Tesis - Hidraulica de Rios

7/30/2019 Tesis - Hidraulica de Rios

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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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Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros 2

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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Hidrulica de Ros 17

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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Hidrulica de Ros 19

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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Hidrulica de Ros 21

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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Hidrulica de Ros 23

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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Hidrulica de Ros 25

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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Hidrulica de Ros 27

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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Hidrulica de Ros 29

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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Hidrulica de Ros 33

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 Km2 por 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 Km2 por 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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Hidrulica de Ros 35

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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Hidrulica de Ros 37

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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Hidrulica de Ros 41

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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Hidrulica de Ros 43

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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Hidrulica de Ros 45

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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Hidrulica de Ros 47

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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Hidrulica de Ros 51

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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Hidrulica de Ros 53

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 (qs caudal 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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Hidrulica de Ros 65

El factor de eficienci

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