Obras Hidraulicas Para La Correccion de Torrentes

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UCauca, Popayán (CA-COL) 16/02/07

Obras Hidráulicas para la corrección de torrentes

OBRAS HIDRÁULICAS PARA LA CORRECCIÓN DE TORRENTES LA LA CORRECCIÓN DEL FENÓMENO TORRENCIAL Juan Manuel Diez Hernández. Ph.D. Ingeniero Forestal. Profesor Grupo de Hidráulica e Hidrología Forestal. Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias. ETSIIAA. Universidad de Valladolid. UVA. Av. Madrid 57 Palencia 34004, ESPAÑA. TEL: ** 34 979 108369 FAX: 979 712099 Correo electrónico: [email protected] http:\\www.uva.es 1. DESCRIPCIÓN BÁSICA DEL FENÓMENO TORRENCIAL A medida que aumenta la presencia del hombre en el medio ambiente, sus actividades e infraestructuras se van extendiendo progresivamente hacia zonas de la cuenca que anteriormente estaban protegidas. Las acciones antrópicas se desarrollan tanto en las zonas superiores de cuenca, como en las riberas y zonas de inundación de las partes medias y bajas. Con su presencia, el hombre interfiere negativamente en el funcionamiento natural del ciclo hidrológico y en la dinámica biológica y geomorfológica de los ríos y barrancos. En ocasiones, los impactos originados por el hombre son tan intensos, que crean situaciones extremas de urgente corrección (Fig.1). Cuando aumenta el caudal en las corrientes naturales (como consecuencia de la precipitación, deshielo o flujo subsuperficial), el flujo de avenida reclama entonces su territorio invadido por el hombre, produciéndose cada vez con más frecuencia catástrofes que involucran cuantiosas pérdidas económicas y humanas.

Figura 1. Corrección de un torrente.

2. CARACTERÍSTICAS DE LOS TORRENTES Las corrientes naturales se dividen, dependiendo de se funcionamiento hidráulico, en ríos y torrentes. Los ríos se caracterizan por tener caudales importantes incluso en épocas de estiaje. Las fluctuaciones de caudal son relativamente pequeñas ya que el curso de agua es alimentado por una extensa red de afluentes con aportes superficiales, y contribuciones procedentes de escorrentía subsuperficial y subterránea. Esto confiere a la cuenca cierta inercia a las variaciones climáticas, en especial a las precipitaciones, ya que para que éstas se hagan sentir, deben afectar a una parte significativa de la cuenca. Las crecientes formadas son lentas y de gran duración. El perfil longitudinal suele ser constante a lo largo de tramos relativamente largos, con unas pendientes generalmente inferiores al 6% y velocidades de flujo inferiores a los 5 ó 6 m/s. El régimen hidráulico se caracteriza por un número de Froude (relación entre fuerzas de inercia y de gravedad) inferior a 1.

F=

v g ⋅ hm

· v : velocidad de flujo (m/s). · g : aceleración de la gravedad (m2/s). · hm : calado medio (m).

Juan Manuel Diez Hernández (Ph.D. Ing. Forestal)

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1


hm =


- Sm : área mojada (m2). - b : ancho superficial (m).

Sm b

El rango de velocidades no permite el arrastre de materiales de fondo (tensiones de arrastre inferiores a la crítica, τ < τ0), por lo que el caudal sólido es fundamentalmente en forma de suspensiones (fracción granulométrica de tamaño inferior a 0,06 mm) procedentes de la cuenca vertiente (Carga de lavado = “Wash load”) o del lecho (Carga de material del lecho = “Suspended load”). Los torrentes son cursos de agua torrenciales que discurren por zonas de montaña con fuertes pendientes, generalmente por encima del 6% y con unas velocidades de flujo superiores a los 6 m/s. El régimen hidráulico es claramente torrencial (F>1). Las altas velocidades originan elevadas tensiones de arrastre que generalmente superan la tensión crítica de arrastre de los materiales del fondo, originando caudales sólidos formados esencialmente por acarreos procedentes del lecho del cauce (Carga de material del lecho = “Bed load”) que se desplazan por deslizamiento, arrastre, saltación o reptación. Las cuencas de los torrentes son poco extensas y de relieve abrupto, presentado una curva hipsográfica con zonas claramente definidas. El tiempo de concentración es bajo, lo que supone una rápida respuesta de la cuenca tras el aguacero, por lo que la incorporación de la escorrentía superficial al cauce es muy rápida y concentrada. Los caudales punta originados tienen un gran potencial erosivo, que frecuentemente se traduce en erosiones verticales (incisión en "U" y en “V”) y horizontales (erosión en los taludes del cauce y desplomes) en el torrente. El comportamiento hidráulico de una corriente natural frecuentemente es intermedio entre un torrente y un río. En el mismo curso, generalmente existen diferentes tramos en cada uno de los cuales predominan las condiciones de torrente (zonas de cabecera de la cuenca) o las de río (zonas medias y bajas). Además de estos criterios generales, existen algunos coeficientes que permiten clasificar curso de agua como un río o un torrente, incluso clasificarlos según su potencial erosivo. Uno de estos coeficientes es el "Coeficiente de torrencialidad Kb" de ŠKOPEK (1988).

Kb =

Dd ·P · h· C ·E·(S + 1)1/ 2 Lp ·(Sf + 1)1/ 2

- Dd : densidad de drenaje (km/km2). - P : perímetro de la cuenca (km). -⎯h : altura media de la cuenca (km). - C : coeficiente de permeabilidad del suelo (Tabla 1). - E : coeficiente de erosionabilidad de la cuenca. - S : superficie de la cuenca (km2). - Lp : longitud del curso de agua principal (km). - Sf : superficie cubierta con vegetación forestal (km2).

• La densidad de drenaje (Dd) se calcula mediante la expresión: Dd =

L S

- L : longitud total de todos los cursos de agua (km). - S = superficie de la cuenca (km2). - Li : longitud de los cursos tributarios (km). - Lp : longitud del curso de agua principal (km).

L = Lp + Σ Li

• La altura media de la cuenca (⎯h ) se calcula con la fórmula: -⎯H : altitud media de la cuenca sobre el nivel del mar (km). - Hi : altitud media entre dos curvas de nivel consecutivas (km).

⎯h = ⎯H - Ho

∑HS H= n 1 i

S

i

- Ho : altitud de la sección de cierre de la cuenca (km). - Si : superficie entre dos curvas de nivel consecutivas (km2). - S : superficie de la cuenca (km2).

• El coeficiente de permeabilidad (C) para los diferentes suelos se muestra en la tabla 2. Juan Manuel Diez Hernández (Ph.D. Ing. Forestal)

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• En cuencas con escasa superficie forestal, el parámetro Sf puede calcularse con la expresión: Sf (km2) = 0,6 Sl + 0,8 Sp + So Donde:

- Sl : superficie de la cuenca con cobertura forestal (km2). - Sp : superficie cubierta de pastos permanentes y praderas (km2). - So : superficie cubierta de pastizales degradados o cultivos con escasa cobertura (km2). Tabla 1. Coeficiente de erosionabilidad de la cuenca (ŠKOPEK,1988). E

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 - 0

Intensidad erosiva en la cuenca de drenaje y en su cauce En la cuenca aparecen todos los tipos de procesos erosivos. Cauce muy degradado por erosión transversal y avance longitudinal. Continuo arrastre y transporte de acarreos. Superficie de la cuenca muy expuesta a los procesos erosivos. Pendiente de las vertientes superior al 50%. En más del 80% de la cuenca existe erosión en regueros y en cárcavas. En el cauce predomina el transporte de materiales en forma de acarreos. Más del 50% de la cuenca sufre erosión en regueros y cárcavas. La pendiente de las laderas es mayor del 30%. Existe un apreciable transporte de materiales y una intensa acumulación de materiales gruesos en el lecho. La erosión en regueros predomina en la cuenca. La pendiente de las laderas es mayor del 20%. Existe transporte de gravas y guijarros en el cauce. La erosión laminar predomina en la cuenca. Esporádicamente se produce erosión en cárcavas. Existe una considerable erosión longitudinal y transversal en el cauce, con transporte de gravas. La erosión laminar afecta a más del 50% de la superficie. En el cauce existe transporte y acumulación de gravas. Las pendientes de las laderas son mayores del 20%. Del 25% al 30% de la superficie sufre erosión laminar y esporádicamente aparece erosión en regueros. Existe transporte y acumulación de acarreos más pequeños. La pendiente de las laderas es del 10% al 15%. La cubierta vegetal está degradada. Aproximadamente en el 20% de la cuenca existe erosión laminar. Existen signos de lavado del horizonte superior del perfil edáfico. Transporte de sedimentos en el cauce. Toda la cuenca está libre de procesos de erosión. Existe una gran proporción de superficie agrícola en la cuenca. Las pendientes son superiores al 20%. En toda la cuenca no hay procesos erosivos. La cubierta forestal es predominante y está formada por bosques protectores bien estructurados. El resto de la superficie está protegida por pastizales perennes. El perfil longitudinal del cauce está estabilizado en ambos sentidos de gradiente (erosión = sedimentación).

Tabla 2. Coeficiente de permeabilidad del suelo (ŠKOPEK,1988). Grado de permeabilidad totalmente impermeable impermeable no muy permeable

permeable

muy permeable


Tipo de suelo muy arcilloso roca consolidada arcilloso, turbera, marisma franco arcilloso suelo gris forestal franco a FrAc franco chernozem franco arenoso arenoso franco arenoso gravas

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C 1,00 1,00 0,90 0,80 0,70 0,70 0,65 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45

3



Una vez obtenidos todos los parámetros, se calcula el coeficiente Kb y se contrasta su valor con los ofrecidos en la tabla 3. Con este criterio se puede estimar si un curso de agua se comportará como torrente o como río. Tabla 1. Clasificación y coeficientes de torrencialidad (ŠKOPEK,1988). Categoría

Kb

Características del curso de agua

I II II IV V

< 0,1 0,1 - 0,4 0,4 - 0,7 0,7 - 1,0 > 0,1

comportamiento no torrencial torrente con potencial erosivo bajo torrente con potencial erosivo medio torrente con potencial erosivo alto torrente muy altamente erosivo

3. FORMACIÓN DE LOS TORRENTES La formación de un torrente se debe al avance de la incisión creada por la lámina de escorrentía cuando discurre a alta velocidad por una ladera de fuerte pendiente y poco protegida. El avance de la incisión inicialmente es longitudinal y posteriormente se hace transversal al eje hidráulico del curso de agua. Avance longitudinal Si suponemos que CBF es el perfil longitudinal de una ladera (Fig.2), el flujo de escorrentía avanzará por ella y tenderá a concentrarse en alguna pequeña depresión (punto B) donde ejercerá su poder erosivo, profundizando hasta formar un pequeño reguero. Posteriormente, éste va aumentado y aparecen otros nuevos hasta que finalmente se concentran formando una cárcava BF cuyo tamaño dependerá de la intensidad y duración de los aguaceros. El volumen C arrastrado, se depositará aguas abajo del punto fijo de avance o nivel de base F, alcanzando la posición Bo. Con el aporte de nuevas escorrentías, la cárcava sufre una erosión remontante en la que la cabecera y el punto de equilibrio más alto del lecho del cauce se desplazan ladera arriba (posiciones B', B'', B''', ...). En sucesivos episodios de lluvia los volúmenes arrastrados C', C'', C''', ..., se van depositando aguas abajo del nivel de base F de forma escalonada, formando el cono de deyección (puntos Bo', Bo'', Bo ''', ...). La pendiente de la cuña de sedimentos depende del tamaño y origen de los materiales y del caudal líquido de flujo. El proceso de avance remontante prosigue así hasta que la pendiente de la ladera desciende y se forma un perfil longitudinal más estable; momento en el que se inicia el avance transversal.

Figura 2. Esquema simplificado de la evolución de un torrente. Juan Manuel Diez Hernández (Ph.D. Ing. Forestal)

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Avance transversal Bajo determinadas condiciones geomorfológicas, el avance remontante cesa. Esto sucede cuando el punto más alto de la divisoria de la cárcava conecta con la divisoria de la cuenca, cuando alcanza una zona en la ladera con muy baja pendiente, o cuando la ladera conecta con un páramo. Entonces la erosión remontante no puede continuar y se crea un nuevo punto de equilibrio P. En este momento, a partir del último perfil estrecho y profundo del avance longitudinal FP1, el barranco se ensancha transversalmente a su eje hidráulico formando un embudo con base en el punto P, a partir del cual surgen nuevos barrancos (puntos 1, 2, 3, ...). Esta nueva red de drenaje se denomina "cuenca de recepción" y todos sus caudales sólidos atraviesan el punto P, discurren por una zona de transporte y finalmente se depositan en el cono de deyección. 4. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN TORRENTE En la mayor parte de los torrentes se diferencias claramente cuatro partes, en cada una de las cuales los procesos geomorfológicos implicados son distintos (Fig.2): la cuenca de recepción (CP), la garganta (PF), el cono de deyección (FG) y el canal de desagüe (GH). Cuenca de recepción (P13C) Es la parte mas elevada y extensa del torrente y de ella proviene la mayor parte de los caudales sólidos y líquidos. Las pendientes son muy pronunciadas y determinan un tiempo de concentración muy reducido, de forma que los aportes de escorrentía se incorporan muy rápido la red de drenaje confluyendo en el punto P. Las cuencas de recepción pueden clasificarse en cuatro clases principales: • TIPO I: Son escarpes en roca muy pronunciados que pueden alcanzar varios cientos de metros. La forma de embudo apenas se hace patente. Suelen ser muy peligrosos por el gran volumen de acarreos que produce y la rapidez con la que salen transportados hacia la llanura. Algunos ejemplos son los escarpes y vertientes sobre calizas. • TIPO II: Se asientan en materiales fácilmente disgregables (p.e margas sobre calcilutitas) en los que el torrente se ensancha muy rápido aportando gran cantidad de sólidos. La forma de embudo está muy marcada. • TIPO III: Son una mezcla de los dos anteriores. La parte superior del torrente son escarpes de roca en cuya base se encuentra un embudo de tipo II. Las aguas se concentran rápidamente transportando altos caudales sólidos que atraviesan el embudo tipo II originando torrentes extremadamente dañinos. Este es el caso de escarpes sobre calizas en cuya base existen margas. Los arrastres procedentes de la parte superior son sobre todo acarreos, mientras que en la parte inferior predominan los sedimentos. • TIPO IV: Constituidos por varias cuencas de recepción de los tipos anteriores. Son los grandes torrentes que pueden abarcar extensiones de miles de hectáreas. Garganta (PF) Generalmente está constituida por un cauce estrecho y encajonado con pendientes muy variables por el que discurren, a gran velocidad, los caudales originados aguas arriba cargados con un importante caudal sólido (carga de lavado total o "total load") hasta que se depositan en el cono de deyección. El punto P de inicio se identifica por un estrechamiento (torrentes simples) o porque aguas abajo no existen tributarios importantes (torrentes compuestos). La longitud es variable: desde cero en algunos torrentes del tipo I y II, hasta varios kilómetros en caso de torrentes de tipo III y IV. Predomina el transporte de materiales (velocidades muy superiores a las de sedimentación) procedentes tanto de la cuenca de recepción como del cauce, y sus tamaños son muy variables.


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Los acarreos chocan entre sí fragmentándose y redondeándose, de forma que, si la garganta es suficientemente larga, los bloques angulares se transforman en cantos rodados y éstos en gravas y arenas. Además del fenómeno de transporte, generalmente se produce erosión en la garganta con una intensidad variable. Para que esto no sucediese la pendiente del torrente tendría que ser suficientemente grande para impedir la sedimentación, pero suficientemente pequeña para que la fuerza tractiva de la corriente no superase a la tensión crítica de arrastre de los materiales del lecho (pendiente de equilibrio). Cono de Deyección (FGG') Es el tramo aguas abajo de la garganta en el que la pendiente se reduce bruscamente, la velocidad del flujo es mucho menor y permite la sedimentación de los materiales, los cuales se van acumulando progresivamente formando un cono con vértice en el punto F. En cada avenida, los acarreos de mayor tamaño son los que primero se depositan, después los cantos rodados y finalmente las gravas y arenas. Como cada avenida tiene una fuerza tractiva diferente, generalmente se encuentra en el cauce de un torrente una mezcla de acarreos de diferente granulometría sin una estratificación definida. Canal de desagüe (GH) En este tramo final del torrente, las aguas discurren lentamente y prácticamente libres de acarreos, ya que la mayor parte se depositaron aguas arriba. El cauce tiende a encajarse en la planicie hasta la sección de cierre. No siempre existe este tramo y, en ocasiones, es difícil de discernir entre un cono de deyección y el canal de desagüe. Como el potencial erosivo en este tramo es prácticamente nulo, nos centraremos exclusivamente en los tres primeros, que es donde se centrarán las medidas correctoras. 5. TIPOLOGÍA DE LOS TORRENTES Los torrentes pueden clasificarse atendiendo a su tamaño, origen del caudal sólido y su funcionamiento hidro-geomorfológico. Para los objetivos que pretendemos en este tema, se atiende a la última clasificación. El modelado de un lecho fluvial se debe a la combinación a lo largo del tiempo de los procesos de erosión, transporte y sedimentación; tendiendo a encontrar un perfecto equilibrio entre las condiciones del flujo y las del lecho, que no siempre se consigue. Cuando se alcance esta situación estable, el torrente habrá logrado su pendiente de equilibrio y la energía del flujo se invertirá exclusivamente en transportar el caudal sólido y evacuar los excedentes (la potencia neta será es cero). En el comportamiento de torrente a lo largo del tiempo (por ejemplo un año) puede hablarse de dos períodos (Fig.3): •

Períodos de reposo: Correspondientes a los flujos ordinarios. En los tramos cuya pendiente es la de equilibrio, la potencia neta es cero y solamente hay transporte. No existe actividad geomorfológica ya que la tensión tractiva del flujo es inferior a la tensión crítica de arrastre de los materiales del lecho, por lo que no se produce caudal sólido (Q
•

Períodos activos: Correspondientes a los flujos extraordinarios (caudales máximos y mínimos). Existe un desequilibrio entre el flujo circulante y la morfología del cauce (Q>Qo) que el torrente tiende a neutralizar modificando el lecho (erosionando unos tramos y sedimentando otros) hasta adaptarlo al flujo. Llegado ese momento, el equilibrio se rehace y cesa de nuevo la actividad geomorfológica modeladora (Q ≤ Qo).

Torrentes Depositantes Son aquellos en los que el aporte de materiales sólidos es muy elevado y la energía de la corriente se invierte íntegramente en el transporte de los mismos, por lo que la erosión en el cauce no es posible. El flujo está saturado (el contenido de sedimentos es igual o superior al que puede transportarse) y la potencia neta es negativa; de forma que los depósitos de los materiales tienden a elevar el cauce o, al menos, a no profundizarlo.


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Figura 3. Evolución del transporte de materiales en un torrente a lo largo del tiempo.

Estos torrentes suponen un peligro porque los materiales acumulados pueden colapsar puentes, obstaculizar caminos, inundar fincas de cultivos (daños en la cosecha, sistema de riegos, etc.), anegar poblaciones (caso de lavas torrenciales), aterrar embalses, etc. En ocasiones los materiales obstruyen una sección transversal del torrente formando un pequeño dique donde inicialmente quedan retenidos; pero cuando la avenida es suficientemente enérgica, el dique se rompe y origina una avenida de agua con sedimentos de gran poder destructivo (ver anejo A). Los mecanismos correctores son: ) Disminuir el aporte de sedimentos producidos en la cuenca (Carga de lavado): Aplicación de técnicas mecánicas y biológicas de estabilización y conservación de suelos. ) hidrotecnias de corrección transversal: Construcción de diques de retenida escalonados (Fig.4). El objetivo prioritario es la retención de los materiales transportados, pero cuando están colmatadas regulan el flujo de sedimentos al establecer una pendiente no erosiva. ) En ocasiones resulta aconsejable la construcción de diques de retenida selectiva en la parte alta de la cuenca donde los acarreos son de mayor tamaño (evitar la colmatación rápida de la obra), y diques convencionales en la parte media y baja donde los aportes son cada vez de menor tamaño (Fig.1). )

Figura 4. Corrección de un torrente depositante mediante diques de retenida.


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Torrentes Socavantes En estos torrentes el flujo no está saturado, por lo que la energía es suficiente aún para erosionar el fondo y los márgenes del cauce. La potencia neta es positiva, por lo que el torrente se ve inmerso en un continuo proceso de profundización del cauce, que socava los puntos de apoyo de las laderas y origina deslizamientos de terreno. Los torrentes socavantes pueden tener cuencas bien forestadas, por lo que los trabajos de conservación de las mismas podría no ser prioritario. El problema se centra generalmente en el propio cauce del torrente que requiere ser estabilizado, frenando su tendencia a la incisión vertical y la erosión regresiva que avanza remontando el perfil longitudinal. Los mecanismos correctores para este tipo de torrente se centran en aminorarla fuerza tractiva de la corriente, disminuyendo su velocidad.

Figura 5. Diques de consolidación.

) HIDROTÉCNIAS DE CORRECCIÓN TRANSVERSAL • Construcción de diques de consolidación que fijen el lecho del cauce, evitando su profundización. Inicialmente frenan casi totalmente el flujo, almacenando los sedimentos (Figs. 5 y 6). En una segunda fase, una vez colmatados, regulan el flujo de agua y sedimentos gracias a la reducción de la pendiente, aumento de la anchura del cauce y la disipación de la energía a pie de dique. La pendiente de los sedimentos una vez colmatada la obra se llama "pendiente de compensación" ya que con ella se logra un equilibrio (compensación) entre la erosión y la sedimentación en el cauce. • Construcción de umbrales de fondo que no emergen sensiblemente del fondo del cauce (Fig.6). Para que se produzca la pendiente de compensación es necesario un cierto arrastre de materiales (lo que puede representar un inconveniente), en contraposición con los diques de consolidación en los que dicha pendiente se logra por sobreelevación del aluvión (sedimentación).

Figura 6. Corrección de torrentes socavantes: diques y umbrales de fondo.


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) REVESTIMIENTO DEL CAUCE DEL TORRENTE: Modificando la rugosidad del cauce con mampostería, materiales naturales, acciones biológicas, etc., pueden lograrse cauces no erosivos. Esta solución puede adoptarse cuando no sea posible una elevación del lecho del cauce. Presentan el inconveniente de estar sujetas permanentemente al efecto abrasivo del agua con sedimentos. En algunos lugares es común construir obras de canalización en el cono de deyección o el canal de desagüe del torrente (donde suelen ubicarse los núcleos habitados) una vez concluidos los trabajos de corrección de la cuenca y la construcción de diques en la garganta. De esta forma, los costos de mantenimiento de la canalización se reducen considerablemente pues la abrasión es mucho menor.


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OBRAS HIDRÁULICAS PARA LA CORRECCIÓN DE TORRENTES LA DIQUES FORESTALES: DEFINICIÓN Y TIPOS Juan Manuel Diez Hernández. Ph.D. Ingeniero Forestal. Profesor Grupo de Hidráulica e Hidrología Forestal. Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias. ETSIIAA. Universidad de Valladolid. UVA. Av. Madrid 57 Palencia 34004, ESPAÑA. TEL: ** 34 979 108369 FAX: 979 712099 Correo electrónico: [email protected] http:\\www.uva.es 1. INTRODUCCIÓN El dique es una estructura de control vertical de la erosión en el lecho y los márgenes de un torrente. Sus efectos principalmente son: a. Fijar el lecho, controlando su progresivo descenso por la acción erosiva de las aguas. b. Mientras que está sin aterrar, las aguas embalsadas frenan la velocidad de llegada de los materiales transportados, retienen los más gruesos y disminuyen el caudal sólido vertido. c. Los depósitos provocan la elevación del cauce alcanzando una pendiente (pendiente de compensación), menor que la del cauce natural. (Disminuyen la pendiente del cauce). d. La menor sección en el cauce tendrá una mayor anchura, que influye igualmente en la velocidad de las aguas por disminución del calado (profundidad) de las aguas. 1

2 H’

H=calado τ = γ · R · Ιc = γ · H · Ι

Donde:

>

τ' = γ · R · Ι = γ · H' · Ιc

- τ = tensión tractiva sobre los materiales del cauce (kp/m2). - γ = peso específico (kp/m3). - Ι = pendiente del lecho original (m/m). - Ιc = pendiente de compensación. ( Ιc < Ι ) (m/m).

-

R = radio hidráulico =

Sección mojada Perímetro mojado

≈ calado H en secciones anchas.

- v = velocidad del agua (m/s). Mediante la ecuación de Manning:

2 2 2 2 1 1 3 ⋅ H' 3 3 3 2 2 I I ⋅R ⋅H I V(m/s) = = > V' (m/s) = c n n n Es importante destacar que un dique de control de la erosión tiene prácticamente una vida útil limitada, pues su misión, fijar el lecho, se consigue con su presencia. Un dique para regular caudales (azudes, o


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presas) según se aterran pierden capacidad y por lo tanto disminuye su vida útil si no se retiran los sedimentos. Los tipos principales de diques de control de la erosión son: 1.- Diques de consolidación: Se construyen para evitar los fenómenos directos de erosión en los cauces y en las laderas de los márgenes afectadas de inestabilidad. Se impone una cota fija con lo que se impide un descenso erosivo del lecho del cauce. 2.- Diques de retenida: Se construyen para detener materiales sólidos y para laminar la punta de los caudales de avenida. De esta forma se evitan aterramientos aguas abajo del dique. Dentro de este tipo de diques existen unos huecos de retenida selectiva, troneras, que funcionan a modo de un tamiz. Los elementos más característicos de un dique se señalan a continuación en el dibujo. El lugar donde se emplaza el dique constituye la cerrada y define en el torrente una zona aguas arriba y otra zona aguas abajo (hacia donde mira el dique).

Vertedero

Umbral del vertedero

Alas Paramento aguas abajo

Paramento aguas arriba

Coronación

Mechinales

Base del dique

Cimientos o Fundación

2. ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN DIQUE

En el funcionamiento de un dique se distinguen 3 etapas: 1.- Etapa de colmatación. 2.- Etapa de transición. 3.- Etapa de consolidación, lecho de consolidación. En la primera el dique retiene las aguas que le llegan y se va llenando, en la segunda el material retenido se va asentando, y en la tercera, los aterramientos alcanzan la altura del dique y por lo tanto la pendiente de equilibrio o pendiente de compensación. Por análisis de las tres situaciones y salvo casos excepcionales se concluye que la primera etapa es la más desfavorable. Durante esta etapa, las solicitaciones exteriores que tienden a desestabilizar la estructura (empuje hidrostático para un peso específico del agua más sedimentos ≈ 1,2 t/m3) son máximas, por lo que el dique ha de ser dimensionado y construido para que resista durante la etapa de colmatación. En la 2ª etapa, el peligro de que el empuje provocado por los sedimentos mojados sea mayor que el hidrostático de la etapa anterior, queda reducido por la construcción de mechinales que permiten el flujo de agua, mientras que se produce la consolidación del dique1. 1

En este caso, se admite que el empuje hidrostático del agua que moja los sedimentos es el 70% del valor en la etapa de colmatación, y el empuje de los sedimentos, aplicando diversos criterios de empujes de tierras, corresponde al 30% del empuje hidrostático en la fase de colmatación, con lo cual, como mucho, se admite que en la 2ª etapa los empujes pueden adoptar el valor del empuje en la 1ª (Suárez, 1993). Juan Manuel Diez Hernández (Ph.D. Ing. Forestal)

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En la última etapa tenemos un lecho consolidado e impermeable formado por los sedimentos (sólidos en suspensión) y acarreos (material traído por el cauce), por lo que el empuje hidrostático es muy pequeño. Si dibujamos el perfil longitudinal del cauce aguas arriba del dique tenemos:

L

Ιc

Ιc = pendiente de compensación. Ι = pendiente original del lecho. H = altura del dique. L = longitud de aterramiento.

H

Ι Se observa que los sedimentos y acarreos no se han depositado formando un plano horizontal sino que el lecho tiene una pendiente que denominamos pendiente de compensación , que constituye la pendiente del lecho para la cual los volúmenes arrastrados y los depositados por la corriente se igualan. Esta pendiente constituye una pendiente de equilibrio ya que es más o menos estable en el tiempo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS SKOPEK V. 1988. Ursprung und Intensität der anthropogenen Erosion. En Isergebirge der CSSR. 1988/I, 75-86. SUÁREZ VILLAR, L.M. 1993. Presas de corrección de torrentes y retención de sedimentos. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, Venezuela.


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Obras Hidraulicas Para La Correccion de Torrentes

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