Date post: | 17-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | contrera-joander |
View: | 53 times |
Download: | 0 times |
Prof. Luís Henríquez Rumbo MendozaProf. Franklin Paredes
UNELLEZ – VIPIPROGRAMA INGENIERÍA
HIDRAULICA FLUVIALMORFOLOGÍA FLUVIAL
Importancia de la hidráulica fluvial
Ingeniería Fluvial
Trata de las intervenciones humanas en los ríos para su adecuación al aprovechamiento de los recursos o a la reducción de los riesgos de daño.
HIDRAULICA FLUVIAL RIOS APROVECHAMIENTO
INTEGRAL
OBRAS DE INGENIERÍA
MINIMIZAR RIESGOS
FORMAS DE FONDO
Cuando el sedimento es puesto en movimiento por el flujo, el lecho del río se deforma bajo la acción del flujo, y estas deformaciones evolucionan a medida que aumenta la profundidad y la velocidad del agua.
Cuando el sedimento no ha comenzado a moverse, la resistencia al flujo corresponde al caso de un canal de fondo fijo; de allí que este caso sólo sea de interés para determinar las condiciones de movimiento incipiente por debajo de las cuales los cauces se calculan como de fondo fijo.
Una vez superadas las condiciones de movimiento incipiente, comienzan a desarrollarse deformaciones que reciben diversos nombres, de acuerdo con su forma, tamaño y condiciones de flujo.
FORMAS DE FONDO
RizosSon pequeños elementos de forma triangular de menos de 5 cm de altura, conlongitud entre 0,1 y 0,5 m con una pendiente muy suave en su cara aguas arriba, y talud aguas abajo escarpado y cercano al ángulo de reposo del material (Figura 7.2).Los rizos se forman sólo en lechos de arena y no producen perturbaciones en lasuperficie libre del agua. En general, la corriente de agua lleva poco material ensuspensión.
DunasSon también elementos de forma triangular, pero mucho más grandes que los
rizos (Figura 7.2). Su longitud, que puede llegar a ser más de 100 m, depende básicamente del
tamaño del sistema fluvial donde se desarrollan. Las dunas se desarrollan en cualquier fondo de material granular (arenas o
gravas) y en flujo subcrítico por lo que, como en cualquier caso de flujo subcrítico sobre un obstáculo, la superficie del agua está fuera de fase en el fondo.
FORMAS DE FONDO
AntidunasLas antidunas se forman para flujo supercrítico y consisten en un tren de
ondas simétricas, en fase, de arena y agua (Figura 7.2). Estas ondas pueden crecer gradualmente hasta que la onda de agua se
rompa como una ola marina, o pueden desaparecer en la misma forma. En el primer caso, se denominan antidunas rompientes o simplemente
antidunas; y en el segundo, se conocen como ondas estacionarias.
Pozos y rápidosConsiste en una secuencia de zonas de flujo rápido y de flujo tranquilo. Al final
de la primera se produce un resalto hidráulico que genera unas zonas de flujo tranquilo llamada pozos, y luego vuelve a acelerarse.
Estas formas de fondo corresponden a un flujo de tipo torrencial y se caracterizan por grandes acarreos de sedimentos.
FORMAS DE FONDO
BARRASAdemás de las formas de fondo ya mencionadas, existen otros tipos de configuraciones que reciben el nombre genérico de barras.Las barras son formas de fondo que poseen longitudes iguales o mayores que el ancho del canal y alturas comparables con la profundidad media del flujo que las genera, estando a veces parcialmente sumergidas.
Barras de puntaTambién llamadas espolones de orilla, se forman sobre el lado convexo de las curvas. Su forma puede variar con las condiciones cambiantes del flujo, pero no se mueven con relación a su posición en la curva.
Barras alternasSe encuentran en tramos relativamente rectos de los ríos y tienden
a estar distribuidas a lo largo del cauce y sobre riberas opuestas en forma alterna.Estas barras se desplazan lentamente aguas abajo.
FORMAS DE FONDO
Barras transversalesOcurren en canales rectos, ocupan casi toda la sección transversal del cauce y se mueven lentamente aguas abajo.
Barras tributariasOcurren inmediatamente aguas abajo de los puntos de confluencia de los cauces.
FORMAS DE FONDO
Figura 7.2
TIPOS DE RÍOS
La presencia o ausencia de barras, y la evolución que pueda seguir el cauce una vez que éstas se desarrollan, determinan en cierta forma las características morfológicas de los ríos en planta.
En este sentido, se pueden presentar tres tipos de cauces en planta que se conocen bajo los nombres de ríos:
Rectos, meandrosos y trenzados (ver figura 1)
TIPOS DE RÍOS
TIPOS DE RÍOS
Ríos rectos
No existen realmente ríos rectos; y aunque en planta aparentemente
existan largos tramos rectos de cauce, es frecuente que para condiciones de agua mínimas el flujo ocurra serpenteando a lo largo de ese cauce.
La tendencia natural de los ríos es formar barras y a erosionar lateralmente, por lo que la clasificación de los ríos como rectos es más académica que propia de una realidad natural.
TIPOS DE RÍOS
Ríos meandrosos
Se dice que un río es meandroso cuando, discurriendo libremente
en un lecho sin controles geológicos, presenta curvas alternadas y, en general, un recorrido tortuoso (Figura 7.4) y un perfil de pozos y vados que serpentean desde un pozo, a través del vado, hasta el pozo siguiente.
Esta forma sínuosa de la corriente principal se conoce con el nombre de álveo o "`thalweg".
H. Mathes define que el término meandro se aplica a cualquier canal natural en forma de S, constituido por material aluvional, que sea libre de cambiar su posición y de ajustar su forma, como parte de un movimiento migratorio de todo el canal, aguas abajo a lo largo del valle.
En este sentido, las curvas y cruces que ocurren en los ríos como consecuencia de controles geológicos (afloramientos rocosos, arcillas consolidadas, por ejemplo), no son considerados como meandros.
TIPOS DE RÍOS
FIGURA 7.4RÍO MEANDROSO
TIPOS DE RÍOS
TIPOS DE RÍOS
TIPOS DE RÍOS
Ríos trenzados
Un río trenzado está constituido por numerosos canales entrelazados (Figura 7.5) formados por barras e islas cuya existencia se debe, entre otras causas, a que la cantidad de sedimento suministrado al río es mayor que su capacidad para transportarlo.
Una de las principales fuentes de sedimentos puede estar en las propiasriberas del río, cuando éstas son erosionables.
Aunque no todos los ríos trenzados son inestables, es frecuente encontrarse con que su comportamiento es impredecible, y, por consiguiente, peligroso para las estructuras que puedan colocarse en dichos cauces.
TIPOS DE RÍOS
FIGURA 7.5RÍO TRENZADO
TIPOS DE RÍOS
TIPOS DE RÍOS
OTRAS FORMACIONES FLUVIALES
Adicionalmente a las formas intrínsecas para el cauce fluvial, existen otras relacionadas con la planicie inundable y las terrazas aluviales del río, cuya estructura y comportamiento es de suma importancia para la ubicación de vías y estructuras.
Entre ellas se pueden citar por su importancia las siguientes:
TIPOS DE RÍOS
Terrazas aluviales
Se denominan así los distintos niveles de equilibrio que ha alcanzado el río en épocas geológicas pasadas, y que posteriormente han sido erosionados por el proceso evolutivo de éste, quedando como superficies planas, a diferentes niveles hasta llegar al cauce actual del río.
Estas terrazas están siempre constituidas por materiales aluvionales de deposición, tales como arenas, gravas y cantos rodados, o materiales provenientes de glaciares.
Su estabilidad puede ser afectada por cortes o descargas de drenajes en zonas inestables.
Típico de esta situación es la zona de valles fluviales de la Cordillera de los Andes.
TIPOS DE RÍOS
Albardones
Son diques naturales que se forman a lo largo de los cursos fluviales
por deposición del material arrastrado por el río en las crecidas que desbordan el cauce.
Estos albardones impiden muchas veces la libre descarga de los tributarios y son muy característicos en ríos de llanura, originando la formación de pantanos y ciénagas en muchos sitios de la planicie inundable, la cual se encuentra, en general, a cotas menores que las márgenes del río.
TIPOS DE RÍOS
Madreviejas
Se denominan así a los meandros cortados y posteriormente
abandonados por el rio, que quedan dentro de la planicie inundable y
forman los conocidos lagos en herradura, los cuales se rellenan de material
fino. En ellos se desarrolla una vegetación claramente diferenciada del resto de
la planicie por tratarse de vegetación más joven. Las madreviejas son testigos de la evolución del cauce fluvial y de la
actividad del mismo. El empleo de fotografías aéreas de diferentes épocas permite, por
comparación, el análisis de esa evolución.
TIPOS DE RÍOS
Torrentes
Las características hidráulico-fluviales de lo que se considera un
torrente son pendientes fuertes e irregulares con crecidas súbitas y violentas, y que, por regla general, tienen, en ciertas partes de su lecho, depósitos de materiales acarreados por las aguas, lo cual causa que éstas divaguen en el momento de la crecida.
Todas estas condiciones hacen necesaria mucha cautela en
proyectos de estructuras en estos sitios.
TIPOS DE RÍOS
Conos de deyección
Se forman generalmente en la desembocadura de las gargantas
de los torrentes, y están constituidos por los depósitos del material acarreado por éstos en las crecidas, los cuales adoptan una forma de pirámide triangular, con el vértice en la garganta del torrente y el cauce principal sobre la arista de la pirámide; es decir, sobre una divisoria de aguas.
Los conos de deyección se caracterizan por poseer una geometría inestable, donde es de esperar rápidos movimientos laterales en épocas de crecida, siendo incierta la ubicación del cauce principal en esos momentos.
APICE
CUERPO(LLANURA ALUVIAL)
FRENTE DISTAL
FRENTE MONTAÑOSO
FRENTE MONTAÑOSO
PEÑAS YGRAVAS
ARENAS MEDIASA GRUESAS
ARENAS FINAS
LIMOS Y ARCILLAS
CONO ALUVIAL
Ciudad deBarinas
Río
Río
Santo Domingo
Calderas
Río
SantoDomingo
Aeropuerto
Caipe
Río
ÁPICE
CUERPO
CUERPO INTERNO
CUERPO EXTERNO
FRENTE DISTAL
CONO ALUVIAL
Imagen LANDSAT.Banda 7, Año 1976.Escala (aproximada):1:250.000
0 5 10 Km.
NInterpretación de la Imagen de Satélite
Llanuras aluvialesAbanicos Aluviónales
Terrazas FluvialesDeltas
Predominiode Arcilla
Predominio de Limosy Arenas Finas
Predominio deArenas Gruesas y Gravas
Predominio de Limosy Arcillas
Cubeta dedecantación
(Esteros) Napa de DesbordeBanco
(Dique natural) CauceBanco
(Dique natural) Napa y bajío
Barra deMeandro
Depósitos Aluviales(Terrazas)
Zona de transición entre lasvertientes montañosas andinas
y la llanura baja inundable
Sección transversal de lasposiciones geomorfológicas ygranulometrías predominantes delos ríos llaneros.
Depresiones topográficasinundables
Áreas Fuentes de Exceso Otros Problemas
Inundación Flujo Lateral Precipitación Suelo Topografía
Micro Relieve
Pendiente
A X X
B X X X X
C X X X X X X
Solución Control de inundación
Drenes interceptores
Drenaje superficial
Alizamiento Conformación
C AB
ETAPAS EN EL DESARROLLO DE UN RIO
Las formas descritas anteriormente se pueden presentar sobre un mismo cauce fluvial, aunque en distintas etapas de su desarrollo, siendo algunas de ellas características de éstas.
En este sentido, los ríos, de acuerdo con su edad y características, se pueden clasificar en:
Ríos jóvenes, maduros y viejos.
ETAPAS EN EL DESARROLLO DE UN RIO
Ríos jóvenes
Se desarrollan debido a la erosión del agua sobre la superficie del terreno, y se caracterizan por tener valles irregulares en forma de V.
Sus cauces, que también tienen la misma forma estánconstituidos por materiales fracturados que pueden, o no, ser acarreados por la corriente.
Casi todos los ríos de montaña y sus tributarios son ejemplo de ríos jóvenes.
ETAPAS EN EL DESARROLLO DE UN RIO
Ríos maduros
Se caracterizan por poseer un valle fluvial más ancho, con pendientes longitudinales suaves y una erosión lateral mucho más significativa que la erosión de fondo.
El río alcanza una situación en la cual sus características hidráulicas son justamente suficientes para transportar el material aportado a él.
Sus llanuras de inundación son angostas y el cauce tiende a desarrollar meandros, debido, en parte, a la misma erosión lateral.
ETAPAS EN EL DESARROLLO DE UN RIO
Ríos viejos
Los cauces clasificados como viejos son, como su nombre lo indica,
extensiones en el tiempo de los ríos maduros.A medida que la erosión continúa, los valles fluviales se desarrollan hasta que
sus características pasan a ser las de mayor ancho y menor pendiente.Además, se ha desarrollado totalmente la faja de meandros y el relieve es
muy plano; de igual manera se han creado albardones, de forma que a veces los tributarios al cauce principal discurren paralelos a éste sobre largas distancias, hasta que encuentran una brecha para descargar y se forman zonas pantanosas y ciénagas.
Las planicies de los ríos viejos presentan zonas propicias para la ubicación de vías de comunicación, pero deben tenerse en cuenta los efectos que sobre las inundaciones puedan tener estas vías.
CLASIFICACION GENERAL DE LOS RIOS
Las descripciones de características geomorfológicas del cauce y de su planicie inundable pueden convertirse en una larga lista de complicadas interrelaciones.
Culbertson y otros, propusieron una clasificación general de los ríos que puede servir de orientación y para una mejor descripción de los problemas que se confrontan al proyectar vías de comunicación dentro de las zonas afectadas por la hidráulica fluvial.
En la Figura 4 .6 se indican los aspectos más importantes que deben ser considerados.
La Tabla 7.2 permite hacer una comparación de las características hidráulicas y de las propiedades morfológicas de los cuatro tipos de canales.
CLASIFICACION GENERAL DE LOS RIOS
Las principales características que permiten distinguir cuatro grandes clases son la variación del ancho del canal y el grado de trenzado del mismo.
El resto de las subclases vienen dadas por otras características que sirven para obtener un conocimiento mejor de los complicados procesos inherentes a la hidráulica fluvial.
Por ejemplo, es muy poco probable que un río con diques marginales naturales bien desarrollados tenga gran actividad; por otra parte, el crecimiento de la vegetación ribereña está asociado con la deposición de limos y arcillas.
Esos y muchos otros ejemplos pueden citarse para corroborar la conveniencia de realizar buenos estudios geomorfológicos antes de interferir los procesos naturales de la hidráulica fluvial con la construcción de cualquier obra.
CLASIFICACION GENERAL DE LOS RIOSFIGURA 4.6- ASPECTOS MAS RESALTANTES
CLASIFICACION GENERAL DE LOS RIOS
TABLA 7.2.- CARACTERISTICAS RESALTANTES DE LOS RÍOS
PATRONES DE DRENAJE
Otro aspecto importante relacionado con los sistemas fluviales es el referente a los patrones de drenaje los cuales dependen básicamente de las características geológicas del terreno sobre el cual se desarrolla el sistema de drenaje.
En la Figura 7.7 y la Tabla 7.3 aparecen detallados los patrones de drenaje básicos desarrollados por Howard, así como algunos casos particulares
PATRONES DE DRENAJE
Figura 7.7.- Patrones de drenaje
PATRONES DE DRENAJE
Tabla 7.3.- Patrones de drenaje