MORFOLOGÍA
DE Ríos Capítulo 11 del Manual de Ingeniería de Ríos *
JESS GRACIA S!"C#E$ ** JOS% A"&O"IO MA$A !L'ARE$ ***
* 'ersi(n 'ersi(n a)tualiada del )apítulo 11 del Manual de Ingeniería de Ríos +ue el Instituto de Ingeniería ela,or( para la Co-isi(n "a)ional del Agua * In.estigador/ Instituto de Ingeniería/ 0"AM
*** ro2esor/ Di.isi(n de Estudios de osgrado/ Fa)ultad de Ingeniería/ 0"AM
RES0ME" 113 MORFOLOGÍA DE Rios
1
1131 Casi2i)a)i(n de los ríos 1134 Cara)terísti)as2ísi)as 1136 Meandros 1138 Cur.as
1 5 47
113: &ransi)iones
61
113; A,ani)os alu.iales
61
1139 Deltas
66
113< E=e-plo nu->ri)o
68
1135 Re2eren)ias
69
49
FO&OGRAFÍAS
65
A?S&RAC& &@e ,asi) ideas are presented to understand t@e ,
[email protected] o2 t@e ri.ers3 &@is in)ludes t@eir )lassi )lassi2i) 2i)ati ation/ on/ p@ p@si) si)al al )@ara) )@ara)teri teristi sti)s/ )s/ -eande -eanders rs 2or-atio 2or-ation/ n/ de. de.elo elop-en p-entt o2 ,en ,ends/ ds/ transitions/ allu.ial 2ans and delta 2or-ations33 "u-eri)al eBa-ples are in)luded3
RES0ME" 113 MORFOLOGÍA DE Rios
1
1131 Casi2i)a)i(n de los ríos 1134 Cara)terísti)as2ísi)as 1136 Meandros 1138 Cur.as
1 5 47
113: &ransi)iones
61
113; A,ani)os alu.iales
61
1139 Deltas
66
113< E=e-plo nu->ri)o
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1135 Re2eren)ias
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FO&OGRAFÍAS
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A?S&RAC& &@e ,asi) ideas are presented to understand t@e ,
[email protected] o2 t@e ri.ers3 &@is in)ludes t@eir )lassi )lassi2i) 2i)ati ation/ on/ p@ p@si) si)al al )@ara) )@ara)teri teristi sti)s/ )s/ -eande -eanders rs 2or-atio 2or-ation/ n/ de. de.elo elop-en p-entt o2 ,en ,ends/ ds/ transitions/ allu.ial 2ans and delta 2or-ations33 "u-eri)al eBa-ples are in)luded3
iii RES0ME" Se presentan los )on)eptos ,si)os para )o-prender el )o-porta-iento de los ríos3 Esto in)lu in)luee su )lasi2i )lasi2i)a) )a)i(n i(n// )ara)t )ara)terís erísti) ti)as as 2ísi)a 2ísi)as/ s/ 2or-a)i 2or-a)i(n (n de -eandr -eandros/ os/ desarr desarrollo ollo de )ur.as/ transi)iones/ a,ani)os 2lu.iales deltas3 Se in)luen in) luen e=e-plos nu->ri)os3
i.
1133 MORFOLOGÍA 11 MORFOLOGÍADE DE RÍOS La -or2ología de ríos estudia la estru)tura 2or-a de los ríos/ in)luendo la )on2igura)i(n del )au)e en planta/ la geo-etría de las se))iones trans.ersales/ la 2or-a del 2ondo las )ara)terísti)as del per2il3 En esen)ia/ las teorías plantea-ientos analíti)os para ríos se @an desa desarro rroll llad adoo para para )aso )asoss idea ideali liad ados os33 Los Los dato datoss e-pl e-plea eado dos/ s/ a sean sean de )a-p )a-poo o de la,oratorio/ )orresponden a )anales re)tos )on se))iones trans.ersales )asi in.ariantes/ en los )uales se supone +ue el gasto es )asi )onstante se -antiene por grandes períodos3 E2e)ti.a-ente/ los ríos reales -uestran -u)@as de las )ara)terísti)as idealiadas en los )anales esta,les sin e-,argo eBisten .arias di2eren)ias entre a-,os/ +ue es ne)esario )ono)er para apli)a)i(n satis2a)toria de di)@as teorías3 or ello/ en este )apítulo se presenta un estudio general de a+uellos aspe)tos +ue estn rela)ionados )on la 2or-a )ara)terísti)as de un río a lo largo de su re)orrido3
1131 Clasi2i)a)i(n de los ríos ara 2a)ilitar el estudio de la -or2ología de ríos/ se @a )lasi2i)ado a los -is-os desde di2erentes puntos de .ista3 Esto per-ite u,i)ar 2)il-ente )ual+uier )au)e para deter-inar sus prin)ipales )ara)terísti)as3 Sin e-,argo/ )on.iene tener sie-pre en )uenta +ue en la naturalea se puede presentar )ual+uier )ondi)i(n inter-edia entre las de2inidas en una )lasi2i)a)i(n3
1
4 113I31 Segn su edad Geol(gi)a-ente/ los ríos son )lasi2i)ados )o-o =(.enes/ -aduros .ie=os3 Los ríos =(.enes se en)uentran en los )au)es de -ontaa tienen pendientes altas se))i(n trans.ersal tipo H'H3 Son -u irregulares estn general-ente en pro)eso de degrada)i(n/ .>anse las 2otos 1131 a 11383 Los ríos -aduros se presentan en .alles a-plios tienen pendientes relati.a-ente ,a=as la erosi(n de las -rgenes @a ree-plaado a la erosi(n del 2ondo3 Los ríos -aduros son esta,les/ la se))i(n trans.ersal en )ada tra-o es )apa de transportar la )arga de sedi-ento en todo su re)orrido/ .>anse las 2otos 113: 113;3 Los ríos .ie=os se en)uentran en .alles a-plios plani)ies )uo an)@o es 1: a 47 .e)es -aor +ue el an)@o de los -eandros/ las pendientes son -u ,a=as3 En estos ríos se 2or-an dep(sitos naturales de sedi-entos/ a lo largo de las -rgenes/ 2otos 1139 a I I 353 Fre)uente-ente se 2or-an a-plias
plani)ies pantanos en las onas .e)inas a las -rgenes del río3 Los ríos .ie=os no tienen rpidas o )aídas/ pero )er)a de ellos pueden @a,er lagos )on 2or-a de )uerno o @erradura/ +ue son restos de -eandros a,andonados +ue se )ortaron en 2or-a natural3 113134 or )ondi)i(n de esta,ilidad En los ríos se distinguen tres )ondi)iones de esta,ilidad estti)a/ din-i)a -or2ol(gi)a3
a3 Estti)a3 0n )au)e tiene esta,ilidad estti)a/ )uando la )orriente es )apa de arrastrar sedi-entos/ pero no puede -o.er arrastrar las partí)ulas o los ele-entos de las orillas3 Co-o e=e-plo se tienen los tra-os de ríos en +ue las -rgenes son ro)osas o tienen -u alta )o@esi(n/ 2oto 113173
6
,3 Din-i)a3 0n )au)e tiene esta,ilidad din-i)a )uando las .aria)iones de la )orriente/ los -ateriales de la plantilla de las orillas/ los sedi-entos transportados @an 2or-ado una pendiente una se))i(n +ue no )a-,ian apre)ia,le-ente ao )on ao3 En esta )ondi)i(n/ el río su2re desplaa-ientos laterales )ontinuos en las )ur.as/ )on erosiones en las -rgenes eBteriores dep(sito de sedi-ento en las interiores3 &odos los gastos/ antes de produ)irse un des,orda-iento/ es)urren por un ni)o )au)e +ue no tiene islas o ,i2ur)a)iones3 Co-o e=e-plo se tienen los ríos de plani)ie 2or-ados por un ni)o )au)e 2otos 1 134/ 1139 1 13<3
)3 Inesta,ilidad din-i)a3 El río es)urre por un solo )au)e/ )o-o se indi)( para la esta,ilidad din-i)a/ pero se presenta )uando el desplaa-iento lateral de los -eandros es -u intensa por lo tanto/ el )orte natural de ellos o)urre -u 2re)uente-ente3 or una parte/ el río trata de al)anar su pendiente de e+uili,rio al desarrollar sus -eandros por otra estos se estrangulan rpida-ente se )ortan3 De,ido a lo sealado el tra-o de río no al)ana a esta,ili-r su pendiente3
d3 Mor2ol(gi)a3 Este grado de esta,ilidad es el )on)epto -s a-plio es de)ir/ en )ual+uier )au)e natural/ la pendiente de un tra-o )ual+uiera/ el an)@o el tirante de su se))i(n trans.ersal/ así )o-o el n-ero de ,raos en +ue se di.ida el )au)e/ dependen del gasto lí+uido +ue es)urre anual-ente de su distri,u)i(n/ de las )ara)terísti)as 2isi)as de los -ateriales +ue 2or-an el 2ondo orillas/ de la )alidad )antidad del sedi-ento/ +ue es transportado >ste llega al tra-o/ tanto pro)edente de aguas arri,a )o-o de aporta)iones laterales3 En otras pala,ras/ )ual+uier )orriente natural no alterada por 2a)tores @u-anos tiene esta,ilidad -or2ol(gi)a/ por ello un )au)e +ue en 2or-a natural tiene esta,ilidad estti)a o din-i)a/ ta-,i>n la tiene -or2ol(gi)a/ .>anse las 2otos 1131 a 1136 113: a I I 3<3 Co-o )o-ple-ento a lo eBpuesto .>ase el apartado 1439 del )apítulo Esta,ilidad de )au)es de este -is-o -anual3 113136 or tra-os
8 0na )lasi2i)a)i(n por tra-os a lo largo del re)orrido de un río 2ue propuesta por Lo=tin es la siguiente &IO DE CA0CE
D/SO
Alta -ontaa
17
Montaa
Fr 739 a l 7378: a 739
Faldas de -ontaa Inter-edio
734 a 738:
lani)ie K)au)e arenoso a Río )audaloso
4
7318 a
, Río po)o )audaloso l
7388 a 73:: "ota D di-etro -edio de las partí)ulas del 2ondo en -3 So pendiente @idruli)a/ en -- Fr n-ero de Froude eBpresado )o-o
K1131 donde 0 d son la .elo)idad -edia el tirante/ de la )orriente/ aso)iados al gasto 2or-ati.o3 113I38 Segn los grados de li,ertad
a3 0n grado de li,ertad3 Cuando al .ariar el gasto en un )au)e o )anal s(lo .aría el tirante/se di)e +ue eBiste un grado de li,ertad3 Esto o)urre si el 2ondo/ las paredes la pendiente no )a-,ian al .ariar el gasto por e=e-plo/ un )anal re.estido3 Cuando se tiene un grado de li,ertad no eBiste transporte de sedi-entos3
,3 Dos grados de li,ertad3
: Cuando s(lo pueden .ariar el tirante la pendiente/ se di)e +ue el )au)e tiene dos grados de li,ertad3 Esto puede o)urrir )uando las -rgenes son -u resistentes pero el 2ondo no/ .>ase 2oto I l 3 IO3
)3 &res grados de li,ertad3 Si ade-s del tirante la pendiente/ ta-,i>n pueden alterarse las -rgenes a=ustarse al an)@o/ se di)e +ue el )au)e tiene tres grados de li,ertad/ .>anse 2otos 1139 1 13<3
Esto se trata )on -s detalle en el apartado 143434 del )ap3 14/ Esta,ilidad de )au)es de este -is-o -anual3 113I3: or el -aterial de las -rgenes el 2ondo a3
[email protected] Son los )au)es alo=ados en -ateriales predo-inante-ente ar)illosos3 ,3 "o )
[email protected] O)urre en los )au)es alo=ados en -aterial +ue no desarrolla )o@esi(n/ sino +ue est 2or-ado por partí)ulas sueltas3 Se )lasi2i)an a su .e/ segn el predo-inio del -aterial grueso/ en ,oleo )antos rodados si D- ;8 --/ o en gra.a arena si ;8 D- 4 -- en arenoso si 4 D- 737;4 --3 Siendo D- el di-etro -edio de las partí)ulas3 )3 A)oraados3 Son a+uellos )au)es donde de,ido a lo eBtendido de la granulo-etría KOg 6/ puede o)urrir el arrastre de las partí)ulas -s 2inas/ lo +ue per-ite la 2or-a)i(n de una )apa prote)tora o )oraa de -aterial grueso en sus super2i)ie/ la )ual -antiene de,a=o de ella a toda la granulo-etría original in)luendo los granos -s 2inos/ .>anse 2otos 11311
; d3 ?ien graduados o )on granulo-etría eBtendida3 Son a+uellos en +ue la des.ia)i(n estndar de los di-etros es -aor +ue 6 Kog 63 Entran en esta )lasi2i)a)i(n los sedi-entos del 2ondo )o-puestos por una gran .ariedad de ta-aos3 e3 Mal graduados o de granulo-etría uni2or-e3 Ello o)urre si N 63 Cuando los ta-aos de las partí)ulas siguen una distri,u)i(n lognor-al o logarít-i)a/ la des.ia)i(n estndar geo->tri)a/ .ale D<8
1 D<8 4
K1
134
D1;
D1;
Siendo Di el di-etro de la -uestra en +ue el por)enta=e i en peso/ es -enor +ue ese ta-ao3 113I3; or geo-etría
a3 Re)tos3 "or-al-ente esto o)urre en pe+ueos tra-os son transitorios/ a +ue )on )ual+uier irregularidad en la 2or-a del )au)e o en su alinea-iento/ o )on la 2or-a)i(n de ,an)os/ o ,ien alguna o,stru))i(n te-poral/ se originan distur,ios lo)ales +ue produ)en 2lu=os trans.ersales +ue ini)ian la 2or-a)i(n de )ur.as -eandros3 0n )riterio para de2inir )au)es re)tos indi)a +ue la sinuosidad no de,e ser -aor de 134 Kre23 53 La de2ini)i(n de sinuosidad se -uestra en la e) l l 349/ .>anse las 2otos 1134 113163 Los tra-os re)tos o )asi re)tos se presentan ta-,i>n )uando el río es)urre a lo largo de una 2alla geol(gi)a3
,3 Sinuosos3 La sinuosidad es -aor de 134 pero -enor de 13:/ .>ase 2oto 11343
9
)3 Con -eandros3 Son a+uellos en +ue la sinuosidad es -aor +ue 13:3 Los )au)es presentan )ur.as alternadas unidas por tra-os re)tos )ortos/ .>ase la 2ig I l 3 I 3, o 2oto 113<3 "or-al-ente la pendiente es ,a=a3 Estos )au)es pueden presentar erosi(n en las -rgenes eBteriores de las )ur.as/ prin)ipal-ente en los tra-os de aguas a,a=o3 EBisten pro2undas depresiones del 2ondo en las )ur.as altas .elo)idades en la )er)anía de las -rgenes )(n)a.as3 Los tirantes en las transi)iones son -enos pro2undos si se )o-paran )on los +ue o)urren en las )ur.as3 Los )au)es )on -eandros pueden a su .e )lasi2i)arse )o-o a )on )ur.as Hsuper2i)ialesH , )on )ur.as en Htrin)@eraH3 Los pri-eros )a-,ian su )urso en el trans)urso del tie-po/ los segundos per-ane)en 2i=os a +ue general-ente son )a.ados en -ateriales resistentes3 Los -eandros segn su -o.i-iento @a)ia aguas a,a=o/ si los )ortes o)urren en una -is-a ona/ pueden )lasi2i)arse en esta,les o -u inesta,les3 d3 &renados3 A este tipo pertene)en a+uellos +ue no presentan un solo )au)e/ sino por el3 )ontrario/ )ontinua-ente a lo largo de su re)orrido/ se di.iden en .arios )au)es +ue se entrelaan se .uel.en a separar3 Estos )au)es son a-plios las -rgenes no estn ,ien de2inidas3 Con gastos ,a=os/ eBisten dos o -s )au)es prin)ipales entrelaados se 2or-an )au)es se)undarios/ .>ase la 2ig 11313)3 En las )re)ientes/ el agua )u,re todos los )au)es grandes )antidades de sedi-ento se depositan rellenando los )au)es antiguos3 or ello/ en la siguiente >po)a de estia=e se 2or-an nue.os )au)es entrelaados3 General-ente estos )au)es tienen pendientes altas/ el -aterial es grueso llegan a ellos grandes )antidades de sedi-entos3 La prin)ipal )ara)terísti)a de los ríos trenados es +ue estn su=etos a un pro)eso de sedi-enta)i(n3 e3 Con Islas3 Son los )au)es +ue presentan islas en su interior/ las )uales pueden desplaarse @a)ia aguas a,a=o3 Cuando una isla per-ane)e uno o -s aos en su -is-o sitio es )u,ierta por .egeta)i(n/ .>anse 2otos 113;/ 1139 113183
< 23 En estuario3 Estos se presentan en las dese-,o)aduras a los o)>anos estn alta-ente in2luen)iados por las -areas )ontener estratos o -e)la de agua salada3 g3 En pantano3 Los )au)es de estos ríos/ nor-al-ente son -u a-plios por no eBistir pendiente o ser -u pe+uea/ ade-s presentan onas -uertas saturadas por altos ni.eles 2reti)os3 Los tirantes son redu)idos se )rea un a-,iente 2a.ora,le para el )re)i-iento de la .egeta)i(n3
5
a Re)to
, Con -eandros Barras
) &renado
Fig 1 1 3 1 Con2igura)i(n de ríos @3 Deltas3 ertene)en a este tipo de ríos/ a+uellos +ue arrastran grandes )antidades de sedi-ento +ue dese-,o)an en el -ar )on -areas redu)idas3 El -aterial depositado 2or-a
ini)ial-ente 2le)@as paralelas al 2lu=o +ue deli-itan las -rgenes del )au)e dentro del -ar3 osterior-ente el -aterial +ue se sigue depositando la a))i(n del olea=e in)re-entan el an)@o de las 2le)@as3 or otra parte/ al o)urrir grandes a.enidas o tor-entas/ las 2le)@as se ro-pen en algn sitio por donde en)uentra salida parte del 2lu=o el pro)eso des)rito se repite en ese nue.o )au)e3 Este pro)eso produ)e un a,ani)o de sedi-enta)i(n )ua 2or-a se ase-e=a a la letra griega D/ de donde .iene su no-,re3 Los deltas presentan sie-pre .arios ,raos3 113139 or )ondi)i(n de transporte En t>r-inos generales se )onsidera +ue los tra-os de los ríos pueden estar su=etos a un pro)eso de erosi(n o sedi-enta)i(n o en e+uili,rio3 0na )lasi2i)a)i(n i-portante de los ríos rela)ionada )on estos aspe)tos/ es la propuesta por S)@u-- K15;6/ la )ual est ,asada en la )arga de sedi-ento/ pues )onsidera +ue di)@o 2a)tor a2e)ta signi2i)ati.a-ente la esta,ilidad del )au)e/ su 2or-a su sinuosidad3 Esta,le)e tres tipos prin)ipales de )au)es esta,le/ erosiona,le depositante/ propone su,)lases dependiendo del -odo de transporte del sedi-ento/ a sea en la )apa del 2ondo/ -iBto en suspensi(n3 En la ta,la 1131/ se reprodu)e di)@a )lasi2i)a)i(n3 1134 Cara)terísti)as2ísi)as La -or2ología de los )au)es )a-,ia )on el tie-po es a2e)tada prin)ipal-ente por el gasto P/ -aterial transportado del 2ondo P?&/ di-etro representati.o del -aterial del 2ondo D/ pendiente del le)@o S/ rela)i(n entre el an)@o de la super2i)ie li,re ? el tirante d de la se))i(n trans.ersal F Q ?d/ la )on2igura)i(n de )ur.as/ a sea sinuosidad o -eandreo en planta 3 Se puede )onsiderar +ue F son .aria,les dependientes/ en tanto +ue P d son independientes3 Sin e-,argo/ eBiste in)ertidu-,re en el )aso de P?& S3 Si se trata de la parte ini)ial de un río/ la pendiente es deter-inada por 2a)tores geol(gi)os/
11 por lo )ual es una .aria,le independiente/ por )onsiguiente/ P/ S d deter-inan la -agnitud del transporte de sedi-entos P?&/ siendo esta lti-a una .aria,le dependiente3 Sin e-,argo/ si se 2rata de la parte 2inal del río/ P/ P?& D son independientes por lo tanto/ S depender de F 3 Cada tra-o de un río tiene di2erentes alinea-ientos/ 2or-as de se))i(n trans.ersal de )au)e/ -ateriales en el 2ondo en las -rgenes/ pendiente )ara)terísti)as del .alle a lo largo del )ual es)urre3 EBisten 2a)tores +ue a2e)tan dire)ta o indire)ta-ente a la )on2igura)i(n de un río/ re23 ;/ las -s i-portantes son el gasto/ pendiente longitudinal/ transporte de sedi-entos/ resisten)ia de las -rgenes del 2ondo al -o.i-iento del agua/ .egeta)i(n/ te-peratura/ geología a)ti.idades @u-anas3 Es ne)esario @a)er notar +ue -u)@as .e)es/ en los 2a)tores anteriores/ son -s i-portantes sus interrela)iones/ +ue la in2luen)ia de )ada uno por
separado3 Así por e=e-plo/ la pendiente longitudinal/ la )arga de sedi-ento la resisten)ia de las -rgenes del 2ondo al -o.i-iento/ son interdependientes/ pues estn estre)@a-ente ligadas entre sí3 11343 la 'elo)idades El punto de -Bi-a .elo)idad en la se))i(n trans.ersal de un río es nor-al-ente de un 4: a un 67 -s grande +ue la .elo)idad pro-edio3 En )au)es arenosos de plani)ie/ la .elo)idad -edia -Bi-a )orresponde a la .elo)idad pro-edio durante una a.enida .aría de 4 a 6
La .elo)idad -edia -íni-a )orresponde a la .elo)idad pro-edio del gasto
,ase .aría de )ero a 73;1 -s3 113434 endientes Las pendientes .arían prin)ipal-ente )on el gasto las )ara)terísti)as 2isiogr2i)as3 Dis-inue a lo largo del re)orrido del río )o-o esto se aso)ia )on el au-ento del gasto/ la pendiente dis-inuir al au-entar el )audal del río3 ara el )aso parti)ular de los ríos de
Al,erta/ ?ra en 1596/ propuso la siguiente e)ua)i(n para )al)ular la pendiente S Q 73776;68
P764-K1136
6
siendo P- el gasto -edio anual/ en -s M el por)enta=e de sedi-ento transportado -enor de 73798 --/ to-ado de la )ur.a granulo->tri)a )orrespondiente3 Con.iene tener en -ente +ue 73798 -- es la apertura de la -alla 4773 El sedi-ento transportado -enor +ue 73798 - se deno-ina transporte de la.ado3 Co-o puede o,ser.arse/ al au-entar P- dis-inue S3 Esto ta-,i>n o)urre al dis-inuir el ta-ao del -aterial s(lido3 &a,la 1131 Clasi2i)a)i(n de )au)es segn S)@u-Esta,ilidad del )au)e For-a del transporte de sedi-ento
MO7
Esta,le
En suspensi(n del <: al 177
177
p 431 S ,a=a
Con dep(sito El prin)ipal dep(sito o)urre en las -rgenes +ue origina el estre)@a-iento del )au)e3 El dep(sito en el 2ondo es -enor3
Con erosi(n redo-ina la erosi(n del 2ondo3 o)a a-plia)i(n de -rgenes3
16 En suspensi(n del ;: al <: en el 2ondo del De 2ondo del 6: al 97
67
S -oderada
F 4: 1 13: S alta
Es i-portante el dep(sito en las -rgenes pero ta-,i>n el del 2ondo3 Dep(sito en el 2ondo 2or-a)i(n de islas3
Es i-portante la erosi(n del 2ondo la a-plia)i(n de las -rgenes3 La erosi(n del 2ondo es ,a=a/ pero la a-plia)i(n del )au)e es -u i-portante3
donde F Q ?d ? an)@o de la super2i)ie li,re/ d tirante de la )orriente Q Sinuosidad/ .er e) 14349 S Q endiente longitudinal del 2ondo
E=e-plo l Se tiene una )uen)a donde se esti-a +ue el )oe2i)iente de es)urri-iento 6
au-entar en los pr(Bi-os aos3 A)tual-ente el gasto -edio anual es de 177 -s M 6
:316/ pero se )al)ula +ue el nue.o gasto au-entar a 1:7 -s3 Si se supone +ue M no )a-,iar/ T)ul ser la nue.a pendiente a la +ue tender a=ustarse el ríoU
18 E-pleando la e) 1136 se tiene s Q 73776;68 K:316 76< K1:7 2H Q7377765 -Al tratar so,re los )a-,ios +ue se produ)en en los )au)es naturales )on.iene tener en -ente +ue o)urren en di2erentes lapsos3 Así un )a-,io en el gasto produ)e un )a-,io in-ediato en el tirante3 Si la .aria)i(n del gasto 2uera per-anente/ por e=e-plo por la )onstru))i(n de una presa el tirante )a-,ia en segundos3 "o o)urre lo -is-o )on el an)@o/ >l se a=ustar despu>s de algunos aos para +ue se a=uste la nue.a pendiente se re+uerir un tie-po -aor3 Si las -rgenes de los ríos estn 2or-adas )on -aterial po)o resistente @a -u)@o transporte de sedi-entos/ el a=uste del an)@o pendiente puede o)urrir )asi si-ultnea-ente si el tra-o tiene una longitud redu)ida3 113436 Se))i(n trans.ersal En )orrientes no perennes/ la se))i(n trans.ersal típi)a es a-plia/ super2i)ial de 2or-a re)tangular )on rela)i(n an)@otirante de :7 7 -s3 Los 2ondos )on gra.a/ general-ente se presentan en ríos de -ontaa/ en 2aldas de -ontaa e inter-edios3 General-ente el 2ondo est 2or-ado por -aterial -u ,ien graduado +ue se en)uentra ,a=o el le)@o a)oraado )on -aterial grueso3 Los ríos )on 2ondo de gra.a/ tienden a ser de tipo re)tangular/ )on grandes rela)iones an)@otirante3 ?ra en 15<4/ indi)( +ue la rela)i(n an)@ogasto/ para este tipo de )au)es/ est -e=or de2inido +ue la rela)i(n pendientegasto propone las siguientes e)ua)iones ? Q 839:
d Q 734;; P73666
K1 138 K113:
1: Siendo ? el an)@o pro-edio de la se))i(n/ en -/ P el gasto/ en - 6s para una a.enida )on período de retorno de dos aos d el tirante pro-edio del agua/ en -3 E=e-plo 43 En un río )on 2ondo de gra.a/ )uo gasto pro-edio para una a.enida )on período de retorno de dos aos es de 1:7 - 6s/ )al)ular el an)@o el tirante pro-edio de la se))i(n trans.ersal3
839: K1:7 73:49 ;;3; - d Q 734;; K1:773666 138 F Q ? d Q 893; ara entender -e=or el signi2i)ado del gasto P de2inido en este e=e-plo .>ase el in)iso 11343; el )ap3 14 HEsta,ilidad de )au)esH de este -is-o -anual3 Otro )riterio general +ue ade-s to-a en )uenta la presen)ia de -aterial s(lido es el siguiente
? 8639 M7365 no3 6< d Q 73:18 P7-45
siendo P- el gasto -edio anual/ en - 6s/ ? el an)@o de la super2i)ie li,re/ en -/ d el tirante/ en -/ a-,os en )ondi)iones de se))i(n trans.ersal llena M el por)enta=e de sedi-ento transportado -enor de 73798 --3 E=e-plo 63 Cal)ular la rela)i(n an)@o tirante para un río +ue transporta un gasto -edio anual de 47 -6s/ sa,iendo +ue el -aterial 2ino KD N 73798 -- es -enor de 17
1;
? Q 8639K47 6< K17 765 ::3;d Q 73:18 K1773684 K4745 439-
F Q ? d Q 477; Otras rela)iones entre el an)@o el tirante en 2tn)i(n del gasto/ se -uestran a lo largo del )apítulo 14/ Esta,ilidad de )au)es de este -is-o -anual3 113438 Mrgenes
Los -ateriales de las -rgenes )a-,ian )on la longitud re)orrida por el río3 En el ini)io general-ente estn )onstituidos por ro)a o grandes )antos rodados3 Al )ontinuar @a)ia aguas a,a=o/
el -aterial
de las -rgenes )a-,ia a gra.as/ arenas/ li-os
ar)illas3 Con.iene @a)er notar +ue las -rgenes no sie-pre estn )o-puestas por -aterial uni2or-e en todo el estrato/ sino +ue pueden estar estrati2i)adas en )apas3 Las -rgenes general-ente se )lasi2i)an en )
[email protected]/ no)
[email protected] estrati2i)adas3 Estas lti-as estn )o-puestas de )apas de -ateriales )on di2erente ta-ao/ per-ea,ilidad )ara)terísti)as )
[email protected] Si el -aterial +ue predo-ina es la ar)illa se deno-inan )
[email protected] Las -rgenes 2or-adas )on -ateriales )
[email protected] son -s resistentes a la erosi(n +ue las no)
[email protected] o estrati2i)adas tienden a 2or-ar )au)es es2re)@os -ientras +ue las no )
[email protected] estn aso)iadas )o-n-ente a )au)es an)@os/ .>ase 2oto I I3 1:3
Las -rgenes de una )orriente )a-,ian )ontinua-ente en 2or-a di-ensi(n/ de,ido a la .aria)i(n de la .elo)idad/ tirante/ pendiente/ densidad/ .is)osidad de la -e)la
19 aguasedi-ento/ )on)entra)i(n del -aterial del 2ondo en suspensi(n/ )ara)terísti)as del -aterial del 2ondo geo-etría del )au)e3
Esti-a)iones re)ientes de la erosi(n de -rgenes en ríos de E303 indi)an +ue :9:/777 -illas de -rgenes estn en )ontinua erosi(n3 Los )ostos para protegerlas por ->todos )on.en)ionales nor-al-ente eB)eden a los ,ene2i)ios/ por lo +ue son o,ras no renta,les desde el punto de .ista e)on(-i)o3 Sin e-,argo/ di)@as esti-a)iones ta-,i>n indi)an +ue en )orrientes pe+ueas/ )on ade)uados ->todos de )ontrol/ se pueden o,tener solu)iones )on ,a=o )osto3 '>ase el )ap3 18/ Esta,ilia)i(n re)ti2i)a)i(n de ríos de este -is-o -anual3 La erosi(n de las -rgenes es )ausada prin)ipal-ente por la )o-,ina)i(n de los siguientes 2a)tores/ re23 ;3 l3 Re-o)i(n de las partí)ulas de la super2i)ie de las -rgenes/ so,re todo al pie del talud/ a sea en 2or-a )ontinua o inter-itente3 43 Fallas se)uen)iales de pe+ueos o grandes tra-os del -aterial en las -rgenes3 La )ausa -s )o-n de la 2alla de una -argen es el ata+ue de la )orriente a su ,ase3 Al o)urrir esto/ el -aterial erosionado es transportado @a)ia aguas a,a=o la -argen se .uel.e inesta,le @asta +ue 2alla3 Esto puede o)urrir a tra.>s de una serie de 2allas pe+ueas o )o-o una 2alla en -asa de un gran tra-o3 En a-,os )asos/ la 2alla puede o)urrir )o-o un desplo-e o )o-o deslia-iento3 La pri-era o)urre )uando en una -argen )
[email protected] saturada/ sin drena=e li,re/ des)iende rpida-ente el tirante del agua3 El deslia-iento se presenta )uando el peso del -aterial de la -argen @-eda/ eB)ede la resisten)ia al )ortante de las partí)ulas s(lidas 2alla el talud/ o )uando al su,ir el ni.el del agua/ en )au)es arenosos/ pasa de la )ondi)i(n de suelo saturado a su-ergido3 11343: &ransporte de -aterial s(lido
1< El ta-ao del -aterial transportado por el 2ondo de)re)e @a)ia aguas a,a=o3 Ello se de,e prin)ipal-ente al de)ai-iento de la )apa)idad de transporte del 2ondo o)asionada por los )a-,ios de pendiente se))i(n por la a,rasi(n3 or tanto/ en el ini)io del río es )o-n +ue eBistan ,oleos )antos rodados )on2or-e a.ana en su re)orrido predo-inarn gra.as/ luego las arenas 2inal-ente el li-o las ar)illas3 Los dos lti-os -ateriales s(lo se en)uentran en los ríos .ie=os/ en su ona de plani)ie3 El )a-,io del ta-ao del -aterial la redu))i(n de la pendiente/ @a)en +ue )on2or-e a.ana el río/ )a-,ie ta-,i>n el -odo de transporte de sedi-ento3 or tanto/ en el ini)io de su re)orrido/ el transporte en la )apa del 2ondo es el -s i-portante/ en tanto +ue en sus tra-os 2inales lo es el del -aterial del 2ondo en suspensi(n el transporte de la.ado3 '>ase el )ap3 17/ &ransporte de sedi-entos de este -is-o -anual3 Se @a deter-inado +ue la 2or-a de las se))iones trans.ersales est ,ien )orrela)ionada )on la )antidad de li-o ar)illa en el )au)e3 Así/ la e)ua)i(n propuesta por S)@u-- en 15;7/ indi)a +ue
F Q ?d Q 4:: M 17<
K113<
11343; Gasto 2or-ati.o 0na gran )antidad de e)ua)iones de esta,ilidad de )au)es @an sido planteadas para )anales donde el gasto puede )onsiderarse )onstante3 En las )orrientes naturales la .aria)i(n del gasto tanto s(lido )o-o lí+uido/ puede ser -u a-plia3 En -u)@as )orrientes la rela)i(n entre el gasto -Bi-o el -íni-o puede ser de 1777 7 -s3 or esta ra(n/ Inglis introdu=o el )on)epto del gasto 2or-ati.o/ +ue puede de2inirse )o-o el gasto @ipot>ti)o +ue produ)ir los -is-os e2e)tos/ en la )on2igura)i(n del )au)e/ +ue la .aria)i(n de los gastos reales3
15 EBisten di.ersos )riterios para deter-inar el gasto 2or-ati.o .>ase Garde et al K1599 el in)iso 1436 del )ap3 14/ HEsta,ilidad de )au)esH de este -is-o -anual3 Sin e-,argo/ el propuesto por S)@a22ernaV/ )ono)ido )on el no-,re de gasto do-inante -odi2i)ado por el 0S?R/ pare)e ser el -s a)epta,le3 Di)@o )riterio puede resu-irse a tra.>s del siguiente e=e-plo3 Sup(ngase +ue del registro @ist(ri)o de una )orriente/ se )ono)e la distri,u)i(n de los gastos -edios de 498 a.enidas/ .>ase la 2ig 1134a/ así )o-o ta-,i>n la rela)i(n entre el gasto lí+uido s(lido/ .>ase la 2ig 1134,/ el gasto para el +ue se o,tenga el -aor transporte de sedi-ento ser el gasto do-inante3 Di)@o gasto es el )orrespondiente al .alor -s grande del producto QBT DF, tal como se muestra en la fgura 11.2c. Nótese que la curva de la fg 1 1.2c, se orma con los productos de las a!sc"sas de las dos gr#fcas anter"ores.
200
160
120
20 $0 60 a
AF (No. de veces)
47
Q, en m )s
Q, en m )s 200
160
120
%0 %0
$0$0 20 20 2 , QT, en 10
10 20 &0 $0 '0 &
(g)m& c* QT +F, en 10 & (g)m& +F
F"g. 11.2 asto ormat"vo Otros )riterios -s sen)illos )o-o el de Inglis/ indi)an +ue el gasto 2or-ati.o puede elegirse entre la -itad los dos ter)ios del gasto -Bi-o3 ?len)@ propone +ue sea el gasto igualado o superado el 1: del tie-po de una a.enida3 113439 Anlisis )ualitati.o
De lo presentado en los )apítulos anteriores/ se puede esta,le)er +ue/ )uando el gasto es)urre por un solo )au)e/ el an)@o de la super2i)ie li,re del agua ?/ el tirante d/ la
41 longitud de onda de los -eandros ML/ estn rela)ionados dire)ta-ente )on el gasto P/ )on la pendiente S3 or tanto/ se pueden esta,le)er las rela)iones Kre23 5
K1 135 P?& K11317 ta-,i>n
K11311
d
M
donde P?& es el transporte del -aterial del 2ondo/ M el por)enta=e de -aterial 2ino transportado la sinuosidad/ .>ase la e) 113493 Adelante se -ostrar +ue .aría de 2or-a in.ersa3 )on P/ e) 11341 en 2or-a dire)ta )on ML/ e) 113473 Elsigni2i)ado de ML se -uestra en la 2ig 11363 De a)uerdo )on lo anterior/ se pueden esta,le)er las siguientes e)ua)iones para el anlisis )ualitati.o3 El signo HWH indi)a in)re-ento el de)re-ento de la .aria,le ?W/ dW/ ML/ S K11314 K11316 P?&
K11318 K1131:
K1131; El e-pleo de las e)ua)iones anteriores/ puede ilustrarse o,ser.ando los siguiente e=e-plos3 E=e-plo 83 Se @a des2orestado una )uen)a se esti-a +ue el gasto el -aterial transportado au-entarn en los pr(Bi-os aos3 Se desea sa,er )uales son los )a-,ios -or2ol(gi)os +ue de,en esperarse en el río prin)ipal de di)@a )uen)a3
44 E-pleando las e)s 11314/ I I 3 18 1131; se puede esta,le)er +ue
PW PW?&
or tanto es de esperarse +ue el an)@o/ la longitud de los -eandros/ la rela)i(n an)@otirante au-enten3 O,s>r.ese +ue el tirante la pendiente pueden au-entar o dis-inuir/ sin e-,argo/ )o-o la rela)i(n an)@o tirante est -u in2luen)iada por el tipo de -aterial di)@a rela)i(n au-enta/ es de esperarse +ue el tirante dis-inua o al -enos se -antenga )onstante dado el au-ento de ? F3 En )uanto a la pendiente/ >sta pro,a,le-ente au-ente a +ue la sinuosidad dis-inue3 "(tese +ue si los gastos s(lido lí+uido dis-inueran/ )o-o o)urre aguas a,a=o de una presa/ el anlisis sería si-ilar pero @a,ría +ue )a-,iar los signos de la e) 11319
K11319a E=e-plo :3 Sup(ngase +ue se )onstrue una presa en un río/ la )ual retendr gran )antidad del sedi-ento 2ransportado3 or tanto/ en el pri-er tra-o/ aguas a,a=o de la o,ra/ el gasto s(lido dis-inuir nota,le-ente/ pero el lí+uido no3 E-pleando las e)s 11314/ 1131: 1131; se o,tiene
K1131< "(tese +ue )o-o de)re)e el transporte de -aterial s(lido/ el tirante la sinuosidad )re)en/ en tanto +ue la pendiente la rela)i(n an)@o tirante dis-inuen3 Co-o F dis-inue/ es -u pro,a,le +ue el an)@o ta-,i>n dis-inua/ lo )ual general-ente o)urre3 La longitud de onda de los -eandros pro,a,le-ente per-ane)er )onstante/ sin e-,argo/ )o-o la sinuosidad au-enta/ se puede suponer +ue ML dis-inuir3
46 Co-o se @a podido o,ser.ar/ el e-pleo de anlisis )ualitati.o per-ite anti)ipar los )a-,ios +ue se pueden esperar al alterar las )ondi)iones de una )orriente natural esta,le3 Esto es i-portante/ por+ue per-ite de)idir las -edidas a seguir durante el gran período de inesta,ilidad +ue re+uiere una )orriente para adaptarse a las nue.as )ondi)iones3
1136 Meandros La e.olu)i(n de los -eandros puede )lasi2i)arse en dos )ategorías a la -igra)i(n @a)ia aguas a,a=o de todo el -eandro , la eBpansi(n de la )ur.atura del -eandro/ su estrangula-iento 2inal-ente el )orte del -is-o3 Sin e-,argo/ a-,os e2e)tos pueden presentarse si-ultnea-ente en algunos sitios/ .>ase la 2ig 1 13: 2oto I I 3<3 El desarrollo de -eandros in)re-enta la longitud del río por )onsiguiente dis-inue la pendiente3
113631 ar-etros prin)ipales El -eandreo es el -e)anis-o por el )ual un río a=usta su pendiente/ )uando la del .alle por donde 2lue es -aor +ue la +ue re+uiere3 La )on2igura)i(n geo-etría de un )au)e )on -eandros est deter-inada por la erosi(n so)a.a)i(n de la -argen eBterior o )(n)a.a el dep(sito de sedi-entos a lo largo de la -argen interior o )on.eBa3 En la 2ig 1136 se -uestran los prin)ipales par-etros a tener en )uenta al estudiar un -eandro/ son el an)@o del -eandro M?/ la longitud de onda ML/ el an)@o del )au)e ? la sinuosidad / dada por la e) 1 13493 Con gastos altos/ la so)a.a)i(n del )au)e o)urre en la parte eBterior de la -argen )(n)a.a al pie de su talud3 El dep(sito de este -aterial o)urre en las transi)iones en la ona interior de las )ur.as/ .>ase la 2ig 11363 Con gastos ,a=os @a dep(sito en las )ur.as/ las transi)iones tienden a so)a.arse pro2undiarse3
48 Lane en 15:9 analia 188 ríos esta,le)e una rela)i(n entre el gasto -edio/ la pendiente/ el -aterial del 2ondo de las -rgenes de la 2or-a del río en planta3 La e)ua)i(n +ue propone para ríos )on -eandros trenados si el 2ondo es de arena/ es la siguiente
734:
K11315
6
siendo S pendiente/ en --/ P gasto -edio anual/ en -s X un )oe2i)iente +ue to-a en )uenta la 2or-a del )au)e en planta3 En la 2ig 1138 se -uestra la gr2i)a de la e)ua)i(n anterior/ se in)luen los .alores X3 Di)@a gr2i)a de,e usarse de la siguiente -anera )ono)ido el gasto -edio anual la pendiente del río/ se u,i)a un punto en di)@a gr2i)a3 Si el punto +ueda ,a=o la re)ta de X Q 737719/ el río ser -eandreante/ si est so,re la re)ta de X Q 7371 ser trenado si est entre las dos se tendr un )aso inter-edio3 E=e-plo ;3 Si se tiene una )orriente )ua pendiente es de 7/7771/ se )al)ula +ue el gasto 6
-edio anual au-entar de <7 a 177 -s/ se desea sa,er la posi,ilidad de +ue pudiera )on.ertirse en trenado3 6
E-pleando la gr2i)a de la 2ig 1138 para P Q 177 -s/ se puede o,ser.ar +ue el punto se u,i)a por de,a=o de la línea )on X Q 7/7719/ por lo )ual se )on)lue +ue el río )ontinuar siendo sinuoso/ pr)ti)a-ente sería i-posi,le +ue )on esa pendiente se .ol.iera trenado3 En )ontraste )on el -eandro li,re de una )orriente/ @a una gran )antidad de ríos/ donde de,ido a su origen a la resisten)ia del -aterial donde se alo=an/ el -eandreo es
4: -argen cóncava
-argen convea
F"g 11.& -eandros
1
0.1
1 / emplo
10
100
1 ,000
10,000
Q, en m & )s
F"g. 1 1.$ elac"ón entre el gasto med"o anual 3 la pend"ente
4; prácticamente fijo; es decir, se trata meandros en trinchera. n !"##, Dur$
conc%u$e
&ue
%os
'eomtricamente
meandros
simi%ares
de
atrincherados
en
p%anta
a
un
cauce
tienden %os
a
meandros
con
ser en
materia% a%uvia%.
isten
diversos
interre%aciones
de
criterios %os
para
parámetros
determinar
principa%es
%as
de
%os
meandros, entre e%%os destacan %os si'uientes*
Schumm en !"#+, propone ca%cu%ar %a %on'itud de onda de %os meandros - $ %a sinuosidad como
- !"01 2!03 O #3
(!!.+4) 4."3
(!!.+!)
siendo 2m e% 'asto medio anua%, en m /s. 5ar%ston propone - !66 24n,36
(!!.++)
tam7in
en sistema m8s.
9n'%is usando %os datos de :efferson, propone para meandros superficia%es en materia% 'rueso &ue (ref. %)
49 10.6 2!!+ 6.46 <
(!!.+0)
< !10.3 2!!+ !!0= < (!!.+3)
$ para r>os en trinchera - 36.4 2!!+
!!.31 <
(! !.+1)
!4+.4 +!04 < 2!!+
(!!.+6)
En las e)s 11346 a 1134;/ el siste-a de unidades a e-plear es el -Vs3 El gasto an)@o )orresponden a las )ondi)iones de se))i(n trans.ersal llena3 113634 Cortes )au)es piloto En la e.olu)i(n de un -eandro/ las )ur.as au-entan su longitud/ pero de,ido a la erosi(n de las -rgenes eBteriores de las )ur.as/ se produ)e un a)er)a-iento entre las -rgenes )(n)a.as @asta +ue o)urre un estrangula-iento >ste se )orta/ .>ase la 2ig 113: Kto-ada de la re23 <3 Esto su)ede en una a.enida grande )uando se eB)ede la )apa)idad del )au)e el agua pasa so,re la parte -s estre)@a/ erosionando las -rgenes produ)iendo así un )anal -s )orto lla-ado ta-,i>n )orte o re)ti2i)a)i(n3 E.entual-ente este nue.o )au)e a-plio pro2undo/ aísla al antiguo -eandro de=ndolo )o-o un lago )on 2or-a de )ue-o o @erradura3
a 4eparac"ón or"g"nal ! 4eparac"ón al momento del corte 5estrangulam"ento*
orte 5rect"fcac"ón*
F"g 11 .' orte 5estrangulam"ento* de un meandro En o)asiones se re+uiere )ontrolar el )orte de un -eandro/ ,ien sea para e.itar una ruptura .iole@ta/ +ue altere de -anera i-portante el r>gi-en a esta,le)ido del río/ o ,ien/ para a)ortar o -e=orar la na.ega)i(n en )iertos tra-os3 Di)@o )ontrol puede re+uerir desde la )onstru))i(n )o-pleta del )orte ne)esario para re)ti2i)ar al río/ @asta sola-ente la eB)a.a)i(n de un )anal o )au)e piloto/ +ue posterior-ente el propio río agrande @asta al)anar su e+uili,rio )ondu)ir el es)urri-iento )o-pleto3 E.idente-ente ta-,i>n eBiste el )aso inter-edio de )ortes por donde s(lo se des.íe per-anente-ente/ parte del es)urri-iento total3 El diseo de los )ortes arti2i)iales/ o,liga a to-ar en )uenta las siguientes )onsidera)iones a3 El alinea-iento de los dos eBtre-os del )orte de,e ser tangen)ial a la dire))i(n del 2lu=o prin)ipal3 ,3 La entrada al )orte de,e ser a)a-panada3 )3 En lo posi,le de,e realiarse la eB)a.a)i(n en -aterial alu.ial/ es de)ir/ en los sitios de dep(sito del propio río3 Se de,e )uidar +ue la energía a la salida/ sea al -enos igual a la de la )orriente prin)ipal de ese sitio3 El 2ondo del )au)e piloto a la entrada salida del -is-o/ )oin)ide )on la ele.a)i(n del 2ondo del río en esos sitios3 La pro2undidad de eB)a.a)i(n del )au)e piloto se lle.a @asta la línea re)ta te(ri)a +ue une esas dos ele.a)iones3
El an)@o del )orte es el -aor .alor o,tenido de los siguientes )riterios a el an)@o de,e ser )o-o -íni-o igual a dos .e)es la altura del )orte/ a +ue si parte del 2lu=o tiene una a))i(n erosi.a ele.ada se deslia una parte de la -argen/ se e.ita +ue el )au)e piloto se )ierre/ , el an)@o +ue garanti)e un radio @idruli)o -íni-o +ue )u-pla )on la )ondi)i(n de +ue el es2uero )ortante en el 2ondo/ Q YRS sea -aor +ue tres .e)es el es2uero )ortante )ríti)o para ini)iar el -o.i-iento de las partí)ulas3 &odo Io anterior i-pli)a +ue el )riterio para deter-inar las di-ensiones de los )au)es pilotos/ sea el de la se))i(n -s e)on(-i)a +ue asegure la a-plia)i(n el ,uen desarrollo del )orte por el propio río3 El )l)ulo @idruli)o de,e @a)erse teniendo en )uenta la )o-pati,ilidad de los per2iles gradientes de energía/ tanto )on el tra-o aguas arri,a )o-o )on el de aguas a,a=o del )orte3 Esto se realiar para di2erentes gastos de des.ío =unto )on el aspe)to e)on(-i)o/ se elegir el -s e)on(-i)o3 Es e.idente +ue las e)ua)iones de diseo de )au)es son tiles en este )aso/ sal.o +ue se e-plearían tratando de +ue/ -ientras se est a-pliando el )au)e piloto/ sí eBista arrastre del -aterial s(lido3 En las re2s3 6 ; se presentan algunas eBperien)ias en la )onstru))i(n de )au)es pilotos en la : un ->todo para su diseo3
113636 Sinuosidad tortuosidad La sinuosidad de una )orriente/ se de2ine )o-o la rela)i(n +ue eBiste entre la longitud del t@alZeg la longitud del .alle o sea Long3 t@alZeg K11349 Long3 .alle
la tortuosidad se eBpresa )o-o
Long3 t@alZeg Long3 .alle Bi 77 &ortuosidad Q Long3 .alle K1134< Leopold [ol-an en 15:9 Kre23 1/ proponen +ue una )orriente sea )onsiderada -eandreante/ )uando la sinuosidad sea -aor +ue 13:3 En los E0 la sinuosidad de los ríos .aría de 1 a 43< en la India de 1374 a 138:3 En t>r-inos generales se a)epta +ue la sinuosidad sea ,a=a si est entre 1136/ -oderada de 136437 alta si es -aor +ue 4373
1138 Cur.as Las )ur.as se )lasi2i)an en super2i)iales/ en trin)@era en de2or-adas o li-itadas3 La 2or-a de la se))i(n .aría -u)@o entre di2erentes ríos an en los tra-os de una -is-a )orriente3 0na )ur.a super2i)ial es una )ur.a )ortada en -aterial depositado el río nor-al-ente -eandrea3 La pendiente de la )orriente es )o-n-ente -s ,a=a +ue la del 2ondo del .alle la longitud del )au)e es -u)@o -s grande +ue la longitud del .alle3 0na )ur.a en trin)@era )orta pro2unda-ente el le)@o original sigue la )ur.atura del .alle/ por lo )ual las paredes del .alle 2or-an parte de las -rgenes de la )orriente3 La pendiente la longitud son las -is-as para el .alle la )orriente3 Ri)@ardson et al en 159: Kre23 l/ )lasi2i)aron las )ur.as en los ríos naturales )o-o )ur.as li,res super2i)iales/ li-itadas o en trin)@era 2oradas o de2or-adas3 Los .alores i pro-edio de la rela)i(n entre el radio de )ur.atura r el an)@o ?/ para se))i(n trans.ersal llena/ de los tres tipos de )ur.as son los siguientes &ipo de )ur.as
li-itadas 9/7<37 83::3o 2oradas
li,res 43:63:
El radio de )ur.atura es -edido al )entro del )au)e3 113831 &irante en las )ur.as En las )ur.as de tipo li,re li-itado/ el tirante )re)e gradual-ente desde la transi)i(n de aguas arri,a de la )ur.a/ al)anando un -Bi-o aguas a,a=o de pi)e de la )ur.a3 En )ur.as 2oradas/ el tirante )re)e rpida-ente al )o-ieno de la )ur.a @asta un -Bi-o en la parte -edia de la -is-a/ luego de)re)e gradual-ente @a)ia aguas a,a=o3 El tirante -Bi-o en la )ur.a puede )al)ularse )on el )riterio de Altunin Kre23 8/ )ua e)ua)i(n prin)ipal es la siguiente d-aB
K11345
donde d-aB Q pro2undidad -Bi-a en la )ur.a/ en -
dr- Q
pro2undidad -edia en el tra-o re)to situado aguas arri,a/ en E Q )oe2i)iente +ue depende del an)@o de la super2i)ie li,re ? del radio de )ur.a tura r/ a-,os en -3 En la ta,la 1134 se -uestran los .alores de e para di2erentes rela)iones Kr?3 &A?LA 1134 'alores de oo ;
E
:
8
6
4
1349 138< 13<8 4347 43:9 6377
Co-o )o-ple-ento a lo eBpuesto .>ase el apartado 1638 del )ap3 16/ HErosi(n en ríos o,ras de prote))i(n H/ de este -is-o -anual3 En las e)s 16367 se -uestran dos 2(r-ulas para .aluar E 3
E=e-plo 93 En la )ur.a de un río se @an -edido los tirantes -Bi-os son de ; - en el tra-o re)to in-ediato anterior el tirante tiene 4 -3 Si el an)@o de la super2i)ie li,re es de 4: -/ T)ul es el radio de )ur.aturaU E-pleando la e) 11345
E Q ;4 Q 6 de la ta,la 1134/ para E Q 6 se tiene r? Q 4 por tanto el radio de )ur.atura -ide
4 K4: :7113834 Flu=o @eli)oidal en )ur.as La 2uera )entrí2uga +ue a)ta a lo largo de un es)urri-iento en una )ur.a/ produ)e una so,reele.a)i(n de la super2i)ie li,re en la -argen )(n)a.a un des)enso en la -argen )on.eBa/ re23 43 Esta so,reele.a)i(n aso)iada a una p>rdida de energía a lo largo del 2ondo/ produ)e un 2lu=o @eli)oidal )ua .elo)idad trans.ersal -ue.e la )arga del 2ondo @a)ia la -argen )on.eBa donde se a)u-ula3 La 2ig I I 3; -uestra este 2lu=o en 2or-a es+ue-ti)a3
7erfles
urva
Trans"c"ón Fluo
4ecc"ones t8p"cas de una entre dos curvas
urva
F"g 11.6 trans"c"ón
EBisten .arios )riterios para )al)ular la so,reele.a)i(n en el eB2rad(s de las )ur.as K A$ / re23 < sin e-,argo/ las di2eren)ias en los resultados o,tenidos )on )ada )riterio son pe+ueos/ re23 53 La e)ua)i(n propuesta por Ri)@ardson en 159: para 2lu=o esta,le)ido es la siguiente
K11367
donde A$ Q so,reele.a)i(n en la )ur.a/ en 0 Q .elo)idad -edia del 2lu=o/ en -s g Q a)elera)i(n de la gra.edad/ en -s r Q radio de )ur.atura -edido al )entro del )au)e/ en ? Q an)@o de la super2i)ie li,re/ en -
E=e-plo <3 Se tiene una )orriente +ue transporta un gasto de :7 - 6s )on una .elo)idad -edia de I -s/ en una )ur.a )on r Q :7 -3 Si el an)@o de la super2i)ie li,re es de 4: -/ deter-inar la so,reele.a)i(n del tirante en di)@a )ur.a3
E-pleando la e) 1 1367
K1 K4: 737:1 -
353<1* :7 La so,reele.a)i(n del agua en la -argen eBterior ser de aproBi-ada-ente : )-3
113836 Erosi(n dep(sito en )ur.as
Co-o antes se @a,ía indi)ado/ las .elo)idades son nor-al-ente -s altas en la -argen eBterior o )(n)a.a de una )ur.a durante el es)urri-iento nor-al/ aun+ue en una a.enida grande las .elo)idades -s altas se presentan )er)a de la parte interior o -argen )on.eBa de la )ur.a3 Las o,ser.a)iones de )a-po indi)an +ue el 57 de la erosi(n de las -rgenes o)urre durante las a.enidas3
113: &ransi)iones Las transi)iones se lo)alian entre las )ur.as +ue son donde el 2lu=o )a-,ia de una -argen a la opuesta/ .>ase la 2ig 113;/ son de se))i(n )asi re)tangular en )ontraste )on la 2or-a triangular o trape)ial en las )ur.as3 La pendiente de la super2i)ie del agua en el ini)io de la transi)i(n es nor-al-ente plana alta de,ido al dep(sito de -aterial/ sin e-,argo/ a la salida/ se .uel.e -s pronun)iada la pendiente3 Entre una se))i(n )ur.a una transi)i(n/ el tirante -Bi-o de)re)e/ así )o-o ta-,i>n el an)@o3 En la 2ig 113; se -uestran las se))iones trans.ersales típi)as entre una )ur.a una transi)i(n3
113; A,ani)os alu.iales Los a,ani)os alu.iales son dep(sitos de sedi-ento )ua 2or-a se-e=a un seg-ento de se))i(n )(ni)a/ .isto en planta pare)e un a,ani)o tiene una pendiente )asi L\li2or-e desde el pi)e @asta el ,orde 2inal/ .>ase la 2ig 11393 Se presentan nor-al-ente en reas ridas -ontaosas )on pendientes 2uertes/ aun+ue en o)asiones ta-,i>n se en)uentran en onas @-edas3 O)urren en el punto donde la )orriente pasa de un )au)e estre)@o a
otro -u a-plio/ o ,ien )uando la pendiente se dis-inue a,rupta-ente )o-o se -uestra en la 2ig 11393 En el pi)e del a,ani)o/ donde las .elo)idades de)re)en repentina-ente/ la )orriente deposita grandes )antidades de -aterial/ parte del )ual es arrastrado por las siguientes a.enidas3 Di)@o -aterial )ontina -o.i>ndose al ser transportado por el agua/ o ,ien )o-o una -asa de lodo3
fnal
D"stanc"a F"g. 1 1 .9 +!an"co :uv"al Los )anales +ue se 2or-an en los a,ani)os alu.iales son general-ente en trin)@era/ so,re todo en el pi)e/ pero en -u)@os )asos son e2i-eros o inter-itentes/ aun+ue ta-,i>n los @a perennes3 El 2lu=o en estos )anales o)urre )on tirante .elo)idad -aor +ue la )ríti)a3 Es posi,le +ue el transporte de sedi-ento sea inesta,le +ue )ontinua-ente el r>gi-en )a-,ie de in2erior a superior Kal @a,lar de transporte ondula)iones en el 2ondo3 1139 Deltas Los deltas estn 2or-ados por el dep(sito de -aterial general-ente 2ino3 O)urren donde la .elo)idad se redu)e repentina-ente por la entrada de la )orriente a un gran )uerpo de agua )o-o puede ser un lago/ un e-,alse o el -ar3 Los deltas tienen una 2or-a general-ente triangular la )orriente des)arga a tra.>s de un gran siste-a de )au)es de di2erentes di-ensiones3 Las prin)ipales .aria,les +ue inter.ienen en su 2or-a)i(n son la te-peratura/ gasto/ )arga de sedi-ento/ salinidad la pendiente del río3 En el )aso espe)ial de los e-,alses/ el -aterial grueso )onstitue la -aor parte del delta el -aterial 2ino se deposita aguas a,a=o de >ste3
Co-o e=e-plos de grandes deltas 2or-ados )on las des)argas al -ar se en)uentran los de los ríos Mississippi/ Colorado/ "ilo/ Ganges "iger en des)argas la)ustres )o-o las del Río Catatu-,o en el lago Mara)ai,o en 'eneuela3 Los prin)ipales pro,le-as +ue se pueden originar por la presen)ia de un delta son los siguientes a Su,siden)ia del suelo deterioro de ni.eles3 , Daos por inunda)i(n aguas arri,a e intrusiones salinas3 ) Deterioro del -edio a-,iente3 Desde el punto de .ista @idruli)o la altera)i(n de los per2iles de es)uri-iento el dep(sito del -aterial del 2ondo son los aspe)tos -s rele.antes de la 2or-a)i(n de un delta3 En t>r-inos generales/ la pendiente el ta-ao del -aterial del 2ondo de)re)e en la dire))i(n aguas a,a=o3 Esto es de,ido a +ue la 2uera tra)ti.a no es su2i)iente para -o.er los -ateriales -s gruesos @a)ia aguas a,a=o3 En el )apítulo 1ase 2oto 113163 EBisten algunos )asos donde )on2or-e la pendiente de)re)e/ el gasto la )arga de sedi-entos au-entan/ de,ido al aporte de ríos tri,utarios3 Ri)@ards en 15<4 propone la eBisten)ia de una rela)i(n entre el grado de )on)a.idad del per2il longitudinal de un río el in)re-ento del gasto en la dire))i(n aguas a,a=o3 Sin e-,argo/ el )a-,io de la pendiente no sie-pre es siste-ti)o3 Los -ateriales del 2ondo son depositados en el siguiente orden ,oleos/ gra.as/ li-os ar)illas sin e-,argo/ )uando eBiste algn tri,utario i-portante puede alterarse el orden anterior3
113< E=e-plo nu->ri)o Se tiene un río +ue drena una )uen)a/ +ue a)tual-ente se en)uentra en )ondi)iones esta,les/ pero se pretende a,rir una gran ona al )ulti.o de te-poral/ e instalar represas para el )ontrol del sedi-ento grueso/ por lo )ual se esti-a +ue en el 2uturo )a-,iarn signi2i)ati.a-ente las )ondi)iones de aporte de sedi-ento de es)urri-iento3
En las )ondi)iones a)tuales el río transporta un gasto pro-edio anual de ;7 - 6s el -aterial 2ino a)arreado es el : del total3 Se )al)ula +ue en las nue.as )ondi)iones/ el río transportar <7 -6s +ue la )arga de sedi-ento 2ino au-entar a un :7 del total transportado3 Deter-inar los )a-,ios -or2ol(gi)os +ue pro,a,le-ente o)urrirn en las nue.as )ondi)iones3 Algunos datos adi)ionales en las )ondi)iones a)tuales son los siguientes3 Sinuosidad Q 1383 La longitud del .alle del tra-o de río +ue interesa analiar/ @asta su dese-,o)adura al -ar/ es de :7 V-3 En los siguientes )l)ulos se designar a las )ondi)iones a)tuales )on la letra HaH a las 2uturas )on a Cara)terísti)as de la se))i(n trans.ersal Ke)s 1138 113;3 ?a Q 8639 K;7736< K: 765 Q 111 - da Q 73:18 K:73684 K;7 Q 4354 -
FaQ6< 8639 K<7736< K:7 765 Q:73473:18 K:773684 Fa Q 9319
, Sinuosidad Ke) 11341
a Q 138
7358
Q 43:
) endiente Ke) 1136
sa Q 73776;68 K:7 6< K;77]64 Q 73777:6 73776;68 K:77 6< K<7764 Q 737774 d Longitud del t@alZeg Ke) 11349
L&a Q 138 K:7777 Q 97777 L&2Q 43: K:7777 Q 14:777 In)re-ento de la longitud del t@alZeg Q ::777 e Longitud de onda an)@o de los -eandros Ke)s 11347/ 1 1346 1 1348 7 68
7 98
MLaQ 156: K;7 K: Q46;;ML2Q 156: K<7 68K:7
Q
89:
-
)o-o
MLM? ^ 736: Kdi.idiendo 11346 entre 11348 M?a Q 46;;736: Q ;9;7 M?2Q 89:736: Q 16:9 2 Radios de )ur.atura Kapartad_ 1138 )on r? Q 89: se tiene
(!! !) 1+#.0m 3.#1 (14.+) +0=.31 m
g Con2igura)i(n en planta
0sando la 2ig 1138 )on S Q 73777:6 P Q ;7 - 6s/ se puede o,ser.ar +ue est le=os se ser trenado )o-o ,a=a la pendiente para las )ondi)iones 2uturas/ se des@e)@a di)@a
posi,ilidad3
@ Clasi2i)a)i(n
De a)uerdo )on las )lasi2i)a)iones propuestas en el apartado 1134/ se trata de un río .ie=o/ -eandreante/ esta,le/ en el +ue a)tual-ente el prin)ipal transporte es de 2ondo3 En las )ondi)iones 2uturas/ transportar prin)ipal-ente -aterial en suspensi(n el )ual se depositar en las -rgenes erosionar el 2ondo3 i Anlisis )ualitati.o
El )o-porta-iento )al)ulado del río en las nue.as )ondi)iones/ )o-prue,a el resultado del segundo e=e-plo del apartado 113139/ e) 1131n dis-inuen ? de 1 1 a :7 - ML de 46;; a 89: -3 = En 2tn)i(n de los resultados anteriores sería posi,le deter-inar las a2e)ta)iones +ue
pueden )ausarse aguas a,a=o3 or e=e-plo/ si el río es na.ega,le en la a)tualidad/ pro,a,le-ente en las )ondi)iones 2uturas )ausar pro,le-as i-portantes/ pues aun+ue au-enta el tirante/ dis-inuen signi2i)ati.a-ente el an)@o au-entan la sinuosidad la longitud de re)orrido3 1135 Re2eren)ias
l3 Garde/ R3 J Ranga Ra=u/ X3 G3/ 1599/ HMe)@ani)s o2 sedi-ent transportation and allu.ial strea- pro,le-sH/ #alsted/ India3 43 Jansen/ 3/ 15<6/ sl Hrin)iples o2Ri.er EngineeringH/ it-an/ London3 63 JogleVar/ D3 '3/ 1591/ HManual on ri.er ,
[email protected] )ontrol and trainingH/ u,li)ation "o ;7/ Central ?oard o2lrrigation and oZer/ "eZ Del@i3 83 Maa/ J3 A3/ 15<9/ HIntrodu)tion to ri.er engineeringH/ Di.isi(n de Estudios de osgrado/ Fa)ultad de Ingeniería 0"AM3 :3 Maa/ J3 A3 Man)e,o del Castillo/ 03/ 1598/ HCl)ulo de las di-ensiones (pti-as para un )au)e piloto al )ortar un -eandroH3 Re.ista/ Re)ursos #idruli)os/ 'ol III/ "o 4/ pp 1;71;Bi)o/ D3F3 ;3 etersen/ M3 S3/ 15<;/ HRi.er EngineeringH/ re)ti)e #all/ 0SA3 93 S)@u--/ S3 A3/ 1594/ HRi.er Morp@ologH/ DoZden #ut)@inson Ross/ 0SA3
<3 S@en/ #3 [3/ 1595/ HModeliing o2ri.ersH/ Jo@n [ile ` sons/ 0SA3 53 Si-ons/ L3/ 15<4/ HEngineering AnalsisH/ Si-ons Li and Asso)iates/ 0SA3
Foto 1131 Cau)e en la ona de -ontaa3 El -aterial del 2ondo est ,ien graduado3 Las -rgenes son resistentes a la erosi(n/ por tanto el )au)e tiene dos grados de li,ertad3
Foto 1134 'alle en ' produ)to de la erosi(n 2lu.ial3 La parte in2erior del .alle se en)uentra )u,ierta de -aterial alu.ial el río es)urre so,re >l3 El río est 2or-ado por un solo )au)e esta,le3 El )au)e prin)ipal de estia=e el )au)e de a.enidas se apre)ian )lara-ente3 Foto 1136 El -aterial grueso +ue no puede ser arrastrado en estia=e/ llega a 2or-ar rpidas )o-o la +ue se apre)ia en la 2otogra2ia3 De,ido a las 2uertes pendientes/ el 2lu=o es super)ríti)o en algunas onas3 Los a2luentes estn ,a=o un pro)eso de erosi(n aun+ue lento/ de,ido a la resisten)ia del-aterial +uelos2or-a3
Foto 1138 Cau)e )on dos grados de li,ertad/ +ue es)urre en el 2ondo de un .alle en '3 El -aterial re-o.ido para la 2or-a)i(n de los )a-inos +ue @a sido arro=ado al río @a 2or-ado la altera)i(n +ue se -uestra en la 2otogra2ia3 Foto 113: &ra-o de río donde @a )a-,io de pendiente por tanto donde se deposita -aterial3 Di)@o tra-o se en)uentra,a=o un pro)eso de sedi-enta)i(n3 En estia=e el )au)e es trenado3
Foto 113; ?an)o de arena +ue e-erge durante el/estia=e3 Las -rgenes del río estn )onstituidas )on -aterial -s resistente a la erosi(n +ue el -aterial del 2ondo3 Foto 1139 Cau)e )on esta,ilidad din-i)a dos aos antes el río es)urría por el eBtre-o i+uierdo in2erior de la 2otogra2ia a lo largo del di+ue longitudinal +ue se apre)ia en la se))i(n -edia del lado i+uierdo3 Mo.i-ientos posteriores del )au)e 2a.ore)en la sedi-enta)i(n del -aterial +ue se apre)ia en la parte in2erior/ )on el )onsiguiente )orri-iento del )au)e prin)ipal @a)ia la dere)@a3
Foto 113< Meandros3 Las orillas eBteriores de las )ur.as estn siendo erosionadas/ -ientras +ue en la -argen interior @a sedi-enta)i(n del -aterial alu.ial3 Los dep(sitos re)ientes an no se )u,ren )on .egeta)i(n3 Al )ontinuar este pro)eso uno de los dos -eandros se )ortar en 2or-a natural3 Foto 1135 rote))i(n de una -argen )on espigones3 Se apre)ia el dep(sito de sedi-entos aguas a,a=o de ellas3 De,ido a los )a-,ios produ)idos aguas arri,a/ la )orriente @a de=ado de ata)ar la -argen protegida se ini)ia una etapa de sedi-enta)i(n3
Foto 11317 Cau)e )on grados de li,ertad/ a +ue el an)@o es )onstante de,ido a la resisten)ia de las -rgenes3 0ni)a-ente el 2ondo puede ser erosionado/ aun+ue en la etapa a)tual est en e+uili,rio3 Foto 11311 Río 2or-ado por un solo )au)e3 El -aterial de las orillas est ,ien graduado )u,ierto par)ial-ente de .egeta)i(n +ue lo protege3 En el 2ondo @a gra.a arena +ue llega a)oraarse en algunos tra-os3
