4. CRITERIOS PARA EL D/SENO DE OBRAS Y PROTECC/ONES.

La finalidad de cualquier obra fluvial. es modificar la forma natural dej rio en otra mas

favora!;llepara la navegaci6n, la agricultura, la seguridad, etc., con las disposiciones

adecuadas para cuidar y asegurar la forma conseguida.

Cualquier estructura que modifique la direcci6n del flujo, profundidad, duraci6n de la

creciente, velocidad de flujo, pendiente del canal , secci6n transversal, ocasionara cambios

en la respuesta del rio. Se debe analizar la geometrfa de la corriente para entender porque

existe un determinado problema. De este analisis se deduce el numero de variables que

tienen una influencia real en el problema.

Las caracteristicas geometricas importantes deben evaluarse en varias secciones a traves

del rio (ancho/ profundidad, angulo entre aguas altas y aguas bajas en los cauces,

profundidad, ancho) y evaluar estadisticamente la frecuencia de los parametros. Mientras

mas se acerquen ~as caracterfsticas ' geometricas a los datos estadisticos, menos

mantenimiento sera requerido. Sin embargo no se puede eliminar el problema de

mantenimiento. Todo el diseno se reduce a una buena geometria para lograr un

mantenimiento minimo.

La soluci6n de la mayorfa de los problemas de cauces es una geometrfa yalineamiento

apropiados.

*

Para determinar la eficiencia de un rio se utiliza la relaci6n ancho/ profundidad. Si este

parametro es grande en una secci6n y pequeno en ctra contigua indica que el rio esta

perdiendo habilidad para transportar el sedimento.

*

27

* Las profundidades del cauce se mantienen mejor co~ un radio constante en cada curva

y permitiendo cruces cortos directos entre curvas.

* Un cauce sinuoso con barras alternadas espaciadas en forma pareja se mantendra por

si solo mejor que un cauce recto.

* Es necesario conservar una altura superior adecuada en la banca concava para mejorar

el control de sedimentos y mantener una geometrfa adecuada de la seccion

transversal.

* Et agua se mueve por Ifneas de corriente.

* Los problemas de sedimentos se reducen si el angulo entre aguas altas y aguas bajas es

grande (para el rio Mississippi, a esta entre 1@ Y 2@). Este angulo debera

mantenerse constante. Su objeto es mover los ' sed imentos hacia el pozo aguas

abajo y restablecer las profundidades en los cruces.

* EI punto de interseccion entre el thalweg de aguas altas y el de aguas tJajas (en el

cruce) no deberfa moverse hunca.

* Cuando se control a el movimiento lateral de un cauce debe anticiparse el movimiento

vertical ; los ajustes de pend iente son continuos en cualquier sistema aluvial.

Se deben buscar los controles geologicos y ffs icos del cauce antes de proponer una

estructura de control.

4.1. OBRAS PARA REGULACION DE CRECIENTES.

EI objetivo de un proyecto de control de crecientes es prevenir los dafios producidos por el

sobreflujo de una corriente natural. "EI hombre puede hacer poco para prevenir una gran

creciente, pero si puede hacer 10 posible por minimizar dafios que esta pueda causar" .

28

Para el diserio de un sistema de control de crecientes se deben lIevar a cabo las siguientes

etapas:

* Determinar la creciente de diserio y definir las caracterfsticas del area de inundaci6n.

* Definir areas a ser protegidas y determinar los darios esperados si no se hace el

proyecto.

* Determinar posibles alternativas para el control de la creciente.

* Diseriar las estructuras necesarias para cada alternativa con el fin de estudiar costos y

beneficios de cada una.

* Seleccionar la alternativa que ofrezca costo minimo para la protecci6n deseada.

* Comparar costos y beneficios del proyecto seleccionado para just ificar su faCtibil idad

econ6mica.

* Preparar un informe detallado del proyccto recomendado. especificando el grado de

protecci6n previsto y senalando las posibilidades de otros sitios para las areas que no

estan incluidas en el proyecto

Entre las medidas com un mente aceptadas para reducir danos por inundaciones se

encuentran :

* Reducci6n del pico de la creciente mediante embalses.

* Confinamiento del flujo en el canal mediante diques, conductos cerrados 0 paredes

para el control de crecientes.

* Reducci6n de la permanencia del pico por incremento de la velocidad mediante canales

mejorados.

* Desviaci6n del agua en exceso a traves de "by-pass" 0 conductos para crecientes.

29

* Evacuaci6n, temporal 0 permanente, de la Ilanura de inundaci6n.

* Uso de unidades individuales a prueba de crecientes.

* Reducci6n de la escorrentia mediante un tratamiento adecuado de la cuenca.

4.1.1. Embalses para control de inundaciones. La funci6n de un embalse para control

de crecientes es a1macenar parte del caudal de la avenida de tal forma que se minimice el

pico (funci6h amortiguadora). EI embalse debe localizarse aguas arriba del sitio que se

quiere proteger. Como criterio general , al menos una tercera parte del area total drenada

debe estar bajo el control del embalse para la reducci6n efectiva de la creciente.

Se debe aceptar un riesgo determirlado para la creciente de disefio; generalmente· se

disefia para la mitad de la creciente maxima probable (CMP) por los altos costas que

canllevaria disefiar para la CMP, como la adquisici6n de derechos de propiedad

La figura g fTluestra el efecto del emba1 se sabre el pica de la avenida. Se deja salir toco e!

caudal que entra al embalse hasta que el canal aguas abaja alcance su maxima capacidad

(punta S) . AS es la reduccion del pica. Si la hidrografa en la presa y en el sitia a controlar

son los mismos, la reduccion AS es igual a CD.

Tada el flujo par encima de esta tasa es almacenada en el embalse hast a que el caudal que

entra a el este por debajo de la capacidad maxima del canal; despues, el agua embalsada

se libera para recuperar la capacidad de almacenamiento para una nueva creciente.

Generalmente se requiere mas de un embalse cuando se quiere dar protecci6n a tadas las

ciudades aguas abajo. Las diferentes alternativas deben ser evaluadas ecan6micamente.

Debido a que cada situaci6n es diferente, no hay reglas generales.

EI potencial de efectividad de un embalse se mide par la capacidad de almacenamiento,

expresada en pulgadas de escorrentfa de los tributarias del area drenada. Si este valor se

compara con la posible tormenta sabre el area se obtiene una idea de la efectividad del

embalse.

30

A

co.. o .Q

E. CD

" .., o.., -0 o

'" o <.)

o.., " -.~

A

Conlan/do de/ e.balse

H/dro'gra'a do enlrada a /0 pre.a

H/drografa natural Tran.llada agua. aboJo 24 horo•• In entrada. locale.

Enlrado conlrolada . Capac/dad .egura de/ canal

----------­ - --, "-,

E nlrado conlr%da

, , Tran.ltoda uguo. abaJo 24 hara. ,In entrada. locol ••

T /empo an dla.

Figura 8. Hidrograma de caudales en un embalse de regulacion

T

La maxima capacidad requerida es la diferencia en volumen entre la descarga del embalse

sin que ocasione perjuicios y la creciente de diseiio a la entrada del embalse.

No puede asumirse la capacidad del embalse como aprovechable para el control de una

sola creciente, pues si una segunda se presentara cuando el embalse este lIeno, eI efecto

puede ser peor. Despues de que ocurre una creciente, una porcion del embalse es

ocupada por las aguas recolectadas de esta crec iente y no es aprovechable para el uso

hasta que estas aguas sean descargadas.

Otro problema en la operacion del embalse se presenta cuando aguas abajo, en el canal de

descarga, lIegan otros caudales de exceso de otras corrientes naturales los cuales pueden

superponerse con el caudal que sale del embalse y sobrepasar la capacidad de evacuacion

del canal. Las tierras par debajo del nivel maximo pod ran ser usadas muy pocas veces

31

satisfactoriamente para agricultura, pero no se debe permitir eso con fines urbanos. En las

zonas bajas el riesgo es alto por 10 cual deben ser usadas solo para pastos.

La diferencia basica entre un embalse de conservaci6n y uno de control de crecientes esta

en las estructuras de salida (vertedero, compuertas), ya que el de control debe permitir un

vaciado rapido despues de una creciente.

4.1.2. Canales de inundaci6n. EI objeto de los canales de inundaci6n es desviar por ellos

parte de las avenidas para que, cuando el nivel de inundaci6n en el canal principal baje, el ..

flujo de estos canales regrese a la corriente. Tienen el problema de que las tasas de

sedimentaci6n son altas (sedimento fino) y sus posibilidades son limitadas por la

topografia.

La admisi6n de agua hacia los canales de inundaci6n puede hacerse mediante diques

fusibles , umbrales de hormig6n, vertederos, "by-pass", etc.

4.1.3. Canales mejorados. La funci6n de los canales mejorados es, como su nombre 10

dice, mejorar la capacidad hidraulica del canal, con medidas que aumenten la velocidad de

evacuaci6n 0 reduzcan la resistencia del flujo en el. Esto se puede lograr removiendo

matorrales, obstrucciones, dragando barras, rectificando curvas pronunciadas, etc. Tienen

el problema que al aumentar la velocidad es posible que se presente erosi6n en las bancas

y lecho.

4.1.4. Diques longitudinales. Para prevenir el derrame de las crecientes y proteger areas

contra inundaciones se usan diques laterales 0 jarillones (barreras a la creciente). Estos son

esencialmente pequerias presas laterales, construidos generalmente de tierra, con

materiales excavados de fosos de prestamo paralelos a la linea del dique.

En la Figura 9 se indica un esquema de la localizaci6n y un corte longitudinal de las obras

tfpicas en un proyecto de control de inundaciones

32

La altura de la cresta debe ser ligeramente superior a la creciente de diserio. La secci6n

transversal del dique de tierra se puede ajustar a las conveniencias del sitio y a la

disponibilidad de mate~iales. La pendiente Z es general mente muy tend ida debido a la

pobreza del material de presta mo. EI dique requiere un area grande debido a los taludes

tan suaves, por ello, en zonas urbanas donde se dispone de restricciones de area para

localizar las obras de protecci6n contra crecientes, es recomendable utilizar muros en

mamposterfa, contrafuertes 6 losa y contrafuerte. La figura 10 muestra estos esquemas.

8 minimo = to pies

ZI de 3 a 5

Z2 de 4 a 7

N. creciente

l Trfl>utarto

_ - L Dlque LOftGltudlllG1 /,.-­ - .

'/ I I I I I r-Are<! a proteoerI rflfl_I (I ( ( I

I [[ I I I Dlque LOIIQlfudlnal

/ Canal de drenaJe I­I __~

Linea de filtracion

8

Borde libre '(2 ~ ,Berma

r­ _ Z2 \ , - - l_ ;:----)I, -_ "-..,

J. - -1 "-1- -- --­~N~. n~o~r~m~a~I~____~__________~~_B_e_rm_a~___ _

"-Corle de material de prestamo

Llave trinchera Zanja de ­

arcilla 0 materia; poco permeable

drenaje

Figura 9. Esquema de las obras en un proyecto de control de inundaciones.

33

,

Muro ct. grawdad

o mamposterta

Figura 10. Muros de proteccion contra inundaciones.

4.1.5. Medidas de evacuacion de emergencia. Contemplan zonificar la "anura de

inundaci6n mediante reglamento en funcion de zonas de riesgo ; adaptar parques y sitios

de recreaci6n en !ierras sujetas a inundacion; instalar unidades de alerta cuando se

aproxime una c-reciente.

4.1.6. Programa de manejo de la cuenca. EI manejo adecuado de la cuenca debe ser

considerado en cualquier proyecto . Dentro de dicho programa, las acciones tendientes al

control de la inundaci6n 'deberi incluir medidas para controlar la producci6n de sedimentos

(implantando, por ejemplo, vegetaci6n adecuada donde sea necesario), med idas que

traten de restablecer el suelo erodado y med idas tendientes a incrementar la capacidad de

los cursos de agua, etc.

La vegetaci6n remueve la humedad del suelo por transpiraci6n y aumenta la capacidad de

infiltraci6n del suelo organico. La cubierta vegetal es una especie de presa retardadora la

cual almacena una parte del agua de la creciente para despues liberarla. En crecientes

menores el efecto de la vegetacion es retardar el caudal pico; en crecientes grandes su

efecto no es tan apreciable.

34

Se deben proteger los taludes con vegetacion para prevenir su erosion. Se debe bombear

las aguas de drenaje fuera del dique. Antes de colocar el .lleno se debe escarificar la

superficie del suelo.

Los beneficios de un proyecto de control de inundaciones pueden ser tangibles

intangibles; el beneficio primario 10 da la diferencia en danos esperados a traves de la vida

del proyecto y mas alia del control de crecientes.

Los beneficios intangibles son la prevencion de perdidas de vida, reducci6n de

enfermedades resultantes de las condiciones de las crecientes, .el incremento del uso mas

intensivo de la tierra protegida. Entre los beneficios tangibles estan : costo de sustituci6n y

reparacion de inmuebles danados; costo de evacuaci6n, asistencia y rehabilitaci6n de

victimas y medidas de emergencia.; perdidas como un resultado de grietas de

edificaciones; perdidas de cosechas 0 costo de sustituci6n.

4.2. CONTROL DE EFLUENTES (CIERRE DE RIOS).

EI objetivo fundamental es impedir el derrame de las aguas de un rio principal en sitios

IIamados romped eros que son depresiones del terreno, 0 zonas donde los diques naturales

se han destruido como consecuencia de grandes avenidas 0 por la ocurrencia frecuente de

lnundaciones

EI rompedero 0 derrame se presenta generalmente en zonas plana que permanecen

humedas gran parte del tiempo (cienagas) y que son alimentadas por las crecientes del rio

principal y por el flujo continuo en las zonas de almacenamiento adyacentes al canal, en la

"anura de inundaci6n.

Debido a la formacion del dique natural en los costados del canal, estas zonas estan cada

vez mas bajas que el dique, propiciando el estancamiento del agua en cienagas, lagunas y

tierras encharcadas donde no crece el bosque sino una formaci6n herbacea tfpica de

pantanos.

35

0

Antes de que se produzca el derrame, generalmente se presenta socavaci6n fuerte en la

orilla; can una creciente fuerte 0 un periodo prolongado de caudales altos se conforma el

rompedero y el flujo del rio principal, por encima de un cierto umbral, se dirige hacia la

lIanura aluvial, pues el tap6n 0 dique natural se ha destruido en tal sitio. EI umbral que

tlenen que vencer los sedimentos y el flujo para lIegar al efluente, hace que gran parte del

material fino se deposite en el efluente.

AI comienzo, el sedimento grueso del canal principal se acumula aguas abajo del

rompedero porque el caudal se ve disminuido y el rio pierde capacidad de arrastre. Esta

acumulaci6n aguas abajo propicia el flujo continuo hacia el efluente, el cual con el tiempo,

sera capaz de romper el umbral original y transportar tambien material grueso como carga

de fonda.

Debido a las bajas pendientes del cano rompedero, es posible la formaci6n de barras y

acumulaciones de material en el. La figura 11 muestra la localizaci6n del Rompedero de

Mexico, en el departamento de Bol ivar (Carranza A., 1986). Se puede apreciar que el

rompedero se present6 en la curva interior que forma el rio Cauca en ese sitio. EI flujo del

rompedero se dirige al complejo de cienagas de La Raya, alterando todo el ecosistema

existente.

Entre los anos 1969 a 1973 se empez6 a abrir un pequeno cano en la margen derecha del

rio Cauca, aguas abajo del caserio de Mejico. EI cano fue progresando lentamente con las

crecidas del Cauca hasta convertirse en un brazo perfectamente navegable en epocas de

invierno y con cierta dificultad en verano.

A partir de 1973 se inici6 una busqueda masiva de oro en el Baja Cauca (municipios de

Caceres, Caucasia, EI Bagre, Nechi, Taraza, Zaragoza, etc.) que cambi6 completamente las

actividades de la zona, antes dedicada ala agricultura, ganaderia y pesca, par la actividad

minera.

36

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Figura 11. Ubicacion Proyecto Cano Rompedero de Mejico.

37

Como consecuencia, los residuos de la actividad minera son arrojados al rio Cauca sin

ningun control, convirtiendo las corrientes naturales en corrientes de lodo, cascajo y arenas

con alto contenido de mercurio. La capacidad productiva del recurso rctico se disminuy6

apreciablemente ya que con la carga excesiva de sedimentos se destruyen los criaderos de

peces y los organism os que les sirven de alimento.

Para resolver el problema del Cano Rompedero de Mejico, el Himat propuso la

construcci6n de un dique tap6n (ver figura 12) que impidiera el paso de las aguas del rio

CalJca al complejo de cienagas de la Raya. Aguas abajo, sobre el rio Cauca, no se detalla

ninguna obra de adecuaci6n (Carranza A. 1986).

EI estudio hidrol6Qico consider6 los niveles maximos observados en la estaci6n La Mancha­

Rompedero de Mejico, los cuales tienen una periodicidad de cinco arios. Se disen6 una

presa pequena con material homogeneo localizada sobre el cano, 500 m aguas abajo del

rio Cauca, en el sitio mas estrecho del rompedero, para ser construida en cinco meses.

EI dique tap6n funciona como vertedero ya que el nivel maximo probable de la creciente

esta 0,5 m por encima de la corona del dique. En la figura 12 se aprecia la localizaci6n del

dfque y una secci6n transversal del rnismo.

Se recomend6 una vigilancia permanente durante el primer ano de operaci6n y,

peri6dicamente (despues del perfodo de aguas bajas y de aguas altas) para Iievar un

registro de los caudales filtrados, del color del agua y del arrastre de finos. Con el proyecto

mencionado se espera que el rio Caribona recobre el equilibrio normal de las aguas de las

cienagas, al suspender el aporte de s61idos proveniente de las explotaciones auriferas.

Para el vaciado del material que conforma un dique tap6n se deben tener en cuenta los

siguientes criterios, en cuanto al tiempo de vaciado:

EI clima determina el momento inicial y final para el cierre.

La capacidad del flujo para transportar material determina las tasas de vaciado. Se

pretende una tasa de vaciado tal que el rio no la mueva; para ello se debe considerar

las velocidades crrticas para un determinado tamano de material.

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