UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD...

IINGENIERIA DE CURSOS NATURALES Y ARTIFICIALES UNIDAD TEMATICA 1

1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL LA PLATA

Curso de postgrado INGENIERÍA DE CURSOS NATURALES Y

ARTIFICIALES

UNIDAD TEMATICA 1

INDICE

1.1 - INTRODUCCION ............................................................................................................................... 2

1.2 - LA HIDRAULICA DE LOS CURSOS NATURALES ....................................................................... 3

1.3 - PROPOSITOS DE LA HIDRAULICA DE CURSOS NATURALES................................................ 4

IMPACTOS AMBIENTALES DEL MAYOR ESCURRIMIENTO ............................................................ 5 IMPACTOS AMBIENTALES DEL MENOR CAUDAL DE AGUAS SUPERFICIALES ......................... 5 IMPACTOS AMBIENTALES POR LA REDUCCION DEL NIVEL FREÁTICO O POR LA REDUCCIÓN EN EL CAUDAL ARTESIANO........................................................................................... 6 PLANIFICACIÓN Y MANEJO DE LAS CUENCAS HIDROGRAFICAS................................................. 6

1.4 - MORFOLOGIA DE LOS CURSOS NATURALES ........................................................................... 7

1.5 - ASPECTOS HIDROLÓGICOS RELACIONADOS CON LA HIDRÁULICA DE LOS CURSOS NATURALES............................................................................................................................................... 9

1.5.1 - PREDICCIÓN DE CRECIDAS......................................................................................................... 9

1.6 - CICLO FLUVIAL DEL CURSO ALUVIAL ...................................................................................... 9

1.7 - TRAMOS DIFERENCIABLES DE LOS CURSOS EN EL DESARROLLO TOTAL COMPLETO11

1.8 - CONFORMACIÓN RELATIVA DE LECHOS Y VALLES ............................................................ 15

1.9 -VARIABLES RELACIONABLES CON LA FORMA DE LOS CAUCES ....................................... 18

1.9.1 - ACARREOS TOTALES ................................................................................................................. 18 1.9.2 - MATERIAL EN SUSPENSIÓN...................................................................................................... 18 1.9.3 - INFLUENCIAS DE LAS FORMAS DE LOS CAUCES ................................................................. 18 1.9.4 - RUGOSIDAD Y RIZADURAS....................................................................................................... 18 1.9.5 - CIRCULACIÓN SECUNDARIA.................................................................................................... 19

1.10 - ALBARDONES Y DEPRESIONES ............................................................................................... 21

1.11 - MEANDROS ALUVIALES ............................................................................................................ 22

1.12 - CAUCES DIVERSIFICADOS (TRENZADOS)............................................................................. 25

1.13 - EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD ................................................................................................... 26

1.14 - ETAPAS DE ENVEJECIMIENTO................................................................................................ 26

1.15 - HIDROMORFISMO Y EOLOMORFISMO .................................................................................. 28

1.16 - CUENCAS SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS .................................................................... 30


2

UNIDAD TEMATICA 1

1.1 - INTRODUCCION El presente Curso pretende cubrir las necesidades que se les plantean en la actualidad a los ingenieros hidráulicos, civiles, en vías de comunicación y en construcciones dedicados a las obras de control de inundaciones en todo el país, y en particular en las zonas de llanura, como las de la Región Pampeana Central. En la elaboración del proyecto, se incluyeron las más modernas técnicas desarrolladas para el manejo y control de inundaciones en las diversas regiones del país. Paralelamente se tomaron en cuenta algunas unidades temáticas incluidas en diversas materias de las carreras de grado de la Facultad, las que se observan dispersas, desligadas de un eje temático unificado como el que se propone. Con este criterio se han incluido: la evaluación del transporte sólido relacionado con los fenómenos de erosión hídrica, la posibilidad de contar con herramientas que permitan diseñar canales estables con y sin protección, las técnicas para la construcción y manejo de terraplenes de defensas y su relación con las obras de arte, desvíos y fundamentalmente la determinación de la cota de fundación de los puentes desde el punto de vista del movimiento sedimentológico, por ser ese uno de los principales motivos de falla de las estructuras viales. Motiva mi presentación, las falencias que a nivel profesional observo con frecuencia en el desarrollo de mi actividad como Directora Nacional de Proyectos y Obras Hídricas, de la Subsecretaría de Recursos Hídricos de la Nación. Entiendo que estos apuntes son solo del comienzo de un diálogo el que deberá ser enriquecido por el intercambio de ideas que se den durante el desarrollo del Curso, a partir de lo aquí escrito. Quisiera, además, agradecer a los actuales docentes auxiliares del Curso y en particular a docentes y becarios de la cátedra de Hidráulica Fluvial de la Universidad Nacional de La Plata, quienes a través de los años en que trabajamos juntos me ayudaron a concretar este trabajo, en parte con sus preguntas y cuestionamientos, y en parte con su trabajo concreto de investigación, traducción y escritura de temas.

Ing. Iris Frida Josch


3

1.2 - LA HIDRAULICA DE LOS CURSOS NATURALES La hidráulica de los canales naturales (o hidráulica fluvial) se encarga del completo (y complejo) proceso de planificación, diseño, construcción y operación de las diferentes obras, cuyo fin último es modificar las condiciones naturales de los ríos. Para qué? Para que sean útiles a las necesidades humanas, produciendo los mínimos impactos (por acción antrópica) al ambiente natural. Pero, se deberá tener claro que todas las obras fluviales, en mayor o menor grado, producen cambios medio ambientales y morfológicos. Es por ello que es de fundamental importancia el conocimiento de las características del comportamiento de los cauces de los ríos que se estudian, de forma de que los trabajos de ingeniería que se encaren no fuercen situaciones que puedan producir el deterioro del ambiente o el colapso de las estructuras proyectadas. Se podría decir que la hidráulica fluvial es mas un arte que una ciencia. En 1942 Straub en el libro Hydrology, O.E. Meinzer De., Mc.Graw Hill Book Company - 1942 polemizó acerca de la dificultad de definir las características de un cauce natural: “los ríos difieren grandemente entre unos y otros, en sus características físicas y comportamiento general; difícilmente se puedan encontrar dos iguales. Los elementos característicos están entretejidos de tal forma que es extremadamente difícil, sino imposible, el describirlos independientemente. Las variaciones en la movilidad del lecho de los ríos junto con las fluctuaciones del caudal, ambos en rangos muy extendidos, resultan en fenómenos extremadamente complejos, de naturaleza progresivamente cambiante. En su condición natural, los ríos pocas veces alcanzan su estado de equilibrio, aún en tramos cortos. El estado de permanente cambio es la regla, no la excepción.......” “Los ríos, particularmente aquellos que poseen amplia variación en sus caudales, cambian continuamente su régimen. Para cada condición de escurrimiento, el río se aproxima a un nuevo régimen, y nunca alcanza el estado de equilibrio. La influencia del retardo en el comportamiento hídrico no permite el establecimiento del equilibrio ya que antes encuentra otra cambiante condición de escurrimiento”. Concretamente se puede afirmar que no existen dos ríos iguales. Los trabajos que se realizan en los cauces sirven para controlar o modificar caudales, niveles de agua en puntos o tramos, caudales sólidos, alineamiento de los canales, calados, el tamaño y la forma de los lechos de inundación por crecidas y/o la calidad de las aguas. En general estos objetivos pueden lograrse mediante el uso de una importantes variedad de acciones, estructurales y no estructurales, (o combinación de ellas) tales como terraplenes, presas de embalse, pedraplenes, variados tipos de revestimiento de márgenes, esclusas, obras de dragado, todo tipo de modificación en los canales: estrechamientos, ensanches, etc. y modificaciones en el uso del suelo de las cuencas de aporte. Las soluciones mas apropiadas no siempre son claras. En general la planificación de las obras es el resultado de análisis ingenieriles unidos a los económicos financieros, ambientales, sociales y políticos. Inclusive las soluciones que se plantean se entrelazan con la disponibilidad de materiales, su costo y su facilidad constructiva.


4

No quisiera dejar de mencionar un elemento importante en el manejo de una vía de agua: si el río es nacional o internacional o inclusive interprovincial los problemas de las aguas compartidas pueden ser muy complejas ya que cualquier intervención humana de aguas arriba altera el comportamiento fluvial de aguas abajo y viceversa. Las alteraciones que se introduzcan deberán ser acordadas por todos los usuarios tal que nadie se vea perjudicado por acciones indebidamente evaluadas.

1.3 - PROPOSITOS DE LA HIDRAULICA DE CURSOS NATURALES Desde la antigüedad el hombre usó a los ríos con los más variados propósitos: para la provisión de agua de diversos usos, como medio de transporte, como vía de desagüe, etc. La práctica más antigua de la ingeniería fluvial fue la de construcción de cierres (presas) y desvíos para la acumulación de agua para riego. En Egipto se pueden aun hoy ver obras construidas 3.000 años antes de nuestra era, en Wadi el Garawi (75 millas al Sur de El Cairo). Se recuerdan también las grandes obras construidas por los mesopotámicos. 2.000 años antes de Cristo. Leonardo Da Vinci proyectó importantes obras sobre el río Po en Italia. Los innumerables rastros que se encuentran de antiguas obras fluviales demuestran cuan importantes han sido los ríos en la vida y el desarrollo de la humanidad. En resumen el agua de los ríos hoy se usa como fuente de agua doméstica, industrial, para agricultura y comida. Transporte, recreación, hidroenergía. La intervención humana controla crecidas, caída del agua y disposición de excretas. Muchos de los usos de los ríos afectan la calidad y la cantidad de las aguas (volúmenes), o sea producen un importante impacto en los usuarios de aguas abajo. La navegación, por ejemplo, no posee uso consultivo de agua y en ese sentido no impacta negativamente en los usuarios de aguas abajo. Pero cualquier accidente de vuelco de contaminantes en transporte, o solamente de combustible, afectarán adversamente la calidad del agua del cauce (tomas para agua potable y/o riego). Los usos domésticos no impactan significativamente en los volúmenes de agua consumidos, pero no ocurre lo mismo con los volúmenes de riego, sobre todo en algunas prácticas hoy ya abandonadas como el riego por inundación. El saneamiento de las áreas de riego, con el arrastre de pesticidas y agroquímicos altera la calidad de las aguas. El embalsado de aguas para control de crecidas o generación hidroeléctrica no modifica los balances volumétricos totales de agua, pero sí introducen alteraciones estacionales, ya que el flujo de caudales responde a necesidades propias de los aprovechamientos. En el caso en que el agua del río se use para enfriamiento, el retorno a mayor temperatura produce un importante impacto negativo en los usuarios de aguas abajo y en la vida acuática. La actividad humana en relación con los ríos puede afectar la vida ictícola y salvaje, si no se toman medidas de mitigación adecuadas. La existencia de metales pesados producto de la actividad industrial (cromo, plomo, mercurio) con efluentes deficientemente tratado, el aumento de la temperatura de las aguas, la interposición de cierres en ríos con existencia de peces migratorios puede diezmar esa importante fuente de vida.


5

El compromiso del ingeniero frente a los problemas planteados pasa no solo por el correcto diseño estático de estructuras, va mas allá, llega hasta la solución global de los problemas ambientales que rodean a los emprendimientos. Para terminar esta introducción creí conveniente transcribir algunos conceptos vertidos en el Libro de Consulta para Evaluación Ambiental (Vol.I) del Banco Mundial referido a los problemas ambientales en el manejo de los recursos hídricos: “Los problemas del manejo de los recursos hídricos, que pueden surgir en una evaluación ambiental, tienen que ver con decisiones sobre el uso del agua o la tierra, que afectan la cantidad o calidad del agua superficial o subterránea. A su vez, tales cambios impactan en la gama de usos que puede soportar el recurso hidráulico en particular, o alteran las funciones de un sistema natural que depende del agua”. “En cuanto a los proyectos de desarrollo, las acciones que pueden alterar la calidad o cantidad del agua incluyen: la contaminación del agua superficial por la descarga directa de efluentes, la contaminación del agua superficial por fuentes no puntuales o difusas, la contaminación del agua superficial por contaminantes atmosféricos, la contaminación del agua subterránea o superficial por desechos eliminados por sobre o debajo de la tierra, el aumento de afluencia debido al desmonte, nivelación, pavimentación, drenaje o modificación de los canales, la disminución del flujo de agua superficial debido al desvío, captación y uso consuntivo y una reducción en la elevación del nivel freático o flujo artesiano por interferencia con la recarga de agua subterránea o retiro excesivo de la misma”.

IMPACTOS AMBIENTALES DEL MAYOR ESCURRIMIENTO Los aumentos en el escurrimiento resultan de toda actividad que torna menos permeable y/o más “lisa” la superficie de la tierra. Puede ser afectada la tasa de escurrimiento, la cantidad total del mismo, o ambas. Los impactos incluyen la disminución del nivel freático, la inundación más frecuente o más intensa, flujos de verano más prolongados o extremos, y la depuración o sedimentación de los canales. Los cambios en las configuraciones naturales del flujo, pueden modificar o eliminar las tierras húmedas y afectar la agricultura que depende de la inundación de cada temporada para su riego y para mantener la fertilidad del suelo. Donde se anticipan estos impactos, para atenuarlos, se puede incorporar en los proyectos medidas estructurales y no estructurales.

IMPACTOS AMBIENTALES DEL MENOR CAUDAL DE AGUAS SUPERFICIALES Cuando el caudal general del agua superficial es reducido significativamente por su captación, desviación, o uso consuntivo, los usuarios y sistemas naturales de aguas abajo experimentan impactos. Dos causas comunes de la reducción del caudal son el crecimiento en la cuenca por encima de lo que pueden soportar los recursos hídricos existentes, y el compromiso excesivo en los recursos hídricos debido a no tomar en consideración todos los usos y


6

usuarios en la planificación del proyecto. Los impactos inmediatos pueden incluir: un decaimiento en la calidad del agua debido a la menor dilución de los contaminantes, una decaída temporal o continua en el abastecimiento para los usuarios de aguas abajo, la reducción del área de las tierras húmedas y el aumento de salinidad y cambios en la circulación en esteros bajos y bañados. Cada uno de estos impactos puede, a su vez, tener efectos secundarios, como la pérdida de las rentas provenientes de industrias y comercios que dependen del agua, o una reducción en la producción de la energía hidroeléctrica. Las medidas remediatorias son pocas y la mayoría costosas; por ejemplo, la reubicación de industrias o importación de agua de otras cuencas hídricas. El método correcto es prevenir mediante la planificación y el manejo de los recursos hídricos a nivel de cuenca. Los términos de referencia para las evaluaciones ambientales de cualquier proyecto que comprenda el consumo o desviación del agua en gran escala, deben requerir, desde un comienzo, un análisis de las disponibilidades y usos existentes, planificados y proyectados para evitar estos impactos.

IMPACTOS AMBIENTALES POR LA REDUCCION DEL NIVEL FREÁTICO O POR LA REDUCCIÓN EN EL CAUDAL ARTESIANO El impacto más evidente es el costo adicional al perforar pozos más profundos y bombear agua de mayores profundidades. Es más destructiva la interrupción de una fuente de agua antes confiable, como resultado del bombeo excesivo de pozos cercanos de flujo artesiano. Cuando los acuíferos afectados se encuentran cercanos a la costa, el agua salina puede entrar a medida que disminuye el flujo del agua dulce, inutilizando los pozos de la costa. Finalmente, un impacto a largo plazo que puede darse sobre una gran área y ser prácticamente imposible de contrarrestar, es el hundimiento de la superficie de la tierra, ocasionado por la reducción de la presión del agua en la roca no consolidada. Nuevamente, las medidas de atenuación son pocas y difíciles. Implican el reemplazo, con agua superficial, de la fuente de agua subterránea perdida o contaminada con sal. Los intentos por contrarrestar la intrusión salina sólo han tenido limitado éxito. El hundimiento puede ser detenido, pero no es realmente reversible por medios artificiales.

PLANIFICACIÓN Y MANEJO DE LAS CUENCAS HIDROGRAFICAS El uso del agua y el de la tierra están interrelacionados. Es probable que las decisiones sobre el uso del agua en una parte de la cuenca hídrica, presenten oportunidades y limitaciones para los usuarios en otra parte. Estas circunstancias constituyen un argumento a favor de la planificación integrada a nivel de cuenca, a fin de asegurar que no se comprometa excesivamente el agua de una cuenca determinada, que los usuarios del agua de río arriba no priven de oportunidades a los de río abajo, que los proyectos cumplan con sus propósitos, y que el tipo y cantidad de crecimiento, mantengan un equilibrio con los recursos hídricos. Existen las herramientas y el conocimiento técnico necesarios para lograr dicha planificación y manejo, las dificultades son institucionales. Los recursos hídricos no respetan las fronteras políticas, por lo


7

que es necesaria una institución con suficiente capacidad y poder como para influir en las decisiones sobre el uso de la tierra y del agua en múltiples jurisdicciones. Esto, con frecuencia, requiere una voluntad recíproca por parte de dichas jurisdicciones, a subordinar a la institución de la cuenca hídrica. En los proyectos que dependen de la planificación y el manejo a nivel de cuenca, los equipos de evaluación ambiental deben analizar cuidadosamente la estructura institucional, las necesidades de su fortalecimiento, y si es o no, políticamente positivo, anticipar el éxito en el esfuerzo”.

1.4 - MORFOLOGIA DE LOS CURSOS NATURALES La morfología de los cursos naturales está relacionada con la estructura y la forma de los ríos, incluyendo la planialtimetría de los canales, su geometría, forma de las secciones transversales, formas del lecho y características de los perfiles longitudinales. La morfología de los canales es cambiante y se ve afectada por innumerables variables tales como los fluctuantes caudales propios de la vía de agua (su hidrograma), las velocidades, el caudal sólido (en donde se incluyen las características de los sedimentos), la composición mineralógica de fondo y barrancas, etc. El estudio de las formas de los canales fluviales es tratado fundamentalmente por los geólogos, pero ellos lo hacen en términos cualitativos y en escalas de tiempos de miles de años. Para el tratamiento ingenieril de los canales, se requiere información de períodos de tiempo más cortos, décadas y no milenios. La razón de este empirismo es fácil de comprender, la morfología fluvial se relaciona con los aspectos más complejos de la hidrodinámica, simultáneamente con bordes erosionables y transporte de sedimento. Los depósitos de sedimentos son generalmente extremadamente in homogéneos y sus límites van desde rocas, pasando por depósitos aluvionales, hasta arcillas. Los depósitos aluvionales pueden tener gran variedad de tamaños de arenas, mezclas, y pueden estar estratificados. Es por esto que se encuentran dificultades importantes en el armado de modelos analíticos para la resolución de cualquier problema. Es conveniente para la descripción de los ríos, el separar las características de acuerdo con los tamaños de los agregados. La primera subdivisión podrá realizarse considerando las pendientes de los ríos: desde los de montaña, de marcada pendiente, hasta los de llanura, en las planicies. Estas divisiones, a su turno, podrán ser asociadas con comportamientos planimétricos como ríos trenzados y/ o meandrosos. Súper impuesto a esto se halla el comportamiento de los fondos. Además de los cambios de pendientes y geometrías, el escurrimiento se incrementa y el tamaño medio del sedimento disminuye hacia aguas abajo. En la antigua literatura se atribuía a la erosión entre partículas (entrechoque, etc.) el decrecimiento del tamaño de las mismas hacia aguas abajo. Hoy, a ese concepto se agrega el transporte preferencial de las partículas en función de los caudales reinantes. El perfil longitudinal medio del lecho de los ríos y de sus pelos de agua puede ser aproximado con una ecuación exponencial. A este concepto se superponen las profundizaciones en las curvas y menores profundidades en los puntos de


8

inflexión. Con el incremento de los caudales y el decrecimiento de las pendientes, el área de la sección transversal se incrementa. La interacción de todos estos factores moldea la forma de cada río particular. En forma general se podría visualizar al río como poseyendo tres zonas bien diferenciadas: cauces superior, medio e inferior, los que se asocian a estados de erosión, equilibrio y depósito respectivamente. En la primera zona la capacidad de transporte de derrubios es superior a la cantidad de material sólido que realmente aporta el cauce, ello trae como consecuencia erosión del lecho del río. El cauce medio, en general se encuentra en estado latente de erosión o en equilibrio. En esa zona la cantidad de material acarreado puede ser menor que la capacidad de transporte ya que durante largos períodos de tiempo, por el efecto de armadura, el transporte de material se observa reducido o se anula. En los cauces inferiores y/o deltas la capacidad de transporte decae notablemente debido a la disminución de energía. Cuando la capacidad de transporte se hace menor que el aporte sólido, se produce el depósito con la consecuente elevación de las cotas de fondo. Desde las eras geomórficas, en que a través de los plegamientos de la corteza terrestre se manifiestan abruptos relieves topográficos, circunstancias climáticas y tectónicas actúan sobre las rocas, las cuales alteran progresivamente en intensidad y profundidad sus características químicas y estructurales originarias. Según la exposición de las superficies rocosas, su resistencia, su conformación cristalina, las pendientes de sus superficies expuestas, las fallas, grietas, planos de debilitamiento, diaclasas y el rigor de los agentes climáticos, se van produciendo las fracturas. En la alta montaña las radiaciones intensas y las diferencias de temperaturas extremas entre el día y la noche, producen el congelamiento temporal del agua de condensación. El agua convertida en hielo en las fallas y grietas, al aumentar su volumen ayudan, en su cíclico accionar, al desprendimiento de los bloques de rocas. A este proceso, netamente mecánico, se debe agregar el de la solubilidad de cementantes, sobre todo los de constitución calcárea. Esta sucesión de colapsos y derrumbes suavizan los taludes empinados. Todo este proceso se complementa con otras acciones, tectónicas (sismicidad), mecánico-climáticas (vientos, aludes de nieve), etc., según su origen y que también se manifiesta sobre las conformaciones sedimentarias resultantes, se las distingue como eolomórficas e hidromorficas. Los materiales disgregados y derrumbados de las laderas primitivas se acumularon en sus bases de piedemonte produciendo las primeras acumulaciones sedimentarias, taludes suavizados y dejando cada vez expuestas nuevas áreas de rocas a los agentes naturales, constituyéndose en los llamados conos de deyección. Combinaciones de aspectos cíclicos caracterizados como periodos glaciares, interglaciares, pluviales, ínter pluviales, distribución tectónica activa en distintas áreas según eras geológicas, y vulcanismo con efusión mantosa de rocas fundidas o abundante dispersión de cenizas, así como ingresiones y regresiones marinas, han contribuido a complejas conformaciones yuxtapuestas que presentan las estratigrafías sedimentarias en profundidad.


9

1.5 - ASPECTOS HIDROLÓGICOS RELACIONADOS CON LA HIDRÁULICA DE LOS CURSOS NATURALES

1.5.1 - PREDICCIÓN DE CRECIDAS La distribución y circulación del agua a través del ciclo hidrológico abarca fundamentalmente los estudios relativos a su evaluación en las distintas localizaciones naturales, en sus diferentes estados físicos, y de los fenómenos de transferencia entre esas localizaciones. Localizaciones típicas las constituyen los océanos, la atmósfera, las aguas superficiales, aguas subterráneas, reservorios, humedad del suelo, etc. Ejemplos de transferencias son las precipitaciones, la infiltración, la evapotranspiración y evaporación. Una gran parte del ciclo hidrológico localizado como derrame superficial, subsuperficial o básico, además de depender de las características físicas, edafológicas, ecológicas y geológicas propias de la cuenca de localización, esta influenciada por fenómenos de transferencia desde o hacia la atmósfera y hacia las profundidades de su perfil vertical. Son extremadamente complejas las circunstancias que dan origen a la aparición de derrames superficiales, así como el análisis de los factores que inciden sobre la magnitud, periodicidad y formas de las crecidas, por una parte, y formación y evolución de los cauces emisarios por otra parte, como también los fenómenos que gobiernan la erosión, transporte y sedimentación de acarreos tanto sobre las áreas de cuencas como a través de las secciones de cursos emisarios y sus lechos. Si bien los factores incidentales son realmente y en diverso grado interdependientes, en principio se acepta que la morfología y evolución de los cauces pueden explicarse a partir de las características físicas superficiales y geológicas de la cuenca, y del régimen de escurrimientos líquidos que presenta el curso, lo cual adjudica a estos últimos en cierto modo el carácter de causa, resultando como efecto el comportamiento fluvial consecuente. La complejidad propia de las ínterinfluencias se acrecienta con la consideración de la variabilidad cronológica de las precipitaciones u otros aportes capaces de producir los derrames. Se tratara de seleccionar los parámetros incidentales y presentar el panorama actualizado de los aspectos hidrológicos en relación con la evolución de lechos y valles aluviales, a modo de explicación practica y guía efectiva conducente a la elección de los tipos de técnicas de corrección, teniendo presente no obstante que aun quedan en esta especialidad por salvar muchos escollos y lagunas del conocimiento sorteados solo por el buen sentido y experiencia de los especialistas entrenados.

1.6 - CICLO FLUVIAL DEL CURSO ALUVIAL Se denomina cauce aluvial al río cuyo lecho, márgenes y valle contiguo están formados por materiales tales como arenas o gravas, limos y arcillas transportados y depositados por sus mismas aguas. Cuando se trata de cauces formados por materiales con gran contenido de arena, circundados por márgenes y valles de limos y arcillas fácilmente


10

removibles, la erosión ataca sus barrancas con relativa facilidad, dando lugar a mutaciones en su configuración. Ello crea problemas de estabilidad en fondos y márgenes, explica la evolución de los cursos de agua naturales y obliga a adoptar medidas de protección cuando las circunstancias así lo indican. De esta forma se plantea la conveniencia de fijar fondos y/o márgenes para frenar los procesos erosivos cuyo progreso involucraría grandes pérdidas o daños. La observación del ciclo fluvial, o secuencia de estados por los que normalmente ha atravesado un sistema de cursos de agua, podrá orientar sobre la etapa a la que se asiste en un determinado caso, permitiendo predecir cualitativamente el comportamiento mas probablemente esperado del mismo en su conjunto o de algunos de sus tramos que interesen especialmente. El ciclo fluvial se puede analizar partiendo de un estado inicial en que la corteza terrestre se encuentre recientemente solidificada. En esa situación se podría admitir una primera etapa de precipitaciones actuando sobre el relieve de roca madre, concentrándose y acarreando el manto de detritus provocado por las oscilaciones diarias y estacionales de temperatura. Como resultado de su transito hacia los grandes reservorios o mares se formarán cauces bien definidos, siguiendo las fracturas originales de las rocas corticales. Con gran energía los cursos de agua en sus nacientes, recortan gradualmente valles en V cuyos cauces comienzan a divagar alrededor de sus trazas originales. Son los ríos jóvenes. Por otra parte, se superponen efectos de glaciación e ínterglaciación con aumento de nivel del mar, lo que produce invasión de los valles inferiores. Esto contribuye a la formación típica de cauces y valles. Pero el proceso natural es continuo y a los cambios en la corteza por acción tectónica le siguen cauces nuevos en estado primario que aun hoy pueden constatarse. No obstante, el estado juvenil se caracteriza por la presencia de un desarrollo de pendientes suficientes para el transporte de los acarreos, incluso con presencia de saltos y rápidas, dentro de un valle ya formado por los aportes arrastrados. En cambio la madurez está caracterizada por el establecimiento de un perfil longitudinal de equilibrio en el transporte, de modo que las pendientes y la energía hidráulica media disponibles es solo suficiente para transportar los sedimentos aportados. No son definidos los límites de la evolución por cuanto se trata de procesos graduales. En este estado se observa asimismo una tendencia a producir perfiles longitudinales cóncavos de modo que los tamaños de las partículas del lecho disminuyen hacia aguas abajo al igual que las pendientes, aumentando también los anchos de los cauces en el mismo sentido, así como la sinuosidad. Por continuación del proceso de degradación llega a definirse un estado de vejez caracterizado por gran colmatación de amplios valles con materiales finos, grandes anchos de cauce obstruidos con bancos y barras, surcados por cauces menores paralelos y con tendencia a gradientes de energía muy escasos. Bordean el cauce principal albardones naturales y los afluentes corren paralelamente al cauce a lo largo de considerables distancias, hasta que alguna discontinuidad favorezca su confluencia. Es en estos valles cuyas áreas pueden cultivarse y producir el afincamiento de núcleos urbanos, donde son mas necesarias las obras de corrección en prevención de la destrucción de ciertas condiciones naturales y de las construcciones artificiales realizadas por


11

el hombre (acción antrópica). Al propio tiempo será necesaria la preservación de las profundidades en los canales naturales para permitir la navegación por medio del encauzamiento y se restringirán los anchos excesivos de los cauces con la construcción de obras de fijación de las trazas actuales, configurando así la esencia de las infraestructuras destinadas a la estabilización deseada. Al ciclo así muy simplificadamente descrito, cabrían superponerle las invasiones glaciares continentales que ejercieron históricamente notables influencias en las topografías de los valles fluviales, así como de los cauces en las épocas de retracción. Los fragmentos interpuestos por glaciares a menudo constituyeron barreras que obligaron a la habilitación de nuevos cursos durante las épocas interglaciares, pero en los tramos o valles no abarcados por glaciación siguió paralelamente el proceso de envejecimiento. Es de hacer notar que la historia geomorfica de los cursos de agua y sus valles obedece a un conjunto de fenómenos extremadamente complejos, y que se opera en presencia de circunstancias geológicas y climáticas también evolutivas, que complican aun mas su comprensión.

1.7 - TRAMOS DIFERENCIABLES DE LOS CURSOS EN EL DESARROLLO TOTAL COMPLETO Los perfiles longitudinales de los ríos, en ausencia de discontinuidades, presentan pendientes gradualmente variables. Desde empinadas en las nacientes, hasta suaves en las desembocaduras, con la concavidad hacia arriba. La progresión de las pendientes se adecua con las granulometrías presentes en el lecho y encuentran su explicación en los procesos morfológicos. En las nacientes, grandes partículas expuestas a la acción de la intemperie no alcanzan a ser arrastradas por las corrientes salvo en crecidas excepcionales pero sus productos de descomposición son acarreados por arrastre y suspensión. Los granos que se mueven rodando o por saltación en el lecho disminuyen su diámetro por abrasión. Los acarreos quedan retenidos donde la fuerza de arrastre no alcanza a producir el movimiento y en consecuencia, fracciones del material en suspensión decantan en los puntos en que la energía del agua no es capaz de mantenerlos en movimiento. Se han individualizado tres formas de degradación que tienden a provocar la disminución progresiva del diámetro de las partículas hacia aguas abajo en el perfil del río, de modo que puedan actuar simultáneamente, alternadamente o con preponderancia de una de ellas. Son estas la acción del medio en que temporalmente yacen estáticas, la fricción hidráulica y la abrasión por rozamiento mecánico entre las partículas. La primera predispone la superficie de los granos al posterior ataque, y actúa en función del tiempo y de la sensibilidad al medio ambiente que los rodea. La segunda es preponderante del material en suspensión y la tercera de los arrastres de fondo. Teorías basadas en la perdida de masa de las partículas en función directa del recorrido y peso, encuentran buen ajuste de sus resultados con los diámetros observados, pero no satisfacen en cuanto a la verificación del proceso supuesto como la abrasión exclusivamente, tal como se ha ensayado en laboratorio. Puede suponerse que las acciones mencionadas, actuando en conjunto en un cauce que sigue cierto proceso de acarreo, imponen una


12

degradación equivalente a una supuesta abrasión, del mismo modo que el considerado por las hipótesis de arrastre, rodamiento e impactos. A lo largo de un perfil longitudinal completo de un cauce natural, se sucede el tramo de erosión con mayor pendiente, proveedor de sedimento originario. En su base la zona de conos de deyección y comienzo de planicies con la existencia de cauces trenzados, los que constituyen un segundo tramo caracterizado por relativo equilibrio en sedimentos, y por ultimo, la llanura aluvial de baja pendiente. El primero, concentra fuertes aportes en crecidas, y se caracteriza por las cárcavas de erosión en roca con cauces iniciales que se reúnen en abanico o a modo de nervaduras foliaceas de variadas configuraciones. Los cortes son profundos con cauces estrechos y las perdidas hídricas hacia el subsuelo solo son relativamente significativas a través de fisuras o grietas en la roca alterada y diaclasada. El segundo, acumula el material de las etapas primarias de evolución, transitando sobre mantos sedimentarios de texturas granulométricas relativamente gruesas con gran permeabilidad. Los aportes sólidos se degradan y se dirigen hacia aguas abajo, o son depositados durante las crecientes conformando valles entre cordones laterales de acumulación, promoviendo el ascenso continuo del perfil longitudinal de los cauces. Estos tramos de cauces se comportan como influentes, derivando parte de su caudal liquido hacia los almacenamientos subterráneos, los que alimentan continuamente. Se trata de los conos de deyección y su formación siguiente los cauces trenzados. Es frecuente hasta la desaparición de los cauces semipermanentes al promediar estos tramos, distinguiéndose un sector final en el que el curso se estabiliza y recupera caudal liquido, haciéndose efluente por alimentación subterránea, con estiajes regulares y conformación permanente. Su límite inferior señala el final de las planicies intermedias y el comienzo de las llanuras. Por ultimo, la zona de cauce aluvial de baja pendiente que es la receptora de los sedimentos finos, sensibles a las interacciones hidromórficas y eolomórficas cuyos balances hidroenergéticos determinan la aparición de la meandrosidad. Finalmente la desembocadura.


13

Cauce serrano con cono de deyección

Cauce Serrano Marcadas pendientes

Agregados solidos de importante tamaño


14

Cauce trenzado

Cauce inferior con la Aparición de meandros


15

1.8 - CONFORMACIÓN RELATIVA DE LECHOS Y VALLES Durante el ciclo fluvial el curso erosiona el material depositado anteriormente en una etapa precedente de su evolución. Se comprende así que aparezcan continuamente aportes de distinta granulometría que a través del cauce se ubican nuevamente siguiendo la tendencia de pendientes y las singularidades derivadas de los meandros, pero la fracción gruesa transitará hacia aguas abajo por arrastre que al divagar a lo ancho del valle conforma su capa inferior, arenosa y permeable. La capa superior en cambio no es tan uniforme, presentándose discordancias dentro del conjunto de granulometrías mas finas de que esta formada. En efecto, los albardones contienen apreciable cantidad de arenas y limos, y los finos arcillosos que invaden el valle en crecidas decantan preferentemente en las depresiones laterales dejadas por los restos de rulos anulados de cauce, formando poderosos núcleos de arcilla. En etapas posteriores los meandros del cauce en su transito transversal por el valle se encuentran con texturas de muy diversa composición y disímil comportamiento frente a la erosión. Particularmente los núcleos de arcilla consolidada presentan gran resistencia a la erosión y ello se refleja en las singularidades circunstanciales de forma con que se presentan en cierto momento los cauces aparentando obedecer a una naturaleza caprichosa. A todo ello cabria agregar aun la aparición local en la desembocadura de algún afluente tal vez muy desequilibrado, de aportes gruesos en cantidades que provoquen una significativa discontinuidad en la tendencia granulométrica del emisario principal. Tales circunstancias, variables de un valle a otro y dentro de un mismo río, hacen ilusoria la aplicación práctica de las tendencias generales apuntadas para la solución de ciertos problemas locales, para cuyo tratamiento deberá recurrirse a la extracción de datos reales, provenientes de la medición del río en estudio.


16

Figura 1-1


17

Figura 1-2


18

1.9 -VARIABLES RELACIONABLES CON LA FORMA DE LOS CAUCES De los factores físicos presentes en la morfología de cauces y valles se extraen a continuación los de preponderante incidencia y que pueden servir para diagnosticar causas de desequilibrio, predecir efectos de singularidades artificiales o para tener en cuenta en el planteo de correcciones ya sea por vía analítica o por intermedio de modelos físicos o matemáticos.

1.9.1 - ACARREOS TOTALES La concentración de material del lecho en suspensión afecta relativamente poco la densidad y la viscosidad aparentes del flujo y por consiguiente la distribución de sus velocidades y características de turbulencia. Ello se traducirá en leves alteraciones de los parámetros de Chezy o de Manning y solo entraran en consideración frente a excepcionales valores de la concentración. Se acepta que los acarreos mas pesados, de fondo o momentáneamente en suspensión por breves intervalos, son los de decisiva influencia en la forma y resistencia hidráulica de las secciones transversales.

1.9.2 - MATERIAL EN SUSPENSIÓN Su presencia influye sobre la viscosidad, al igual que la temperatura pero, en ciertas condiciones, se acepta que puede ser ignorada en los problemas prácticos.

1.9.3 - INFLUENCIAS DE LAS FORMAS DE LOS CAUCES Las discontinuidades que alteran la suposición teórica de la existencia de canales uniformes, no se tienen en cuenta en los esquemas analíticos que evalúan las perdidas de energía ya que resulta difícil incorporarlos tal como se presentan en la realidad. Se prefiere interpretarlos a través de la definición del coeficiente de rugosidad. En cada caso se adecua el valor de los parámetros que consideran la rugosidad.

1.9.4 - RUGOSIDAD Y RIZADURAS La resistencia al escurrimiento depende de la rugosidad granular de los perímetros mojados y de las características de forma adoptados en cada circunstancia por los mismos, que no solo pueden variar longitudinalmente sino transversalmente al flujo líquido y para sus diversos estados. Las fórmulas conocidas para determinar la velocidad media o el gasto a través de una sección transversal de cauce se adecuan a condiciones de permanencia y uniformidad, relacionando la pendiente de la línea de energía y las características geométricas de la sección con el parámetro que interpreta la rugosidad. La influencia muy notoria de las rizaduras puede incluirse introduciendo magnitudes adecuadas del parámetro, teniendo en cuenta


19

valores experimentales del coeficiente µ de rizos. El valor de este coeficiente se define como la relación de los parámetros C de Chezy para fondo granular uniforme (C) y con los rizos desarrollados (C´) a la potencia 3/2, de modo que es siempre menor que la unidad, o sea

µ = (C / C´) 3/2 < 1 De este modo constituye uno de los términos incluidos en el parámetro adimensional µ h J / ∆ d conocido como integrante de las fórmulas clásicas de arrastres granulares.

1.9.5 - CIRCULACIÓN SECUNDARIA Las componentes de los escurrimientos contenidas en secciones transversales fueron constatadas primeramente por Max Moller y F.P. Sterns en 1882 en forma independiente y simultánea. La circulación constatada entonces en un canal rectangular esta esquematizada en la Figura 1-3. Figura 1-3 Corrientes secundarias según Moller y Sterns

Figura 1-4 Corrientes secundarias por efecto térmico en un canal ancho

Las circulaciones secundarias afectando celdas de la sección transversal (Fig. 1-4) se observan estableciendo diferencias de temperatura entre la superficie líquida y el fondo. Observando la distribución en franjas de los sedimentos a lo largo de tramos rectos de canales anchos, Vanoni comprobó que análogas circulaciones se producían en el flujo, de modo que el número de celdas esta condicionado a la relación (ancho de solera)/(altura del tirante). Distribuyendo aserrín sobre la superficie del agua, los investigadores Simons y Lane han observado la formación de bandas longitudinales indicadoras de la existencia y numero de estas celdas transversales. En resumen se ha constatado que este efecto


20

normalmente se produce en los cauces rectos, independientemente del tipo de sedimentos o temperaturas, que la distribución de las velocidades longitudinales, material en suspensión, magnitud y distribución de corrientes secundarias son ínter influenciadas, que la modificación artificial de estas ultimas puede alterar la distribución de los sedimentos y la forma del lecho. Las causas de la presencia y disposición de las corrientes secundarias y sus estrictas vinculaciones con los factores que intervienen en los acarreos no son aun suficientemente conocidas siendo aun motivo de investigación para lograr su esclarecimiento. En tramos curvos la corriente secundaria generada por las diferentes fuerzas centrifugas que a distintas profundidades corresponden en cada vertical a la distribución de velocidades, resulta dominante y explica razonablemente las características constatadas. Las valoraciones cuantitativas basadas en la distribución teórica de Von Karman reflejan los aspectos cualitativos pero también serán necesarios estudios complementarios para que el cálculo cuantitativo responda con suficiente exactitud. La Figura 1-5 muestra la diagramación de velocidades transversales en una sección de tramo de planta curva y el orden de las discrepancias de los cálculos respecto de las mediciones.

Figura 1-5

En tramos rectos, poco se conoce de la incidencia de los efectos secundarios sobre el lecho y los parámetros geométricos, aparte del hecho de que los fondos de arena ordenan sus granulometrías en forma proporcional a los respectivos tirantes a lo ancho de la sección transversal, y de la presencia de bandas paralelas al escurrimiento. En tramos curvos los efectos secundarios son más netos y evidentes, desarrollando erosión con taludes mas empinados sobre la margen cóncava con tendencia a sección triangular y sedimentación sobre la convexa en talud más suave.


21

1.10 - ALBARDONES Y DEPRESIONES En crecidas que superan el nivel de las márgenes, las aguas invaden lateralmente el valle. Los escurrimientos fuera del cauce principal son mas lentos y sedimentan a lo largo de su curso, comenzando por los de mayor tamaño de grano, los que se localizan en las proximidades de los bordes del cauce principal. La repetición del proceso, a veces acompañado de consolidación y fijación por intervención de invasión vegetal, llega a formar verdaderos cordones longitudinales que constituyen los albardones. Aparentemente su altura debería ser similar a la de las máximas crecidas, pero en realidad solo alcanzan alturas bastante menores, aproximadamente del orden de las crecidas medias anuales. A ello contribuyen diversas circunstancias tales como la ruptura por brechas, que crecidas de menor frecuencia forman en los albardones demasiado desarrollados. El proceso es continuo y en los tramos en que estos cordones han sido destruidos por la invasión local al valle adyacente, las crecidas mas frecuentes se encargan de reconstituir los cordones y así sucesivamente. Las aguas derivadas hacia las áreas laterales del valle, que a raíz del mismo proceso quedan relativamente deprimidas, circulan lentamente siguiendo el gradiente superficial, adoptando trayectorias cuasi- paralelas al cauce principal donde, en forma más lenta y explayada, abandonan las componentes mas finas del material en suspensión. A menudo los afluentes, que necesariamente deben transitar esas áreas, se encauzan por largos trechos en esas mismas direcciones en razón del impedimento que provocan estos albardones para que se produzca la confluencia. A su vez, el albardonamiento en afluentes crea trabas al escurrimiento natural de las zonas deprimidas del valle, produciendo estancamientos característicos en las áreas deprimidas. En ellas se depositan limos, arcillas y la materia orgánica de ciclos vegetativos se acumula generándose características de gran fertilidad en estas áreas, que convenientemente drenadas y protegidas con obras adecuadas producen elevados rendimientos.

��


22

1.11 - MEANDROS ALUVIALES Cuando el cauce principal acusa tendencia al desplazamiento hacia un lado u otro del valle formando bucles unidos por trechos rectos se dice que conforma meandros. Existen fundamentalmente dos acepciones a ese tipo de conformaciones, ya sea que se interprete como conformación geométrica, lo cual responde a un criterio estático, o que se refiera al proceso de su formación y evolución lo cual implica un criterio dinámico. En las aplicaciones del término, puede indistintamente hacerse referencia a cualquiera de estas acepciones, o a ambas a la vez. No obstante, la mera tortuosidad o la presencia de alineaciones de distinta dirección en un curso de agua no implica necesariamente que se trate de meandros, debiendo entenderse, en la aplicación correcta del término, que aun refiriéndose a características parciales del proceso, éste involucra siempre el aspecto de sitacion continua y progresiva que lo caracteriza. En efecto, ello constituye una distinción con los cauces que presentan una disposición semejante impuesta por condiciones geológicas subyacentes pero que carecen de la propiedad migratoria de sus bucles movilizando sus taludes formados con los propios acarreos. La generalidad con que se presenta este proceso en los cursos aluviales maduros y envejecidos, en que se plantea la mayoría de los problemas fluviales, exige un análisis cualitativo suficientemente descriptivo. Las Figuras 1-6 representan una típica conformación de meandro. TRANSVERSAL

Figura 1-6 a Conformación típica de meandros

A

A

B

B SECCION A-A

SECCION B-B

1

2

3

4

5

PLANTA DEL MEANDRO

TALWEG ZONA DE

SEDIMENTACION


23

Puede observarse que en correspondencia con el desarrollo de tramos curvos tienden a generarse secciones del tipo (B) y en cambio del tipo (A) en los de empalmes rectos o de inflexión. La posición de las secciones indica las progresivas en que alcanzan su pleno desarrollo característico respecto de la forma definida geométricamente. En las curvas, las líneas de corriente mas veloces se concentran sobre la margen exterior (cóncava), la cual es erosionada, en cambio sobre la salida de la curva en margen interior (convexa) sedimenta el material en suspensión y el llegado por arrastre transversal de corrientes secundarias. El banco que se va formando estrecha el cauce provocando en su correspondencia las mayores profundidades. En sentido transversal, el talweg o línea de máximas profundidades a lo largo del cauce, se acerca a la margen cóncava de una curva cruzándose en la inflexión hacia la margen cóncava de la curva opuesta siguiente. En los estados de aguas bajas o medias los filetes líquidos siguen aproximadamente el talweg acercándose a las barrancas cóncavas mas que durante la crecida o permanencia de aguas altas. Se atribuye este fenómeno a que con aguas altas es mayor la pendiente hidráulica a lo largo de las curvas que en las partes rectas o de inflexión, produciéndose la inversa durante los estiajes. Las secciones de inflexión ocurren en los tramos de conexión casi rectos entre curvas opuestas consecutivas. Presentan altos fondos aplanados configurando secciones transversales trapeciales relativamente anchas. Su conformación regular típica puede ambiguamente localizarse en cualquier posición dentro del tramo. Sobre estas secciones se establecen los mínimos tirantes líquidos en aguas bajas, por lo menos durante el tiempo necesario para que la propia acción del escurrimiento con pendiente forzada logre restituir por arrastre de los bancos cauces más profundos. Durante este proceso es frecuente apelar al dragado de tramos de canal para mantener la navegabilidad.

PERFIL DE AGUAS ALTAS

2 3 4 5 1

COTAS (m)

LONGITUD (km)

Figura 1-6 b Perfil longitudinal del meandro

PERFIL DE AGUAS BAJAS

INFLEXION CURVA CURVA INFLEXION


24

En crecientes por el contrario, al aumentar el tirante se acrecienta fuertemente la sección útil de estos tramos anchos y los acarreos provenientes de la acción de las corrientes principales y secundarias de las curvas restituyen los altos fondos por sedimentación en un escurrimiento que ahora se produce con relativamente menor pendiente sobre los mismos. Con referencia a dinámica de los cauces aluviales con meandros cabe enunciar que la experiencia ratifica que los cursos naturales aborrecen los tramos rectos de canales. De esta forma, construido un canal recto, transcurrido un corto lapso de tiempo, no tardan en aparecer oscilaciones transversales de la corriente que a su vez derivan en erosiones y embancamientos localizados de modo que tienden a aumentar las causas que las originaron, manifestándose así la condición de inestabilidad del sistema. Insinuada una curvatura, su reflexión sobre la barranca opuesta provoca la progresión de la configuración oscilante hacia aguas abajo y por la alteración de la disposición de las líneas de corriente hidráulica, también se produce su propagación hacia aguas arriba. La progresión de las sinuosidades no se opera solo por la erosión en las concavidades sino por su acción mancomunada con la sedimentación sobre el extremo convexo, hacia aguas abajo. Esa posición señala también la orientación de la progresión de la curva, que de acuerdo a ciertas leyes basadas en la geometría de la traza del cauce principal, cumple la dinámica morfológica de los meandros. Todo esto supone la existencia localizada de erosiones y acarreos con acumulación y determinados balances longitudinales, que a su vez dependen de las pendientes superficiales en el tramo. El progreso en la evolución involucra, hasta cierto límite, aumento de longitud de cauce y por consiguiente disminución de las pendientes, tendiendo asintóticamente hacia un estado de equilibrio en el balance que si es acompañado por anulación de las erosiones significa una estabilidad que solo es alcanzada en cursos en estado muy maduro o de vejez. Generalmente el equilibrio del balance longitudinal no implica estabilidad y la continuación del proceso como se observa en la Figura 1-6 presenta limitaciones en el desarrollo longitudinal de cauce, en razón de la producción de cortas. En la evolución natural las cortas constituyen breves tramos de empalme entre arcos de curva que han logrado cierta proximidad y en ocasión en que el estado del escurrimiento alcanza niveles suficientes como para iniciar el encauzamiento por sobre los albardones. Generalmente el comienzo del episodio será una brecha que en virtud de la energía disponible rápidamente librará el tramo de cauce de empalme, el cual derivara la casi totalidad del caudal el que encuentra por esa vía directa menor resistencia. Se comprende que la conexión con el antiguo rulo sufrirá un acelerado atarquinamiento causado por las frecuentes invasiones que a ese nivel sufre el tramo anulado. La concreción de la corta involucra por una parte, alteraciones del cauce principal y de las pendientes hidráulicas que producen un rejuvenecimiento del curso en cuanto a su incidencia sobre los balances de acarreos en un cierto entorno con aumento local de la pendiente y, por otra parte, el aislamiento del rulo del cauce anulado, que permanece como laguna lateral con tendencia hacia la colmatación por sedimentación de finos, en las sucesivas invasiones. Los cierres que establecen el aislamiento de estos tramos que constituyen lagos laterales, se forman mas rápido en su limite aguas arriba que en el de


25

aguas abajo, debido a que el primero reciben mayor acarreo del desborde del cauce principal, cuyo flujo derivado vuelve a encontrarlo sobre el segundo con poco contenido de material sedimentable. Gradualmente, al crecer el primero, cierto orden de crecidas solo accede a los tramos laterales por el segundo, de aguas abajo, efectivizándose así en esa instancia el cierre correspondiente en un proceso natural de seguimiento en sus alturas. Es un hecho constatado asimismo y fácilmente distinguible en aerofotografías, que los tramos curvos son más estrechos que los relativamente muchos más anchos tramos rectos o de inflexión. De acuerdo a Krumber y Sloss, se estima que el espaciamiento medio entre arcos de meandros es del orden de las 15 a 20 veces el ancho medio del río.

� Meandro abandonado

� Corta natural

Figura 1-7

1.12 - CAUCES DIVERSIFICADOS (TRENZADOS) Esta conformación corresponde a los tramos de lecho que se ensanchan reduciendo el tirante de escurrimiento provocando la aparición de cauces menores que se entrelazan en su fondo. Los cauces trenzados poseen buena pendiente y los agregados del fondo van desde gravas gruesas hasta arenas gruesas. Aunque no sean las únicas causas que dan origen a esta conformación (ya que el tamaño del agregado transportado es de capital importancia) la pendiente y energía del tramo se presentan relativamente insuficientes respecto a otros tramos contiguos con tendencia al equilibrio. La gestación de estos tramos singulares proviene de la aparición de material sólido que no llega a ser transportado durante su transcurso, acumulándose en barras longitudinales que limitan canales a lo largo de los cuales el curso trata de lograr la tendencia a un equilibrio final.


26

Figura 1-8

1.13 - EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD La condición de equilibrio puede definirse como el resultado de pendiente y energía suficientes para que el material aportado al cauce sea transportado, o sea que todo el material sólido que llega a una sección, es evacuado por la energía de la corriente. Ello comprende la totalidad de un periodo hidrológico de modo que se cumpla en condiciones media o como promedio de sus distintos estados. La estabilidad, en cambio, se define en una porción de cauce en el cual no se produce ni erosión ni sedimentación durante cierto rango de funcionamiento (un año ó un ciclo hidrológico). Ambos estados son muy sensibles a las variaciones del balance que puedan originarse y naturalmente se producirán efectos que tiendan a compensar esas variaciones. Ejemplos de tales modificaciones son las cortas que se establecen naturalmente al desarrollarse meandros en cursos sinuosos, o artificialmente excavadas para determinados propósitos, y las alteraciones de pendientes superficiales como consecuencia de diques transversales. Las primeras proveen temporariamente mayor pendiente que se desarrolla en el tramo de corta con cierto alcance hacia aguas arriba. Ello promueve mayor acarreo del material disponible, propagándose la pendiente hacia aguas arriba y consecuentemente una suavización de la misma con sedimentación hacia aguas abajo procurando un nuevo perfil de equilibrio.

1.14 - ETAPAS DE ENVEJECIMIENTO Originariamente en la evolución geológica los valles mayores y sus cauces presentan dinámicas sedimentológicas fuertemente desequilibradas. La evolución normal, dadas las paulatinas transformaciones en la morfología que


27

es consecuencia del desgaste sedimentario y sus interinfluencias climato-hidrológicas, se constituye en una tendencia hacia el equilibrio. Surge así la calificación de juvenil para los tramos de cauces más activamente desequilibrados, siendo en cambio el equilibrio de los balances de transporte sólido durante lapsos suficientemente representativos, una manifestación de madurez. La estimación cualitativa del grado de avance alcanzado en la evolución en términos geológicos, permite en ciertos casos distinguir etapas de envejecimiento por las cuales tramos definidos de cauces presentan tendencias de equilibrio. Por el contrario, sobre todo cuando intervienen factores tectónicos, alteraciones biológicas o de régimen hídrico medio, naturales o artificiales como consecuencia de obras y hechos morfológicos accidentales (valles albardonados y cortas), surge una activación de la dinámica sedimentaria con aparición de distintas metas de equilibrio y que originan agudización de tendencias. En tales casos se estaría en presencia de rejuvenecimiento en los tramos de cauce afectados por las mencionadas desestabilizaciones tendenciales. En la evolución, se distinguen también estados correspondientes a perfiles de cauces y valles que no poseen un desarrollo completo de sus perfiles longitudinales. Su madurez se manifiesta en esos casos, con evoluciones sumamente lentas y producto de cuencas desarrolladas casi o totalmente en llanura. Aparecen como ultima instancia geológica en que la tectónica originaria y la fuente de sedimento primario se ha extinguido, surgiendo en tales casos configuraciones con valles mayores excesivamente dilatados, cauces menores desproporcionalmente reducidos y déficit de drenaje característico de las llanuras muy dilatadas o extensas. De todos modos, cabría indicar, en tales casos, que los rejuvenecimientos constituyen hechos circunstanciales que provocan dinámicas activas de tendencia hacia el estado normal precedente a la causa, siendo en esas circunstancias mucho más rápido el lapso que transcurre para alcanzar la normalidad del estado no perturbado. Un esquema de sección típica de valle aluvial completo abarcando valle mayor sedimentario actual, paleo formación geológica de base antigua, valle menor de actividad meandrosa o diversificada y cauce principal actual se representa en la Figura 1-9. Fig. 1-9 Sección transversal esquemática de un valle con las señales de los niveles

referidos a frecuencia relativa del régimen hidromórfico

NIVEL R= 100 AñOS

NIVEL R = 10 AñOS

TERRAZA ALTA

TERR BAJA BAJABAJAB

BARRA


28

1.15 - HIDROMORFISMO Y EOLOMORFISMO Como resumen de lo expresado surge que la acción hidromórfica es la constitutiva del valle aluvial en que se desarrollan los cauces que contribuyen a la dinámica de los sedimentos, intercambiando su acción con los mismos. El perfil longitudinal general de un río es cóncavo, disminuyendo su pendiente hacia aguas abajo. En la dinámica de los valles, y sobre todo en eras geológicas anteriores a las coberturas vegetales, la acción eólica de acarreo de sedimentos por acción de los vientos se reconoce al identificar capas diferenciables de suelos, a veces provenientes de fuentes de otras cuencas y grandes distancias, adjudicables a eolomorfismo. Ello genera fuentes propias secundarias en los valles, que en oportunidad de derrames superficiales contribuyen con las fracciones mas finas del transporte sólido de los cursos de agua. Su interacción con fuentes tectónicas singulares como es el vulcanismo, integra aportes que esporadicamente también conforman depósitos sedimentarios de cenizas en los valles a través de eolomorfismo, circunstancialmente activados como fuentes secundarias de sedimento mediante acción hidromórfica superficial. En las fotografías siguientes se puede observar un estrato de cenizas volcánicas en el perfil del suelo en Eduardo Castex, Provincia de La Pampa.


29


30

1.16 - CUENCAS SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS La localización del agua en el suelo dentro de las sucesivas etapas del ciclo hidrológico, involucra distintas dinámicas de almacenamiento y transporte liquido que reconocen en primer lugar la distinción entre aguas subterráneas y los derrames superficiales. La sucesión estratigráfica de suelos con mayor o menor porosidad y granulometría variable, permite distinguirlos entre relativamente permeables o impermeables respectivamente. En general una primera napa liquida es retenida por el primer horizonte arcilloso que se constituye en piso de esta capa retenida sin techo de confinamiento, denominada por ello libre o freática. Aunque la comunicación con napas confinadas inferiores se dificulta a través de los horizontes acuitardos que confinan a los de mayor permeabilidad, a través de las extensas áreas de contacto se establecen flujos verticales que a su vez alimentan y se interinfluencian con las dinámicas cuasi-horizontales en medios permeables. Si bien en general el espectro de acuíferos subterráneos presenta disposición y niveles de presión liquida asimilables a los contornos topográficos, su dinámica se rige por los gradientes internos de presiones, los cuales se generan a partir de divisorias interinfluenciadas frecuentemente por alteraciones tectónicas, fallas, paleocauces (antiguos cauces abandonados por la evolución hidromórfica), etc. Las napas freáticas, al saturarse totalmente, desbordan el nivel del suelo produciéndose entonces los excedentes superficiales que derraman siguiendo los gradientes topográficos. Tales derrames reconocen las divisorias de aguas y líneas de corriente, o vaguadas y cauces naturales que constituyen la cuenca superficial, las que podrán ser o no coincidentes con las cuencas subterráneas. En particular, el aporte freático generalmente concurre a los cauces alimentando la permanencia de su régimen durante los estados de aguas bajas, o sea los estiajes.

Date post:	24-Jan-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	0 times
Download:	0 times

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD...

Documents