Manejo de Cauces - vliz.be · –Canalización de los cauces (espigones, …) –Construcción de...

SEMINARIO POTAMOLOGÍA 1 Prof. Em. Ing. J.J. Peters | Consultor

Manejo de Cauces:

Una Aproximación

Potamológica

¿Porque se necesito un cambio de paradigma?


Manejo de cauces en el pasado

• Principalmente para

– Control de inundaciones

– Control de erosión de márgenes

– Control de canal de navegación

• Por acciones de ingeniería tradicional con

objeto de fijar los cauces, de “domarlos”

• Ríos = fuentes de arena y grava (extracción)

• Poca atención para aspectos ambientales


¿Porque un nuevo paradigma?

• Para mitigar los efectos negativos ya

inducidos por la ingeniería tradicional:

– Aumentación de los riesgos de inundación

– Bajada de niveles de agua en estiaje

– Aumentación de erosión de márgenes

– Costos demasiados de los proyectos y de las

obras de protección contra las inundaciones

y las erosiones de márgenes

Comentario: ¿cambio climático? …



• Porque existe una atención siempre mas

grande para aspectos medioambientales

en los cauces y planicies de inundación

/¡Nuevas Directivas en la Unión Europea!

mitigación, conservación, preservación

– Territorios ambientales (“habitat” en Inglés)

– Territorios para aves

– Calidad de las aguas



• Porque no sabemos cuales pueden ser los

efectos futuros sobre los cauces, por el

cambio climático:

– Por cambio de régimen hidrológico

– Por cambio de los niveles de los océanos y de los

lagos (en los estuarios y deltas)

• Tenemos que preservar el futuro de

nuestros recursos hídricos y de los

sistemas medioambientales asociados


Mar del Norte en el Pleistoceno y subida de los niveles

en los océanos durante el Holoceno


Gravedad de los asuntos actuales

• Inundaciones mas graves, mas frecuentes (Misisipi 1993, Grijalva 1999 y 2007, Europa en los años

90’s, Bangladesh, Vietnam (ante-ayer…)

• Presión demográfica siempre mas fuerte

con reducción de los “grados de libertad”

para la movilidad de los cauces

• Cambio de actitud de las poblaciones en

relación con la construcción de presas


Aspectos políticos e institucionales

• Los políticos requieren acciones, quieren

inaugurar obras, pero no siempre se

preocupan de las posibles consecuencias

negativas de sus decisiones

• Los especialistas no quieren, por diversas

razones, explicar que no tienen las

herramientas para predecir con suficiente

certidumbre los efectos de la ingeniería


Evolución morfológica: Mediciones 1998-2002

Simulación 1998-2002

Erosión (m)

Deposito


Educación y capacitación

• Existe un “divorcio” entre el mundo

académico y el de la práctica, con

demasadio interés para aspectos teoricos

y muy poco para la realidad del terreno

• Los ingenieros de las administraciones

públicas no tienen suficiente formación

básica para evaluar de manera crítica las

propuestas de empresas de consultoría o

de académicos


Ejemplo: control de inundaciones

• Aproximación tradicional:

– Construcción de bordos (encauzamiento)

– Canalización de los cauces (espigones, …)

– Construcción de presas (embalses)

• Nueva aproximación:

– Alejar los bordos de los cauces

– Establecer zonas de inundación controlada

– Manejar los cauces con medidas recurrentes


Necesidad de gestión integral

• Todos se acuerdan de que necesitamos

una aproximación multidisciplinaria, pero

no saben bien de que manera realizar eso

• En la mayoría de los casos, falta una

visión a largo plazo, potamológico,

aunque eso es difícil porq no tener un

conocimiento o entendimiento suficiente

de los procesos fluviales


¿Ingeniería fluvial o potamología? • Ríos son sistemas naturales en permanente

evolución que necesitan un manejo íntegro para

– Aprovechar los recursos hídricos (economía)

– Preservar sus valores naturales (ecología)

– Garantizar un uso sustentable de los recursos

• Es un error de pensar que un rió siempre llegó a

una forma naturalmente estable o ideal; la

ingeniería fluvial debe ser la herramienta para

manejar el sistema fluvial, no para domarlo

• La ingeniería fluvial no puede ser reducida a una

serie de recetas, mas bien debe ser basada en un

mejor entendimiento del funcionamiento del río


Tipos de obras • Obras fluviales sirven para:

– Controlar el cauce en vertical (degradación)

– Controlar el cauce en planta (erosión lateral, avulsión, cortes, …)

– Aprovechar el agua (presas y embalses, obras de carga, …)

– Controlar las inundaciones (bordos, zonas de inundación

controlada)

– Favorecer la navegación (dragado, obras de encauzamiento)

• En la mayoría de los casos, no se trata solamente

de manejar el agua, sino también el sedimento

• Es muy importante (y crítico) poder predecir la

“respuesta” del sistema fluvial a la intervención

humana, tomando en cuenta la tendencia natural ya

existente a corto, a mediano y a largo plazo


El contexto fluvial

Fuente: “Erosion and sedimentation in the Nepal Himalaya” Vic Galay, 1987


Obras tipo control de pendiente • Obras (usualmente en las cuencas altas) para controlar la

degradación del cauce: – Construcción de obras de control de pendiente

• En todo caso, hay que estimar la respuesta probable (por ejemplo con la “balanza de Lane”)

• La pendiente del nuevo cauce disminuirá hasta un valor que depende del tipo de carga sólida:

– Horizontal en el caso de lodo (sedimento muy fino)

– Entre horizontal y el valor de pendiente inicial en el caso de sedimento grueso

• Eventualmente, hay que construir una serie de obras principales grandes, con entre las principales intermediarias mas pequeñas

(caso de estudio: río Var, Francia)


Perfil longitudinal 1998

Sills No.: 4 5 6 7 8 9 10

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Vertedor # 10 en 2002


Socavación de 12 m. por déficit sedimentario


Colapso de dos vertederos para control de pendiente


Ejemplo de obra de control de la erosión regresiva en un afluente debido a la degradación del río principal (Piraí, Bolivia)


Obras de control en planta Obras para controlar el movimiento de los cauces, con objetivo de: – Proteger la margen de la erosión (revestimiento)

– Retener los flujos al lado de la margen (obra de retraso)

– Alejar el flujo de la margen y inducir sedimentación (espigones)

– Provocar corrientes helicoidales y inducir sedimentación de bancos y/o erosión de canales (paneles)

– Guiar los flujos en el eje de una obra (e.j., puente) y evitar un flanqueo de la obra (diques guías)

Revestimiento Retraso Espigones Paneles Diques guías


Obras de control en planta Revestimiento de márgenes



Obras tipo revestimiento de margen Estacas y bolsas de arena o piedras (sistema sencillo)



Obras tipo revestimiento de margen “Puercoespín” (sistema sencillo)

•Fuente: “Erosion and sedimentation in the Nepal Himalaya” Vic Galay, 1987


Obras tipo revestimiento de margen Gaviones (sistema pesado)



Obras tipo revestimiento de margen “riprap” – enrocamiento (sistema pesado)

“Pollerín” en Bolivia



Obras tipo revestimiento de margen Gavión colchón (sistema pesado)

“Pollerín”



Río Piraí, Bolivia: bordo con revestimiento gavión

Pasaje del dique para coches cruzando por vadeo


Revestimiento del dique con colchonetas de gaviones

La “Pollerín” fue reducida de 40m. (diseño) hasta 10m.


Daños por ataque oblicua del flujo. El diseño fue

hecho para un flujo paralelo a la orilla. El hueco debajo

de la “Pollerín” resultó en un deslave y derrumbe del

bordo


Obras de control en planta Tipo “retraso” (reducir velocidad e inducir sedimentación)



Obras tipo de retraso, permeable

•Fuente: “Erosion and sedimentation in the Nepal Himalaya” Vic Galay, 1987 (caso de estudio: Río Piraí, Bolivia)


Defensa de márgenes permeables tipo “retraso”

Reducen las velocidades e inducen sedimentación


Obras de control en planta Espigones (no permeables)



Dique o espigón (no permeable)




Reglas de diseño



Obras de control en planta Paneles



Obras de control en planta • Obras tipo panales, de fondo o de superficie (para

provocar sedimentación al lado de la margen)

• Necesita experiencia y diseño en modelo reducido



Obras de control en planta Obras para guiar los flujos cerca de una obra



Obras tipo dique guía (no permeable)



Obras tipo dique guía (no permeable) Falta de obras tipo dique guía (con riesgo de falla del puente)



Obras de retención • Presas con sus embalses

• Precauciones: – Conocer los ingresos de sedimento (problema de vida útil)

– Evaluar los impactos fluviales aguas abajo de la presa (degradación del cauce, cambio de tipo de lecho, …)

– Tomar medidas para evitar impactos sobre los cauces por la operación de la presa (e.j., erosión de márgenes)

• Pueden producir impactos ambientales

• Evaluar alternativas y medidas para evitar los

efectos negativos que pueden provocar los cambios

de régimen hidrológico y sedimentológico (caso de estudio: río Grijalva, México)


Obras de control de inundación • Obras para contener las aguas de crecidas mayores

y/o para almacenar las aguas de los picos: – Bordos de contención

– Zonas de inundación controlada

• Precauciones: – Manejar el sedimento, no solamente el agua

– Hacer estudios de diagnóstico para identificar los riesgos de desbordes

– Evaluar los impactos ambientales, sin embargo incluidos los impactos fluviomorfológicos (potamológicos)

– Utilizar preferiblemente soluciones adecuadas y apropiadas (utilizar materiales locales y experiencia indígena)

(casos de estudio: Río Piraí, Bolivia)


Obras de mejoramiento de navegación • Obras para profundizar el canal de navegación

• Obras para estabilizar el cauce y/o para controlar

los brazos (bifurcación y confluencia)

• Obras para dar una forma adecuada (curvas de menor

radio, umbrales de menor longitud, …)

• Precauciones: – Evitar efectos no deseables (potamológicos, ambientales,

hidráulicos, sedimentológicos, …)

– Utilizar preferiblemente soluciones adecuadas y apropiadas (utilizar materiales locales y experiencia indígena)

– Evitar obras definitivas y pesadas en cauces inestables (casos de estudio: Río Ichilo, Bolivia; Río Grijalva, México; Estuario Escalda, Holanda)


Evolución del Río Ichilo en

Puerto Villarroel entre 1958 y 1975

75 58

Corte de meandro previsible?


Vueltas de meandros en el Ichilo aguas arriba del puerto

Puerto

Villarroel


1994: menos de 140 m. en el cuelo del meandro; corte natural parecía inevitable

Puerto

Villarroel


Análisis morfológica de la confluencia ríos Ichilo y Sajta - proyecto cortes artificiales S-I & I-I


Propuesta de obras de control de las erosiones de orillas (Febrero 1994)

• Considerando la urgencia y el tiempo necesario para los tramites de la licitación de los cortes artificiales, fueron propuestas medidas para demorar la erosión en el cuelo “T” del meandro

• Obras guías especiales B1 y B2 cambian el lugar de ataque de las márgenes, mas aguas arriba del corte natural potencial “T” (inducen sedimentación lo que desvía el flujo)

• Obra C semejante cambia la curvatura del meandro aguas arriba del puerto y reduce el ataque de la orilla

• Obra A permeable (“retard structure” en Inglés) reduce la velocidad del flujo al lado del puerto y induce sedimentación


Estructuras B1, B2 & C terminadas (sedimentación y desvío del flujo visible)


Estructura B2 “espigón guía permeable” después de una crecida (1995)

Construcción con materiales locales, estacas de madera y bambú


Cortes artificiales S-I e I-I en 1997


Cortes artificiales S-I e I-I (1998); permanecían 40 m. en el cuelo “T”

T


Lo que fue posible realizar

Trabajando con la naturaleza

No a contra de ella …

Cortes

artificiales

Después de 12 años


Bajo Grijalva y llanuras deltaicas

de los ríos Samaria, Carrizal,

de la Sierra y Usumacinta


BARRA DE

TUPILCOBARRA DE DOS BOCAS

PARAISO

BARRA DE CHILTEPEC

BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

BARRA DE SAN PEDRO

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VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )CARDENAS

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Rio Viejo

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ROMPIDO DEL VELADERO

ABIERTO EN 1952

CERRADO EN 1953

CUNDUACAN

ROMPIDO DEL VELADERO - 1952

BARRA DE


PARAISO

BARRA DE CHILTEPEC

BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

BARRA DE SAN PEDRO

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CUNDUACAN

VILLAHERMOSA

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ROMPIDO DE

NUEVA ZELANDIA

ROMPIDO DE NUEVA ZELANDIA - 1675

BARRA DE


PARAISO

BARRA DE CHILTEPEC

BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

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Rio Carrizal

ROMPIDO MANGA

DE CLAVO

ROMPIDO MANGA DE CLAVO - 1881

BARRA DE


PARAISO

BARRA DE CHILTEPEC

BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

BARRA DE SAN PEDRO

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VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )CARDENAS

HUIMANGUILLO

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ROMPIDO DE

LA PIGUA - 1904

ROMPIDO DE LA PIGUA - 1904

BARRA DE


PARAISO

BARRA DE CHILTEPEC

BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

BARRA DE SAN PEDRO

NACAJUCAJALPA

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ROMPIDO DE CA„AS

ROMPIDO DE CA„AS1940

BARRA DETUPILCO

BARRA DE DOS BOCAS

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BARRA DE FRONTERA

FRONTERA

BARRA DE SAN PEDRO

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( San Juan Bautista )

CARDENAS

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COMALCALCO

SIGLO XVI


¿Como controlar el gasto líquido del Río Carrizal?


Río Samaria

cauce meándrico

(canaliformo)

2000

Río Carrizal

cauce canaliformo


GASTOS MENSUALES EN PENITAS 1948-1999

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

9,000

10,000

Ene-47 Ene-51 Ene-55 Ene-59 Ene-63 Ene-67 Ene-71 Ene-75 Ene-79 Ene-83 Ene-87 Ene-91 Ene-95 Ene-99

FECHA (MESES)

GA

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M3

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MÁXIMO MÍNIMO MEDIO

Mal

Paso

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Ch

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Obras de control en el Carrizal


Puentes Samaria

Efecto de los puentes Samaria Faltan diques guías (guide banks)

permitirían evitar la construcción

de los espigones


Primer esquema con obras de retraso

concepto J.J. Peters, 2003

Anteproyecto de encauzamiento


Ejemplo de obras de retraso (Río Piraí)


Sin embargo, necesita corrección de

forma del cauce por excavaciones


Desborde 1983 Río Piraí en Santa Cruz de la Sierra


Corrección del alineamiento de la margen derecha

Redujo el riesgo de ataque de la orilla y desbordes


Un turbión en el Río Piraí


Fenómeno de avulsión en un cono aluvial

Impactos de la construcción de diques y puentes para la

autopista de Santa Cruz de la Sierra hasta Cochabamba y para

el ferrocarril del Beni


• Degradación del cauce del Río La Madre por déficit de sedimento (balance de Lane)

• Durante una crecida normal, los diques trabajaron como presas … (¡aunque los cálculos no indicaron una falta de capacidad hidráulica!)


… lo que inició la ruptura de los diques, después de que el Río

Piraí avulsionó y siguió el cauce de La Madre con erosión

regresiva aguas arriba de la confluencia hasta llegar al dique

del ferrocarril y mas tarde hasta el dique de la carretera. El

puente ferrocarril sobre La Madre fue destruido


Río La Madre


Una crecida excepcional produjo una nueva avulsión en la

curva Juan Latino del Río Piraí, con desborde hacia la Ciudad

de Montero, y formación de un “delta”, aguas arriba del dique de

la autopista …


Con la ayuda de la cooperación Alemán, un cauce artificial Juan

Latino fue dragado para regresar el Río Piraí en su cauce

anterior. Por falta de suficiente presupuesto, este canal fue

diseñado con pocas curvas y con sección transversal

insuficiente para crecidas mayores (el gasto de diseño fue de

1000 m3/s en vez de 5000 m3/s)


Estuario Escalda, manejo por dragado


•Trailing suction dredge

•Pontoon with diffuser

Pontón con difusor

difusor

Draga portante

Ensayo piloto: 500 000 m3 depositados


Éxito morfológico: el material se queda en el lugar (a contrario de que prevé el modelo numérico) y se mueve en transporte de arrastre en dirección del banco anteriormente erosionado (resultado esperado)


Batimetría multirayos con lineas de igual profundidad y la misma en iluminación oblícua


Imágenes SPOT - Bangladesh – Río Bramaputra (1 brazo) Otoño 1991 Primavera 1992


Imágenes SPOT - Bangladesh – Río Bramaputra (1 brazo) Primavera 1992 Primavera 1993


En conclusión

Necesitamos nueva manera de manejar los

cauces

– Buscar las causas de los fenomenos

– Intervenir sobre las causas en vez de tratar

prevenir los efectos por protecciones

– Mejorar nuestro entendimiento de los

fenomenos


En conclusión

Aprovechar todas herramientas disponibles – Estudios de gabinete (analisis visual)

– Mediciones y observaciones de campo

– Ensayos en modelos físicos

– Simulaciones en modelos matemáticos

– Experiencia (“expertise” en Inglés)

Con mas atención para las observaciones de

campo para comprender los fenómenos, ¡no

únicamente para alimentar los modelos!


Gracias para su atención

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