistencia a la erosin. Tras una erosin del fondo, el lecho cohesivo se puede
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establecer en su fondo original, pero ya no como cohesivo sino como granular, y en
esto se diferencia de los lechos granulares.
La hidrulica Fluvial relativa a los lechos cohesivos est todava en sus principios. Los
lechos granulares estn frecuentemente compuestos de una mezcla de tamaos desde
fino hasta gruesos.
3.1.2 Principio de movimiento.
Un lecho granular que soporta la circulacin de una corriente de agua ver en algnmomento desplazada una partcula por la fuerza del arrastre del agua. Saber en que
condiciones ocurre esto es el problema del umbral, principio, o condicin crtica del
movimiento del fondo, problema intensamente investigado en la hidrulica fluvial, con
gran implicacin prctica sobre la erosin del fondo. El conocimiento que se tiene
proviene principalmente de los ensayos en laboratorio con arenas uniformes.
3.1.3 Acorazamiento.
Cuando el lecho est constituido por una mezcla de distintos tamaos, cada tamao
tiene una tensin crtica diferente, de manera que la corriente, tericamente, puede
desplazar los finos ms fcilmente que los gruesos. Mediante este razonamiento puede
explicarse un desplazamiento selectivo de las partculas ms finas que produzca con el
tiempo, a partir de un material originariamente bien mezclado, una frecuencia mayor de
gruesos en la superficie. Est descripcin corresponde a la realidad de los lechos en los
ros, ya que son frecuentemente de grano ms grueso las capas superficiales que lascapas profundas. A este estado se le llama acorazamiento del lecho.
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Podemos imaginar el origen de una capa superficial ms gruesa (o coraza) como elresultado de un barrido o un lavado de lo ms fino o tambin como la permanencia de
las partculas gruesas cuando son movidas sucesivas capas de material mezclado. En
ambos sentidos se puede decir que el acorazamiento es esttico. Tambin se ha
propuesto un concepto dinmico del acorazamiento, segn el cual el transporte
generalizado en el lecho afecta un cierto espesor.
El acorazamiento de un ro influye en la rugosidad del cauce pues la superficie del
fondo presenta partculas de grano mayor. Tambin influye en el principio de
movimiento del lecho ya que es preciso primero destruir la coraza para poder mover el
material ms fino que hay debajo.
3.1.4 Tcnicas de muestreo.
Del fenmeno del acorazamiento se desprenden algunas consecuencias para los
mtodos de determinacin de la granulometra en campo. El mtodo ms completo sepuede llamar muestreo volumtrico: consiste en extraer del cauce un cierto volumen del
material subsuperficial. Esto implica retirar primero la capa superficial en un espesor
comparable al tamao de la mayor partcula observada en la superficie. El volumen que
se toma a continuacin debe ser representativo del material granular del cauce.
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Tambin puede interesar la granulometra de la coraza, por sus implicaciones en el
inicio del movimiento o la rugosidad en aguas bajas o medias. El mtodo de campo
llamado muestreo superficial consiste en marcar de algn modo el material expuesto ala superficie (por ejemplo con pintura) y retirar todo el material marcado, pero no el no
marcado.
3.1.5 Nociones de transporte de sedimentos.
Clasificacin del transporte
El transporte de sedimentos por un ro puede clasificarse atendiendo a dos criterios:
segn el modo de transporte y segn el origen del material. Segn el modo de
transporte, el sedimento puede ser transportado en suspensin, sostenido por la
turbulencia del flujo, o bien por el fondo, rodando, deslizando o saltando. Una partcula
inicialmente en reposo puede ser transportada a saltos por el fondo cuando se supera
el umbral de movimiento, pero si el ro sigue creciendo, puede ser transportada luego
en suspensin.
El otro origen posible del material transportado es la cuenca hidrogrfica del ro. Se
entiende que nos referimos al origen durante un episodio de lluvias y crecida fluvial.
Evidentemente a largo plazo el material del cauce tiene tambin su origen en la cuenca.
El origen en la cuenca significa que, simultneamente el transporte del fondo y
suspensin con origen en el cauce., la corriente transporta material con origen en la
cuenca, material muy fino llamado material de lavado de la cuenca. Este material es
transportado siempre en suspensin.
El transporte en suspensin puede representar el 90 % o ms de todo el transporte
slido de un ro y dentro de l material de lavado puede ser una parte grande. Este
material de lavado est ligado a las caractersticas hidrolgicas de la cuenca: la
litologa, los suelos, las pendientes, la vegetacin, la precipitacin, etc. De hecho la
prdida del suelo de una cuenca podra cuantificarse mediante el material de lavado
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transportado por el ro. El ro tan solo sirve de corredor o vector de este transporte.
El material transportado en suspensin tiene gran repercusin en la salida o
desembocadura de un sistema fluvial: en la formacin de los deltas.
Caudal slido.
Por analoga del flujo del agua, el primer paso del anlisis de transporte de sedimento
es definir el caudal slido, Qs, como el volumen por unidad de tiempo que cruza una
seccin transversal y definir el correspondiente caudal slido unitario, qs, por unidad de
anchura. Para el transporte en suspensin es ms simple trabajar con el peso delmaterial slido en lugar del volumen. Al peso por unidad de tiempo se le sigue llamando
caudal en peso. Es preferible el peso porque las medidas practicables en un ro son
las velocidades del agua y las concentraciones del material slido en suspensin
expresada en mg/1.
El volumen bruto tiene la virtud de ser directamente equiparable con los volmenes de
erosin o sedimentacin en el fondo de un ro. El volumen neto tiene la virtud de
prestarse a una relacin porcentual con el caudal lquido.
Equilibrio del fondo.
Decimos que un fondo se encuentra en equilibrio en presencia de transporte de
sedimentos (en suspensin y en el fondo) cuando no sufre modificacin en su cota.
Este equilibrio, as definido con un efecto, proviene lgicamente de un equilibrio entre
las acciones. Podra pensarse en un conjunto de variables que estaran interviniendo enel equilibrio, conjunto que sera seriamente muy numeroso. Con un propsito solo
cualitativo, Lane (1955) propuso tener en cuenta cuatro variables: el caudal liquido (q
caudal unitario), el caudal slido del fondo (qscaudal slido unitario), la pendiente (i) y el
tamao de sedimento (D).
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Interesa destacar la idea de los caudales lquido y slido de fondo de un ro pueden
estar equilibrados o no equilibrados. En este segundo caso, una corriente puede
presentar un exceso de transporte de fondo (sobrealimentacin) o un defecto(subalimentacin) y se producir sedimentacin o erosin respectivamente. En segundo
lugar, este equilibrio es relativo a la pendiente del cauce. En tercer lugar el equilibrio
depende tambin del tamao del material.
Formas del fondo.
El fondo de un ro con transporte de sedimento, es decir habiendo superado el umbralde movimiento, puede presentar una configuracin no plana sino ondulada siguiendo
las llamadas formas de fondo. Las formas de fondo tienen la importancia porque
participan en el transporte de sedimentos y porque intervienen decisivamente en la
resistencia al flujo (rugosidad). Las formas de fondo ocurren con la prioridad en lechos
de arena, mientras que en los ros de grava y en ros con material grueso de
granulometra extendida parece ser que se presenta limitadamente o no se presente.
Esto restringe considerable la importancia prctica de la cuestin, porque pocos de
nuestros ros son ros de arena.
Al comenzar el movimiento en un lecho de arena e ir aumentando la velocidad se
presenta en este orden las siguientes formas: arrugas, dunas, lecho plano y antidunas.
Las arrugas o rizos son pequeas ondulaciones con altura mxima del orden de
centmetros y longitud de onda mxima del orden de decmetros.
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Las dunas son ondulaciones tambin triangulares pero con taludes muy diferentes: el
de aguas arriba es muy suave y el de aguas abajo muy marcado. El tamao de la duna
es de un orden de magnitud mayor que el de las arrugas, pero adems est en unaproporcin constante con el calado. La superficie libre se ondula suavemente en
oposicin al fondo (descenso sobre la cresta y ascenso sobre el valle) lo que indica que
el rgimen hidrulico es lento. Las dunas migran hacia aguas abajo: su movimiento es
el resultado del avance de los granos sobre la pendiente suave para quedar atrapados
en la cresta. El transporte de fondo en lechos de dunas se puede cuantificar a travs de
su velocidad de avance.
Aumentando ms la velocidad, las dunas se alargan hasta ser barridas, quedando un
lecho plano o de transicin con transporte de sedimento. Con una velocidad mayor, el
lecho se ondula en formas simtricas llamadas antidunas que puede migrar aguas
arriba, pese a verificar un fuerte transporte de sedimentos aguas abajo. La superficie
libre presenta una fuerte ondulacin en consonancia con el fondo, lo que indica que el
rgimen hidrulico de la corriente es rpido. La evolucin de este rgimen conduce a la
aparicin con crestas de espuma y finalmente verdaderos resaltos hidrulicos. En
ocasiones, se aade a la clasificacin una llamada rpidos y pozos que es el punto
final de la evolucin indicada y se presenta en ros de gran pendiente.
3.2 MUESTREO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE FONDO.
La medicin del transporte de sedimentos de fondo es una actividad muy compleja. El
mtodo de muestreo se debe seleccionar de acuerdo con las condiciones hidrulicas y
morfolgicas existentes.
Las partculas no cohesivas del fondo se empiezan a mover. Generalmente las
partculas de arcilla y limos se mueven o se transportan en suspensin, y las partculas
de arena y grava ruedan y se deslizan en una delgada capa cercana al fondo llamada
capa de transporte de fondo.
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El transporte de sedimentos de fondo se refiere al transporte de partculas que
frecuentemente estn en contacto con el fondo, y es de 5 a 25% del transporte en
suspensin. La medicin del transporte de sedimentos de fondo es tan difcil que no setienen procedimientos estndar disponibles, a pesar de los intensos esfuerzos de
investigacin realizados al respecto.
La aplicacin del mtodo directo mediante muestreadotes tipo trampa puede hacerse en
corrientes pequeas a un costo razonable. Dentro de los mtodos indirectos, las
tcnicas con trazadores son apropiadas para el muestreo en corrientes con fondo de
material grueso. En escurrimiento con fondo de arena, el transporte de sedimentosdepende fundamentalmente del movimiento de las formas de fondo, tales como las
dunas de modo que si se monitorea su avance, el transporte puede determinarse al
dividir su volumen por el tiempo requerido para su migracin total.
3.2.1 Mtodo directo
Este mtodo se basa en la determinacin de la masa de los sedimentos que pasan en
una seccin transversal de una corriente en cierto tiempo.
El muestreo del transporte de sedimentos de fondo con este mtodo se hace por medio
de los llamados muestreadotes tipo trampa los que al ser colocados en el fondo de los
cauces durante cierto tiempo, colectan cantidades de sedimentos que permitirn
determinar el transporte o gasto solid de fondo.
Mediciones directas
La forma ms sencilla de calcular el arrastre de fondo consiste en cavar un agujero en
el lecho de la corriente y en retirar y pesar el material que cae en l. La cuenca aguas
arriba de un vertedero o canal de aforo puede actuar anlogamente como una trampa
de sedimentos, pero es posible que no se sepa si se ha recogido todo el arrastre de
fondo. En los lugares con grandes cargas de arrastre, este procedimiento puede
necesitar mucho tiempo y resultar engorroso.
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Muestreador
El clculo del arrastre de fondo se puede efectuar a partir de muestras recogidas por undispositivo que est situado por debajo del lecho de la corriente durante un tiempo
determinado y que luego son extradas para pesarlas. Se han utilizado numerosos
dispositivos y su variedad demuestra la dificultad que existe para tomar una muestra
exacta y representativa. Los problemas que plantean los muestreadores del arrastre de
fondo son:
El muestreador perturba la corriente y modifica las condiciones hidrulicas en su punto
de entrada. El muestreador tiene que descansar en el lecho de la corriente y tiende ahundirse en l al producirse una socavacin en torno suyo.
Para mantenerse estable en el fondo tiene que ser pesado, lo que dificulta su uso
cuando se lo baja desde puentes o desde torres construidas con ese fin. Un
muestreador tiene que reposar sobre un lecho razonablemente liso y no estar apoyado
encima de piedras o cantos rodados.
Trampa de arrastre de fondo
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Muestreador de arrastre de fondo
Tambin Se puede hacer el clculo del transporte de sedimentos de fondo a partir de
una muestra aislada tomada con el muestreador de arrastre de fondo con diferencial de
presin en la entrada.
- Muestreador de arrastre de fondo con diferencial de presin en la entrada
Numero de muestras
La precisin y exactitud de los procesos de muestreo, tanto para sedimentos de fondo
como para sedimentos suspendidos, depende del nmero de muestras y su distribucin
en las secciones transversales de los ros que se estn evaluando, as como lacalibracin de los instrumentos de muestreo.
La determinacin del nmero de muestras y su distribucin en la seccin transversal
consiste en definir:
a) El nmero de subsecciones de muestreo sobre la seccin transversal.
b) El numero de mediciones en cada subseccion o, en su caso el nmero de puntos
de muestreo sobre formas de fondo y el nmero de mediciones en cada punto.
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Numero de mediciones en cada subseccion
El transporte de sedimentos de fondo en cada subseccion se mide tomando muestrasen un punto o estacin representativa de cada una de estas cuando en los puntos
representativos se ubican grandes formas de fondo como las dunas, se deben hacer
muestreos que tomen en cuenta la variabilidad del transporte de sedimentos a lo largo
de dichas formas.
El transporte de sedimentos es mximo cerca de la cresta de las dunas debido a las
velocidades mas altas que hay se presentan, y mnimo cerca de su valle donde lasvelocidades son menores. Para ello se ubican diferentes puntos de muestreo
espaciados igualmente sobre las formas y se toman varias muestras en cada uno de
ellos.
Se debe hacer un muestreo secuencial en un periodo lo suficiente largo para que una
forma de fondo cambie su ubicacin respecto al punto de muestreo, fenmeno este
ultimo conocido como migracin.
El coeficiente de variacin representa la incertidumbre relativa del transporte de
sedimentos.
Donde:
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Numero de subsecciones en la seccin transversal
Para definir el nmero de subsecciones en que se dividir la seccin transversal de unro, se puede partir de las experiencias que se tengan registradas. Se ha estimado que
para al menos siete subsecciones, el error de interpolacin del transporte de sedimento
es de 15%.
Duracin del muestreo
La duracin del muestreo se establece en funcin de:
a) El volumen de la bolsa o recipiente del muestreador, cuyo material es de malla
de nailon.
b) El bloqueo de la malla por partculas de sedimentos.
c) La generacin de algn hueco bajo la entrada del muestreador.
El tamao de la bolsa impone un periodo mximo de muestreo, que depende del
transporte de sedimentos y, por lo tanto, de la velocidad de flujo.
Por cuanto al bloqueo de las bolsas de nailon de los muestreadores, se ha encontrado
que las bolsas con mallas de 0.2mm se obstruyen rpidamente por partculas finas,
reduciendo la eficiencia de muestreo a 50% despus de 30 s. y a 10% en 300s. Por lo
tanto se recomienda periodos cortos de muestreo, no mayores a 30 segundos.
La formacin de huecos, que tiene un carcter aleatorio por la migracin de rizos, sepresenta despus de 2 3 minutos de iniciado el muestreo. Por ello se aconseja tomar
periodos mximos de muestreo de tres minutos para velocidades medias mayores a 0.8
m/s. haciendo un anlisis de las consideraciones apuntadas sobre el tamao de bolsa,
bloqueo del material de la bolsa y la formacin de huecos, se debe seleccionar el
periodo de muestreo apropiado al caso en particular en estudio.
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Frecuencia del muestreo
La frecuencia del muestreo depende, a su vez, de la frecuencia de las condiciones
hidrulicas caractersticas de los ros, de los recursos disponibles y del tamao del
proyecto y, especialmente de las variaciones estacinales.
Principio de operacin de los muestreadores tipo trampa
Este tipo de medidores interceptan o atrapan las partculas de sedimentos que se
transportan cerca del fondo de los ros sobre una pequea fraccin de su ancho.
Debido a la altura de la entrada de la tobera, los equipos pueden atrapar una pequea
cantidad de sedimentos suspendidos.
Calibracin de muestreadores
Uno de los factores que influyen en la precisin y exactitud del muestreo de sedimentos
es la calibracin, que en este caso se refiere al proceso de laboratorio que se realiza
para determinar el factor de eficiencia de los muestreadores (errores instrumentales)
bajo diferentes condiciones de flujo, rangos de transportes y tamao del material de
fondo.
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El factor de eficiencia del muestreo se define como el cociente del transporte de
sedimentos de fondo medido por el muestreador en cierta localizacin y durante cierto
periodo. El coeficiente hidrulico de los muestreadores se define como el cociente de lavelocidad media de entrada e