MORFOLOGÍADE Ríos

Capítulo 11 del Manual de Ingeniería de Ríos *

JESÚS GRACIA SÁNCHEZ ** JOSÉ ANTONIO MAZA ÁLVAREZ ***

* Versión actualizada del capítulo 11 del Manual de Ingeniería de Ríos que el Instituto de Ingeniería elaboró para la Comisión Nacional del Agua

* Investigador, Instituto de Ingeniería, UNAM

*** Profesor, División de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería, UNAM

RESUMEN

11. MORFOLOGÍA DE Rios 1

11.1 Casificación de los ríos 111.2 Característicasfísicas 9

11.3 Meandros 20

11.4 Curvas 27

11.5 Transiciones 31

11.6 Abanicos aluviales 31

11.7 Deltas 33

11.8 Ejemplo numérico 34

11.9 Referencias 37

FOTOGRAFÍAS 39ABSTRACT

The basic ideas are presented to understand the behaviour of the rivers. This includes their

classification, physical characteristics, meanders formation, development of bends,

transitions, alluvial fans and delta formations.. Numerical examples are included.

iii

RESUMEN

Se presentan los conceptos básicos para comprender el comportamiento de los ríos. Esto

incluye su clasificación, características físicas, formación de meandros, desarrollo de

curvas, transiciones, abanicos fluviales y-deltas. Se incluyen ejemplos numéricos.

iv11. MORFOLOGÍADE RÍOS

La morfología de ríos estudia la estructura y forma de los ríos, incluyendo la configuración

del cauce en planta, la geometría de las secciones transversales, la forma del fondo y las

características del perfil. En esencia, las teorías y planteamientos analíticos para ríos se han

desarrollado para casos idealizados. Los datos empleados, ya sean de campo o de

laboratorio, corresponden a canales rectos con secciones transversales casi invariantes, en

los cuales se supone que el gasto es casi constante y se mantiene por grandes períodos.

Efectivamente, los ríos reales muestran muchas de las características idealizadas en los

canales estables; sin embargo existen varias diferencias entre ambos, que es necesario

conocer para aplicación satisfactoria de dichas teorías. Por ello, en este capítulo se presenta

un estudio general de aquellos aspectos que están relacionados con la forma y características

de un río a lo largo de su recorrido.

11.1 Clasificación de los ríos

Para facilitar el estudio de la morfología de ríos, se ha clasificado a los mismos desde

diferentes puntos de vista. Esto permite ubicar fácilmente cualquier cauce para determinar

sus principales características. Sin embargo, conviene tener siempre en cuenta que en la

naturaleza se puede presentar cualquier condición intermedia entre las definidas en una

clasificación.

1

2

11.I.1 Según su edad

Geológicamente, los ríos son clasificados como jóvenes, maduros y viejos. Los ríos

jóvenes se encuentran en los cauces de montaña; tienen pendientes altas y sección

transversal tipo "V". Son muy irregulares y están generalmente en proceso de degradación,

véanse las fotos

11.1 a 11.4. Los ríos maduros se presentan en valles amplios y tienen pendientes

relativamente bajas; la erosión de las márgenes ha reemplazado a la erosión del fondo. Los

ríos maduros son estables, y la sección transversal en cada tramo es capaz de transportar la

carga de sedimento en todo su recorrido, véanse las fotos 11.5 y 11.6. Los ríos viejos se

encuentran en valles amplios y planicies cuyo ancho es 15 a 20 veces mayor que el ancho de

los meandros, y las pendientes son muy bajas. En estos ríos se forman depósitos naturales de

sedimentos, a lo largo de las márgenes, fotos 11.7 a I I .9. Frecuentemente se forman

amplias

planicies y pantanos en las zonas vecinas a las márgenes del río. Los ríos viejos no tienen rápidas o caídas, pero cerca de ellos pueden haber lagos con forma de cuerno o herradura, que son restos de meandros abandonados y que se cortaron en forma natural.

11.1.2 Por condición de estabilidad

En los ríos se distinguen tres condiciones de estabilidad: estática, dinámica y morfológica.

a. Estática. Un cauce tiene estabilidad estática, cuando la corriente es capaz de arrastrar

sedimentos, pero no puede mover y arrastrar las partículas o los elementos de las orillas.

Como ejemplo se tienen los tramos de ríos en que las márgenes son rocosas o tienen muy

alta cohesión, foto 11.10.

3

b. Dinámica. Un cauce tiene estabilidad dinámica cuando las variaciones de la corriente, los

materiales de la plantilla y de las orillas, y los sedimentos transportados han formado una

pendiente y una sección que no cambian apreciablemente año con año. En esta condición,

el río sufre desplazamientos laterales continuos en las curvas, con erosiones en las

márgenes exteriores y depósito de sedimento en las interiores. Todos los gastos, antes de

producirse un desbordamiento, escurren por un único cauce que no tiene islas o

bifurcaciones. Como ejemplo se tienen los ríos de planicie formados por un único cauce;

fotos 1 1.2, 11.7 y 1 1.8.

c. Inestabilidad dinámica. El río escurre por un solo cauce, como se indicó para la

estabilidad dinámica, pero se presenta cuando el desplazamiento lateral de los meandros

es muy intensa y por lo tanto, el corte natural de ellos ocurre muy frecuentemente. Por

una parte, el río trata de alcanzar su pendiente de equilibrio al desarrollar sus meandros y

por otra estos se estrangulan rápidamente y se cortan. Debido a lo señalado el tramo de

río no alcanza a estabilimr su pendiente.

d. Morfológica. Este grado de estabilidad es el concepto más amplio; es decir, en cualquier

cauce natural, la pendiente de un tramo cualquiera, el ancho y el tirante de su sección

transversal, así como el número de brazos en que se divida el cauce, dependen del gasto

líquido que escurre anualmente y de su distribución, de las características fisicas de los

materiales que forman el fondo y orillas, y de la calidad y cantidad del sedimento, que es

transportado; éste llega al tramo, tanto procedente de aguas arriba como de aportaciones

laterales. En otras palabras, cualquier corriente natural no alterada por factores humanos

tiene estabilidad morfológica, por ello un cauce que en forma natural tiene estabilidad

estática o dinámica, también la tiene morfológica, véanse las fotos 11.1 a 11.3 y 11.5 a I I

.8. Como complemento a lo expuesto véase el apartado 12.7 del capítulo Estabilidad de

cauces de este mismo manual.

11.1.3 Por tramos

4

Una clasificación por tramos a lo largo del recorrido de un río fue propuesta por Lojtin y es

la siguiente:

TIPO DE CAUCE D/SO Fr

Alta montaña > 10

Montaña 0.7 a l

Faldas de montaña 0.045 a 0.7

Intermedio

Planicie (cauce arenoso)

0.2 a 0.45

a) Río caudaloso >2 0.14 a

b) Río poco caudaloso >l 0.44 a 0.55

Nota: D diámetro medio de las partículas del fondo en m. So pendiente hidráulica, en m/m y

Fr número de Froude expresado como

(11.1)

donde U y d son la velocidad media y el tirante, de la corriente, asociados al gasto formativo.

11.I.4 Según los grados de libertad

a. Un grado de libertad.

Cuando al variar el gasto en un cauce o canal sólo varía el tirante,-se dice que existe un

grado de libertad. Esto ocurre si el fondo, las paredes y la pendiente no cambian al variar el

gasto; por ejemplo, un canal revestido. Cuando se tiene un grado de libertad no existe

transporte de sedimentos.

b. Dos grados de libertad.

5

Cuando sólo pueden variar el tirante y la pendiente, se dice que el cauce tiene dos grados

de libertad. Esto puede ocurrir cuando las márgenes son muy resistentes pero el fondo no,

véase foto I l . IO.

c. Tres grados de libertad.

Si además del tirante y la pendiente, también pueden alterarse las márgenes y ajustarse al

ancho, se dice que el cauce tiene tres grados de libertad, véanse fotos 11.7 y 1 1.8.

Esto se trata con más detalle en el apartado 12.2.2 del cap. 12, Estabilidad de cauces de este

mismo manual.

11.I.5 Por el material de las márgenes y el fondo

a. Cohesivo. Son los cauces alojados en materiales predominantemente arcillosos.

b. No cohesivos. Ocurre en los cauces alojados en material que no desarrolla cohesión,

sino que está formado por partículas sueltas. Se clasifican a su vez, según el

predominio del material grueso, en boleo y cantos rodados si Dm > 64 mm, o en grava

y arena si 64 > Dm > 2 mm y en arenoso si 2 > Dm > 0.062 mm. Siendo Dm el

diámetro medio de las partículas.

c. Acorazados. Son aquellos cauces donde debido a lo extendido de la granulometría (Og

> 3), puede ocurrir el arrastre de las partículas más finas, lo que permite la formación

de una capa protectora o coraza de material grueso en sus superficie, la cual mantiene

debajo de ella a toda la granulometría original incluyendo los granos más finos, véanse

fotos 11.11 y

6

d. Bien graduados o con granulometría extendida. Son aquellos en que la desviación

estándar de los diámetros es mayor que 3 (og > 3). Entran en esta clasificación los

sedimentos del fondo compuestos por una gran variedad de tamaños.

e. Mal graduados o de granulometría uniforme. Ello ocurre si < 3. Cuando los tamaños de

las partículas siguen una distribución log-normal o logarítmica, la desviación estándar

geométrica, vale:

1D84 D84 2

(1 1.2) D16D16

Siendo Di el diámetro de la muestra en que el porcentaje i en peso, es menor que ese tamaño.

11.I.6 Por geometría

a. Rectos. Normalmente esto ocurre en pequeños tramos y son transitorios, ya que con

cualquier irregularidad en la forma del cauce o en su alineamiento, o con la formación

de bancos, o bien alguna obstrucción temporal, se originan disturbios locales que

producen flujos transversales que inician la formación de curvas y meandros. Un

criterio para definir

cauces rectos indica que la sinuosidad no debe ser mayor de 1.2 (ref. 9). La definición de sinuosidad se muestra en la ec l l .27, véanse las fotos 11.2 y 11.13. Los tramos rectos o casi rectos se presentan también cuando el río escurre a lo largo de una falla geológica.

b. Sinuosos. La sinuosidad es mayor de 1.2 pero menor de 1.5, véase foto 11.2.

7

c. Con meandros. Son aquellos en que la sinuosidad es mayor -que 1.5. Los cauces presentan curvas alternadas unidas por tramos rectos y cortos, véase la fig I l . I .b o foto 11.8.

Normalmente la pendiente es baja. Estos cauces pueden presentar erosión en las márgenes

exteriores de las curvas, principalmente en los tramos de aguas abajo. Existen profundas

depresiones del fondo en las curvas y altas velocidades en la cercanía de las márgenes

cóncavas. Los tirantes en las transiciones son menos profundos si se comparan con los que

ocurren en las curvas.

Los cauces con meandros pueden a su vez clasificarse como: a) con curvas "superficiales" y

b) con curvas en "trinchera". Los primeros cambian su curso en el transcurso del tiempo, y

los segundos permanecen fijos ya que generalmente son cavados en materiales resistentes.

Los meandros según su movimiento hacia aguas abajo, y si los cortes ocurren en una misma

zona, pueden clasificarse en estables o muy inestables.

d. Trenzados. A este tipo pertenecen aquellos que no presentan un solo cauce, sino por

el. contrario, continuamente a lo largo de su recorrido, se dividen en varios cauces que se

entrelazan y se vuelven a separar. Estos cauces son amplios y las márgenes no están bien

definidas. Con gastos bajos, existen dos o más cauces principales entrelazados y se forman

cauces secundarios, véase la fig 11.1.c. En las crecientes, el agua cubre todos los cauces y

grandes cantidades de sedimento se depositan rellenando los cauces antiguos. Por ello, en la

siguiente época de estiaje se forman nuevos cauces entrelazados. Generalmente estos cauces

tienen pendientes altas, el material es grueso y llegan a ellos grandes cantidades de

sedimentos. La principal característica de los ríos trenzados es que están sujetos a un proceso

de sedimentación.

e. Con Islas. Son los cauces que presentan islas en su interior, las cuales pueden

desplazarse hacia aguas abajo. Cuando una isla permanece uno o más años en •su mismo sitio

es cubierta por vegetación, véanse fotos 11.6, 11.7 y 11.14.

8

f. En estuario. Estos se presentan en las desembocaduras a los océanos y están altamente

influenciados por las mareas y contener estratos o mezcla de agua salada.

g. En pantano. Los cauces de estos ríos, normalmente son muy amplios por no existir

pendiente o ser muy pequeña, además presentan zonas muertas y saturadas por altos niveles

freáticos. Los tirantes son reducidos y se crea un ambiente favorable para el crecimiento de la

vegetación.

9

a) Recto

b) Con meandros

c) Trenzado

Fig• 1 1 . 1 Configuración de ríos

h. Deltas. Pertenecen a este tipo de ríos, aquellos que arrastran grandes cantidades de

sedimento y que desembocan en el mar con mareas reducidas. El material depositado

BarrasBarrasBarras

forma inicialmente flechas paralelas al flujo que delimitan las márgenes del cauce dentro del

mar. Posteriormente el material que se sigue depositando y la acción del oleaje incrementan

el ancho de las flechas. Por otra parte, al ocurrir grandes avenidas o tormentas, las flechas se

rompen en algún sitio por donde encuentra salida parte del flujo y el proceso descrito se

repite en ese nuevo cauce. Este proceso produce un abanico de sedimentación cuya forma se

asemeja a la letra griega D, de donde viene su nombre. Los deltas presentan siempre varios

brazos.

11.1.7 Por condición de transporte

En términos generales se considera que los tramos de los ríos pueden estar sujetos a un

proceso de erosión o sedimentación o en equilibrio. Una clasificación importante de los

ríos relacionada con estos aspectos, es la propuesta por Schumm (1963), la cual está basada

en la carga de sedimento, pues considera que dicho factor afecta significativamente la

estabilidad del cauce, su forma y su sinuosidad. Establece tres tipos principales de cauces:

estable, erosionable y depositante, y propone subclases dependiendo del modo de

transporte del sedimento, ya sea en la capa del fondo, mixto y en suspensión. En la tabla

11.1, se reproduce dicha clasificación.

11.2 Característicasfísicas

La morfología de los cauces cambia con el tiempo y es afectada principalmente por el

gasto Q, material transportado del fondo QBT, diámetro representativo del material del

fondo D, pendiente del lecho S, relación entre el ancho de la superficie libre B y el tirante

d de la sección transversal F = B/d, y la configuración de curvas, ya sea sinuosidad o

meandreo en planta P. Se puede considerar que F y P son variables dependientes, en tanto

que Q y d son independientes. Sin embargo, existe incertidumbre en el caso de QBT y S.

Si se trata de la parte inicial de un río, la pendiente es determinada por factores geológicos,

11

por lo cual es una variable independiente, y por consiguiente, Q, S y d determinan la

magnitud del transporte de sedimentos QBT, siendo esta última una variable

dependiente. Sin embargo, si se frata de la parte final del río, Q, QBT y D son

independientes y por lo tanto, S dependerá de F y P. Cada tramo de un río tiene diferentes

alineamientos, formas de sección transversal de cauce, materiales en el fondo y en las

márgenes, pendiente y características del valle a lo largo del cual escurre. Existen factores

que afectan directa o indirectamente a la configuración de un río, ref. 6, las más

importantes son el gasto, pendiente longitudinal, transporte de sedimentos, resistencia de

las márgenes y del fondo al movimiento del agua, vegetación, temperatura, geología y

actividades humanas. Es necesario hacer notar que muchas veces, en los factores

anteriores, son más importantes sus interrelaciones, que la influencia de cada uno por

separado. Así por ejemplo, la pendiente longitudinal, la carga de sedimento y la resistencia

de las márgenes y del fondo al movimiento, son interdependientes, pues están

estrechamente ligadas entre sí.

11.2. la Velocidades

El punto de máxima velocidad en la sección transversal de un río es normalmente de un 25

a un 30% más grande que la velocidad promedio. En cauces arenosos de planicie, la

velocidad media máxima corresponde a la velocidad promedio durante una avenida y varía

de 2 a 3 La -velocidad media mínima corresponde a la velocidad promedio del gasto

base y varía de cero a 0.6-1 m/s.

11.2.2 Pendientes

Las pendientes varían principalmente con el gasto y las características fisiográficas.

Disminuye a lo largo del recorrido del río y como esto se asocia con el aumento del gasto,

la pendiente disminuirá al aumentar el caudal del río. Para el caso particular de los ríos de

Alberta, Bray en 1973, propuso la siguiente ecuación para calcular la pendiente

S = 0.003634 Q032m(11.3)

3

siendo Qm el gasto medio anual, en m/s y M el porcentaje de sedimento transportado

menor de 0.074 mm, tomado de la curva granulométrica correspondiente. Conviene tener

en mente que 0.074 mm es la apertura de la malla 200. El sedimento transportado menor

que 0.074 m se denomina transporte de lavado.

Como puede observarse, al aumentar Qm disminuye S. Esto también ocurre al disminuir el

tamaño del material sólido.

Tabla 11.1 Clasificación de cauces según Schumm

Estabilidad del cauce

Forma del transporte de sedimento

MO/0 Estable Con depósito Con erosión

En suspensión del 85 al100%

100 p > 2.1 S baja

El principal depósito ocurre en las márgenes que origina el estrechamiento del cauce. El depósito en el fondo es menor.

Predomina la erosión del fondo. Poca ampliación de márgenes.

En suspensión del 65 al

85% y en

el fondo del

30

S moderada

Es importante el depósito en las márgenes pero también el del fondo.

Es importante la erosión del fondo y la ampliación de las márgenes.

13

De fondo del 35 al 70%

F > 251 1.5S alta

Depósito en el fondo y formación de islas.

La erosión del fondo es baja, pero la ampliación del cauce es muy importante.

donde: F = B/d; B ancho de la superficie libre, d tirante de la corrienteP = Sinuosidad, ver ec 12.27S = Pendiente longitudinal del fondo

Ejemplo l: Se tiene una cuenca donde se estima que el coeficiente de escurrimiento3

aumentará en los próximos años. Actualmente el gasto medio anual es de 100 m/s y M —3

5.13, pero se calcula que el nuevo gasto aumentará a 150 m/s. Si se supone que M no

cambiará, ¿cuál será la nueva pendiente a la que tenderá ajustarse el río?

14

Empleando la ec 11.3 se tiene s = 0.003634 (5.13) 038 (150 f" =0.00039 m/m

Al tratar sobre los cambios que se producen en los cauces naturales conviene tener en

mente que ocurren en diferentes lapsos. Así un cambio en el gasto produce un cambio

inmediato en el tirante. Si la variación del gasto fuera permanente, por ejemplo por la

construcción de

una presa el tirante cambia en segundos. No ocurre lo mismo con el ancho, él se ajustará

después de algunos años y para que se ajuste la nueva pendiente se requerirá un tiempo

mayor. Si las márgenes de los ríos están formadas con material poco resistente y hay mucho

transporte de sedimentos, el ajuste del ancho y pendiente puede ocurrir casi

simultáneamente

si el tramo tiene una longitud reducida.

11.2.3 Sección transversal

En corrientes no perennes, la sección transversal típica es amplia, superficial y de forma

rectangular con relación ancho-tirante de 50 0 más. Los fondos con grava, generalmente se

presentan en ríos de montaña, en faldas de montaña e intermedios. Generalmente el fondo

está formado por material muy bien graduado que se encuentra bajo el lecho acorazado con

material grueso. Los ríos con fondo de grava, tienden a ser de tipo rectangular, con grandes

relaciones ancho-tirante. Bray en 1982, indicó que la relación ancho-gasto, para este tipo de

cauces, está mejor definido que la relación pendiente-gasto y propone las siguientes

ecuaciones

B = 4.75 (1 1.4)

d = 0.266 Q0.333 (11.5)

15

Siendo B el ancho promedio de la sección, en m, Q el gasto, en m3/s para una avenida con

período de retorno de dos años y d el tirante promedio del agua, en m.

Ejemplo 2. En un río con fondo de grava, cuyo gasto promedio para una avenida con

período de retorno de dos años es de 150 m3/s, calcular el ancho y el tirante promedio de

la sección transversal.

4.75 (150 )0.527 — 66.6

m d = 0.266 (150)0.333 —

1.4 m

F = B/ d = 47.6

Para entender mejor el significado del gasto Q definido en este ejemplo véase el inciso

11.2.6 y el cap. 12 "Estabilidad de cauces" de este mismo manual.

Otro criterio general que además toma en cuenta la presencia de material sólido es el

siguiente

B - 43.7 M-0.39 no. 38d = 0.514 Q0m29

siendo Qm el gasto medio anual, en m3/s, B el ancho de la superficie libre, en m, d el

tirante, en m, ambos en condiciones de sección transversal llena y M el porcentaje de

sedimento transportado menor de 0.074 mm.

Ejemplo 3. Calcular la relación ancho tirante para un río que transporta un gasto medio

anual de 20 m3/s, sabiendo que el material fino (D < 0.074 mm) es menor de 10%

16

B = 43.7(20/ 38 (10) 039 — 55.6m

d = 0.514 (10)0.342 (20/29 - 2.7m

F = B/ d = 2006

Otras relaciones entre el ancho y el tirante en ftnción del gasto, se muestran a lo largo del

capítulo 12, Estabilidad de cauces de este mismo manual.

11.2.4 Márgenes

Los materiales de las márgenes cambian con la longitud recorrida por el río. En el inicio

generalmente están constituidos por roca o grandes cantos rodados. Al continuar hacia

aguas abajo, el material de las márgenes cambia a gravas, arenas, limos

y arcillas. Conviene hacer notar que las márgenes no siempre están compuestas por

material uniforme en todo el estrato, sino que pueden estar estratificadas en capas. Las

márgenes generalmente se clasifican en cohesivas, no-cohesivas y estratificadas. Estas

últimas están compuestas de capas de materiales con diferente tamaño, permeabilidad y

características cohesivas. Si el material que predomina es la arcilla se denominan

cohesivas.

Las márgenes formadas con materiales cohesivos son más resistentes a la erosión que las

nocohesivas o estratificadas y tienden a formar cauces esfrechos mientras que las no-

cohesivas están asociadas comúnmente a cauces anchos, véase foto I I. 15.

Las márgenes de una corriente cambian continuamente en forma y dimensión, debido a

la variación de la velocidad, tirante, pendiente, densidad, viscosidad de la mezcla

17

aguasedimento, concentración del material del fondo y en suspensión, características del

material del fondo y geometría del cauce.

Estimaciones recientes de la erosión de márgenes en ríos de E.U. indican que 575,000

millas de márgenes están en continua erosión. Los costos para protegerlas por métodos

convencionales normalmente exceden a los beneficios, por lo que son obras no rentables

desde el punto de vista económico. Sin embargo, dichas estimaciones también indican

que en corrientes pequeñas, con adecuados métodos de control, se pueden obtener

soluciones con bajo costo. Véase el cap. 14, Estabilización y rectificación de ríos de este

mismo manual. La erosión de las márgenes es causada principalmente por la

combinación de los siguientes factores, ref. 6.

l. Remoción de las partículas de la superficie de las márgenes, y sobre todo al pie del

talud, ya sea en forma continua o intermitente.

2. Fallas secuenciales de pequeños o grandes tramos del material en las márgenes.

La causa más común de la falla de una margen es el ataque de la corriente a su base. Al

ocurrir esto, el material erosionado es transportado hacia aguas abajo y la margen se

vuelve inestable hasta que falla. Esto puede ocurrir a través de una serie de fallas pequeñas

o como una falla en masa de un gran tramo. En ambos casos, la falla puede ocurrir como

un desplome o como deslizamiento. La primera ocurre cuando en una margen cohesiva

saturada, sin drenaje libre, desciende rápidamente el tirante del agua. El deslizamiento se

presenta cuando el peso del material de la margen húmeda, excede la resistencia al cortante

de las partículas sólidas y falla el talud, o cuando al subir el nivel del agua, en cauces

arenosos, pasa de la condición de suelo saturado a sumergido.

11.2.5 Transporte de material sólido

18

El tamaño del material transportado por el fondo decrece hacia aguas abajo. Ello se debe

principalmente al decaimiento de la capacidad de transporte del fondo ocasionada por

los cambios de pendiente y sección y por la abrasión. Por tanto, en el inicio del río es

común que existan boleos y cantos rodados y conforme avanza en su recorrido

predominarán gravas, luego las arenas-y finalmente el limo y las arcillas. Los dos

últimos materiales sólo se encuentran en los ríos viejos, en su zona de planicie. El

cambio del tamaño del material y la reducción de la pendiente, hacen que conforme

avanza el río, cambie también el modo de transporte de sedimento. Por tanto, en el inicio

de su recorrido, el transporte en la capa del fondo es el más importante, en tanto que en

sus tramos finales lo es el del material del fondo en suspensión y el transporte de lavado.

Véase el cap. 10, Transporte de sedimentos de este mismo manual.

Se ha determinado que la forma de las secciones transversales está bien correlacionada

con la cantidad de limo y arcilla en el cauce. Así, la ecuación propuesta por Schumm en

1960, indica que

F = B/d = 255 M 108 (11.8)

11.2.6 Gasto formativo

Una gran cantidad de ecuaciones de estabilidad de cauces han sido planteadas para canales

donde el gasto puede considerarse constante. En las corrientes naturales la variación del

gasto tanto sólido como líquido, puede ser muy amplia. En muchas corrientes la relación

entre el gasto máximo y el mínimo puede ser de 1000 0 más. Por esta razón, Inglis

introdujo el concepto del gasto formativo, que puede definirse como el gasto hipotético que

producirá los mismos efectos, en la configuración del cauce, que la variación de los gastos

reales.

19

Existen diversos criterios para determinar el gasto formativo véase Garde et al (1977) y

el inciso 12.3 del cap. 12, "Estabilidad de cauces" de este mismo manual. Sin embargo, el

propuesto por Schaffernak, conocido con el nombre de gasto dominante y modificado

por el USBR, parece ser el más aceptable. Dicho criterio puede resumirse a través del

siguiente ejemplo. Supóngase que del registro histórico de una corriente, se conoce la

distribución de los gastos medios de 274 avenidas, véase la fig 11.2a, así como también

la relación entre el gasto líquido y sólido, véase la fig 11.2b, el gasto para el que se

obtenga el mayor transporte de sedimento será el gasto dominante. Dicho gasto es el

correspondiente al valor más grande del producto QBT DF, tal como se muestra en la

figura 11.2c. Nótese que la curva de la fig 1 1.2c, se forma con los productos de las

abscisas de las dos gráficas anteriores.

20 40 60

a) AF (No. de veces)

120

160

200

20

200

160

120

8080

4040

2020

2

10 20 30 40 50

b) QT, en 10 3 kg/m3 c) QT AF, en 10 3 kg/m3 AF

Fig. 11.2 Gasto formativo

Otros criterios más sencillos como el de Inglis, indican que el gasto formativo puede elegirse

entre la mitad y los dos tercios del gasto máximo. Blench propone que sea el gasto

igualado o superado el 15% del tiempo de una avenida.

11.2.7 Análisis cualitativo

De lo presentado en los capítulos anteriores, se puede establecer que, cuando el gasto

escurre por un solo cauce, el ancho de la superficie libre del agua B, el tirante d, y la

longitud de onda de los meandros ML, están relacionados directamente con el gasto Q, y

con la pendiente

Q, en m /sQ, en m /s

21

S. Por tanto, se pueden establecer las relaciones (ref. 9)

(1 1.9)

QBT (11.10)

y también (11.11)d M

donde QBT es el transporte del material del fondo, M el porcentaje de material fino transportado y P la sinuosidad, véase la ec 11.27. Adelante se mostrará que P varía de forma inversa. con Q, ec 11.21 y en forma directa con ML,- ec 11.20. El-significado de ML se muestra en la fig 11.3. De acuerdo con lo anterior, se pueden establecer las siguientes ecuaciones para el análisis cualitativo. El signo "+" indica incremento y el decremento de la variable

B+, d+, ML, S- (11.12)

(11.13)

QBT (11.14)(11.15)

(11.16)El empleo de las ecuaciones anteriores, puede ilustrarse observando los siguiente ejemplos.

Ejemplo 4. Se ha desforestado una cuenca y se estima que el gasto y el material

transportado aumentarán en los próximos años. Se desea saber cuales son los cambios

morfológicos que deben esperarse en el río principal de dicha cuenca.

Empleando las ecs 11.12, I I . 14 y 11.16 se puede establecer que

22

Q+ Q+BT

Por tanto es de esperarse que el ancho, la longitud de los meandros, y la relación

anchotirante aumenten. Obsérvese que el tirante y la pendiente pueden aumentar o

disminuir, sin embargo, como la relación ancho tirante está muy influenciada por el tipo de

material y dicha relación aumenta, es de esperarse que el tirante disminuya o al menos se

mantenga constante dado el aumento de B y F. En cuanto a la pendiente, ésta

probablemente aumente ya que la sinuosidad disminuye. Nótese que si los gastos sólido y

líquido disminuyeran, como ocurre aguas abajo de una presa, el análisis sería similar pero

habría que cambiar los signos de la ec 11.17

(11.17a)

Ejemplo 5. Supóngase que se construye una presa en un río, la cual retendrá gran cantidad

del sedimento fransportado. Por tanto, en el primer tramo, aguas abajo de la obra, el gasto

sólido disminuirá notablemente, pero el líquido no.

Empleando las ecs 11.12, 11.15 y 11.16 se obtiene

(11.18)Nótese que como decrece el transporte de material sólido, el tirante y la sinuosidad

crecen, en tanto que la pendiente y la relación ancho - tirante disminuyen. Como F

disminuye, es muy probable que el ancho también disminuya, lo cual generalmente ocurre.

La longitud de onda de los meandros probablemente permanecerá constante, sin embargo,

como la sinuosidad aumenta, se puede suponer que ML disminuirá.

Como se ha podido observar, el empleo de análisis cualitativo permite anticipar los

cambios que se pueden esperar al alterar las condiciones de una corriente natural estable.

23

Esto es importante, porque permite decidir las medidas a seguir durante el gran período de

inestabilidad que requiere una corriente para adaptarse a las nuevas condiciones.

11.3 Meandros

La evolución de los meandros puede clasificarse en dos categorías: a) la migración hacia

aguas abajo de todo el meandro y b) la expansión de la curvatura del meandro, su

estrangulamiento y finalmente el corte del mismo. Sin embargo, ambos efectos pueden

presentarse simultáneamente en algunos sitios, véase la fig 1 1.5 y foto I I .8.

El desarrollo de meandros incrementa la longitud del río y por consiguiente disminuye la

pendiente.

11.3.1 Parámetros principales

El meandreo es el mecanismo por el cual un río ajusta su pendiente, cuando la del valle

por donde fluye es mayor que la que requiere. La configuración y geometría de un cauce

con meandros está determinada por la erosión y socavación de la margen exterior o cóncava

y el depósito de sedimentos a lo largo de la margen interior o convexa. En la fig 11.3 se

muestran los principales parámetros a tener en cuenta al estudiar un meandro, y son el

ancho del meandro MB, la longitud de onda ML, el ancho del cauce B y la sinuosidad P,

dada por la ec 1 1.27. Con gastos altos, la socavación del cauce ocurre en la parte exterior

de la margen cóncava y al pie de su talud. El depósito de este material ocurre en las

transiciones y en la zona interior de las curvas, véase la fig 11.3. Con gastos bajos hay

depósito en las curvas, y las transiciones tienden a socavarse y profundizarse.

24

Lane en 1957 analiza 144 ríos y establece una relación entre el gasto medio, la pendiente,

el material del fondo y de las márgenes y de la forma del río en planta. La ecuación que

propone para ríos con meandros y trenzados si el fondo es de arena, es la siguiente

-0.25 (11.19)3

siendo S pendiente, en m/m, Q gasto medio anual, en m/s y K un coeficiente que toma en

cuenta la forma del cauce en planta. En la fig 11.4 se muestra la gráfica de la ecuación

anterior, y se incluyen los valores K. Dicha gráfica debe usarse de la siguiente manera:

conocido el gasto medio anual y la pendiente del río, se ubica un punto en dicha gráfica. Si

el punto queda bajo la recta de K = 0.0017, el río será meandreante, si está sobre la recta de

K = 0.01 será trenzado y si está entre las dos se tendrá un caso intermedio.

Ejemplo 6. Si se tiene una corriente cuya pendiente es de 0,0001, y se calcula que el gasto3

medio anual aumentará de 80 a 100 m/s, se desea saber la posibilidad de que pudiera

convertirse en trenzado.

3

Empleando la gráfica de la fig 11.4 para Q = 100 m/s, se puede observar que el punto se

ubica por debajo de la línea con K = 0,0017, por lo cual se concluye que el río continuará

siendo sinuoso, y prácticamente sería imposible que con esa pendiente se volviera trenzado.

En contraste con el meandro libre de una corriente, hay una gran cantidad de ríos, donde

debido a su origen y a la resistencia del material donde se alojan, el meandreo es

25

Fig 11.3 Meandros

1

0.1 1 10 100 1 ,000 10,000

* Ejemplo Q, en m 3 /s

Fig. 1 1.4 Relación entre el gasto medio anual y la pendiente

convexaMargen

cóncavaMargen

26

prácticamente fijo; es decir, se trata de un cauce con meandros en trinchera. En 1977, Dury

concluye que los meandros atrincherados tienden a ser

geométricamente similares en planta a los meandros en

material aluvial.

Existen diversos criterios para determinar las

interrelaciones de los parámetros principales de los

meandros, entre ellos destacan los siguientes:

Schumm en 1972, propone calcular la longitud de onda de los meandros ML y la sinuosidad

P como

ML = 1935 Q134 MO 74 (11.20)

P = 0.94 (11.21)

siendo Qm el gasto medio anual, en m /s.

Carlston propone

ML = 166 Q0n,46 (11.22) también

en sistema mks.

Inglis usando los datos de Jefferson, propone para meandros superficiales en material grueso que (ref. l)

27

- 53.6 Q112 - 6.06 B (11.23)MB = 153.4 Q112 - 1138 B (11.24)

y para ríos en trincheraML = 46.0 Q112

- 11.45 B (1 1.25)

102.0 Q112

- 2130 B(11.26)

En las ecs 11.23 a 11.26, el sistema de unidades a emplear es el mks. El gasto y ancho

corresponden a las condiciones de sección transversal llena.

11.3.2 Cortes y cauces piloto

En la evolución de un meandro, las curvas aumentan su longitud, pero debido a la

erosión de las márgenes exteriores de las curvas, se produce un acercamiento entre las

márgenes cóncavas hasta que ocurre un estrangulamiento y éste se corta, véase la fig

11.5 (tomada de la ref. 8). Esto sucede en una avenida grande cuando se excede la

capacidad del cauce y el agua pasa sobre la parte más estrecha, erosionando las

márgenes y produciendo así un canal más corto llamado también corte o rectificación.

Eventualmente este nuevo cauce amplio y

profundo, aísla al antiguo meandro dejándolo como un lago con forma de cuemo o

herradura.

28

a Separación original b Separación

al momento del corte (estrangulamiento)

Corte (rectificación)

Fig 11 .5 Corte (estrangulamiento) de un meandro

En ocasiones se requiere controlar el corte de un meandro, bien sea para evitar una

ruptura violehta, que altere de manera importante el régimen ya establecido del río, o

bien, para acortar o mejorar la navegación en ciertos tramos. Dicho control puede

requerir desde la construcción completa del corte necesario para rectificar al río, hasta

solamente la excavación de un canal o cauce piloto, que posteriormente el propio río

agrande hasta alcanzar su equilibrio y conducir el escurrimiento completo.

Evidentemente también existe el caso intermedio de cortes por donde sólo se desvíe

permanentemente, parte del escurrimiento total.

El diseño de los cortes artificiales, obliga a tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

a. El alineamiento de los dos extremos del corte debe ser tangencial a la dirección del

flujo principal.

b. La entrada al corte debe ser acampanada.

c. En lo posible debe realizarse la excavación en material aluvial, es decir, en los sitios de

depósito del propio río. Se debe cuidar que la energía a la salida, sea al menos igual a la

de la corriente principal de ese sitio.

El fondo del cauce piloto a la entrada y salida del mismo, coincide con la elevación del

fondo del río en esos sitios. La profundidad de excavación del cauce piloto se lleva hasta

la línea recta teórica que une esas dos elevaciones.

29

El ancho del corte es el mayor valor obtenido de los siguientes criterios: a) el ancho

debe ser como mínimo igual a dos veces la altura del corte, ya que si parte del flujo

tiene una acción erosiva elevada y se desliza una parte de la margen, se evita que el

cauce piloto se cierre,

b) el ancho que garantice un radio hidráulico mínimo que cumpla con la condición de

que el esfuerzo cortante en el fondo, = YRS sea mayor que tres veces el esfuerzo

cortante crítico para iniciar el movimiento de las partículas.

Todo -Io anterior implica que el criterio para determinar las dimensiones de los cauces

pilotos, sea el de la sección más económica que asegure la ampliación y el buen desarrollo

del corte por el propio río. El cálculo hidráulico debe hacerse teniendo en cuenta la

compatibilidad de los perfiles y gradientes de energía, tanto con el tramo aguas arriba

como con el de aguas abajo del corte.

Esto se realizará para diferentes gastos de desvío y junto con el aspecto económico, se

elegirá el más económico. Es evidente que las ecuaciones de diseño de cauces son útiles

en este caso, salvo que se emplearían tratando de que, mientras se está ampliando el

cauce piloto, sí exista arrastre del material sólido. En las refs. 3 y 6 se presentan algunas

experiencias en la construcción de cauces pilotos y en la 5 un método para su diseño.

11.3.3 Sinuosidad y tortuosidad

La sinuosidad P de una corriente, se define como la relación que existe entre la longitud

del thalweg y la longitud del valle o sea

Long. thalweg(11.27)

Long. valle

30

y la tortuosidad se expresa como

Tortuosidad =Long. thalweg - Long. valle xi 00

Long. valle (11.28)Leopold y Wolman en 1957 (ref. 1), proponen que una corriente sea considerada

meandreante, cuando la sinuosidad sea mayor que 1.5. En los EU la sinuosidad de los ríos

varía de 1 a 2.8 y en la India de 1.02 a 1.45. En términos generales se acepta que la

sinuosidad sea baja si está entre 1-1.3, moderada de 1.3-2.0 y alta si es mayor que 2.0.

11.4 Curvas

Las curvas se clasifican en: superficiales, en trinchera y en deformadas o limitadas. La

forma de la sección varía mucho entre diferentes ríos y aún en los tramos de una misma

corriente.

Una curva superficial es una curva cortada en material depositado y el río normalmente

meandrea. La pendiente de la corriente es comúnmente más baja que la del fondo del

valle y la longitud del cauce es mucho más grande que la longitud del valle.

Una curva en trinchera corta profundamente el lecho original y sigue la curvatura del

valle, por lo cual las paredes del valle forman parte de las márgenes de la corriente. La

pendiente y la longitud son las mismas para el valle y la corriente.

Richardson et al en 1975 (ref. l), clasificaron las curvas en los ríos naturales como

curvas libres superficiales, limitadas o en trinchera y forzadas o deformadas. Los

valoresi promedio de la relación entre el radio de curvatura r y el ancho B, para sección

transversal llena, de los tres tipos de curvas son los siguientes

Tipo de curvas

31

limitadas 7,0-8.0 libres

4.5-5.o forzadas 2.5-

3.5

El radio de curvatura es medido al centro del cauce.11.4.1 Tirante en las curvas

En las curvas de tipo libre y limitado, el tirante crece gradualmente desde la transición de

aguas arriba de la curva, alcanzando un máximo aguas abajo de ápice de la curva. En

curvas forzadas, el tirante crece rápidamente al comienzo de la curva hasta un máximo en la

parte media de la misma, luego decrece gradualmente hacia aguas abajo. El tirante

máximo en la curva puede calcularse con el criterio de Altunin (ref. 4), cuya ecuación

principal es la siguiente

dmax (11.29)

donde: dmax = profundidad máxima en la curva, en m

drm = profundidad media en el tramo recto situado aguas arriba,

en m

E = coeficiente que depende del ancho de la superficie libre B y del radio de

curva tura r, ambos en m. En la tabla 11.2 se muestran los valores de e para

diferentes relaciones (r/B).

TABLA 11.2 Valores de

oo 6 5 4 3 2

E 1.27 1.48 1.84 2.20 2.57 3.00

32

Como complemento a lo expuesto véase el apartado 13.4 del cap. 13, "Erosión en ríos y

obras de protección ", de este mismo manual. En las ecs 13.30 se muestran dos fórmulas

para valuar E .

Ejemplo 7. En la curva de un río se han medido los tirantes máximos y son de 6 m; en el

tramo recto inmediato anterior el tirante tiene 2 m. Si el ancho de la superficie libre es de

25 m, ¿cuál es el radio de curvatura?

Empleando la ec 11.29

E = 6/2 = 3

de la tabla 11.2, para E = 3 se tiene r/B = 2; por tanto el radio de curvatura mide

2 (25) - 50m

11.4.2 Flujo helicoidal en curvas

La fuerza centrífuga que actúa a lo largo de un escurrimiento en una curva, produce una

sobreelevación de la superficie libre en la margen cóncava y un descenso en la margen

convexa, ref. 2. Esta sobreelevación asociada a una pérdida de energía a lo largo del fondo,

produce un flujo helicoidal cuya velocidad transversal mueve la carga del fondo hacia la

margen convexa donde se acumula. La fig I I .6 muestra este flujo en forma esquemática.

Perfiles

Curva

Flujo

33

Curva

Transición

Fig 11.6 Secciones típicas de una transición entre dos curvas

Existen varios criterios para calcular la sobreelevación en el exfradós de las curvas ( AZ

), ref. 8; sin embargo, las diferencias en los resultados obtenidos con cada criterio son

pequeños, ref. 9. La ecuación propuesta por Richardson en 1975 para flujo establecido

es la siguiente

(11.30)

donde: AZ = sobreelevación en la curva, en m

U = velocidad media del flujo, en m/s g = aceleración de

la gravedad, en m/s r = radio de curvatura medido al

centro del cauce, en m

B = ancho de la superficie libre, en m

Ejemplo 8. Se tiene una corriente que transporta un gasto de 50 m3/s con una velocidad

media de I m/s, en una curva con r = 50 m. Si el ancho de la superficie libre es de 25 m,

determinar la sobreelevación del tirante en dicha curva.

34

Empleando la ec 1 1.30

(1/ (25)- 0.051 m.9.81* 50

La sobreelevación del agua en la margen exterior será de aproximadamente 5 cm.

11.4.3 Erosión y depósito en curvas

Como antes se había indicado, las velocidades son normalmente más altas en la margen

exterior o cóncava de una curva durante el escurrimiento normal, aunque en una avenida

grande las velocidades más altas se presentan cerca de la parte interior o margen

convexa de la curva. Las observaciones de campo indican que el 90% de la erosión de

las márgenes ocurre durante las avenidas.

11.5 Transiciones

Las transiciones se localizan entre las curvas que son donde el flujo cambia de una

margen a la opuesta, véase la fig 11.6, y son de sección casi rectangular en contraste con

la forma triangular o trapecial en las curvas. La pendiente de la superficie del agua en el

inicio de la transición es normalmente plana y alta debido al depósito de material, sin

embargo, a la salida, se vuelve más pronunciada la pendiente.

Entre una sección curva y una transición, el tirante máximo decrece, así como también el

ancho. En la fig 11.6 se muestran las secciones transversales típicas entre una curva y

una transición.

35

11.6 Abanicos aluviales

Los abanicos aluviales son depósitos de sedimento cuya forma semeja un segmento de

sección cónica, visto en planta parece un abanico y tiene una pendiente casi Lüliforme

desde el ápice hasta el borde final, véase la fig 11.7. Se presentan normalmente en áreas

áridas y montañosas con pendientes fuertes, aunque en ocasiones también se encuentran

en zonas húmedas. Ocurren en el punto donde la corriente pasa de un cauce estrecho a

otro muy amplio, o bien cuando la pendiente se disminuye abruptamente como se

muestra en la fig

11.7.

En el ápice del abanico, donde las velocidades decrecen repentinamente, la corriente deposita

grandes cantidades de material, parte del cual es arrastrado por las siguientes avenidas.

Dicho material continúa moviéndose al ser transportado por el agua, o bien como una

masa de lodo.

36

Fig. 1 1 .7 Abanico fluvial

Los canales que se forman en los abanicos aluviales son generalmente en trinchera, y

sobre todo en el ápice, pero en muchos casos son efimeros o intermitentes, aunque

también los hay perennes. El flujo en estos canales ocurre con tirante y velocidad mayor

que la crítica. Es posible que el transporte de sedimento sea inestable y que

continuamente el régimen cambie de inferior a superior (al hablar de transporte y

ondulaciones en el fondo).

11.7 Deltas

Los deltas están formados por el depósito de material generalmente fino. Ocurren donde

la velocidad se reduce repentinamente por la entrada de la corriente a un gran cuerpo de

agua como puede ser un lago, un embalse o el mar. Los deltas tienen una forma

generalmente triangular y la corriente descarga a través de un gran sistema de cauces de

diferentes dimensiones. Las principales variables que intervienen en su formación son la

temperatura, gasto, carga de sedimento, salinidad y la pendiente del río. En el caso

Distancia

final

37

especial de los embalses, el material grueso constituye la mayor parte del delta y el

material fino se deposita aguas abajo de éste.

Como ejemplos de grandes deltas formados con las descargas al mar se encuentran los

de los ríos Mississippi, Colorado, Nilo, Ganges y Niger y en descargas lacustres como

las del Río Catatumbo en el lago Maracaibo en Venezuela. Los principales problemas

que se pueden originar por la presencia de un delta son los siguientes:

a) Subsidencia del suelo y deterioro de niveles.

b) Daños por inundación aguas arriba e intrusiones salinas.

c) Deterioro del medio ambiente.

Desde el punto de vista hidráulico la alteración de los perfiles de escurimiento y el

depósito del material del fondo son los aspectos más relevantes de la formación de un

delta. En términos generales, la pendiente y el tamaño del material del fondo decrece en

la dirección aguas abajo. Esto es debido a que la fuerza tractiva no es suficiente para

mover los materiales más gruesos hacia aguas abajo. En el capítulo 18, Sedimentación

de embalses de este mismo manual, se presenta el criterio de cálculo del delta en un

embalse formado por una presa, véase foto 11.13.

Existen algunos casos donde conforme la pendiente decrece, el gasto y la carga de

sedimentos aumentan, debido al aporte de ríos tributarios. Richards en 1982 propone la

existencia de una relación entre el grado de concavidad del perfil longitudinal de un río y

el incremento del gasto en la dirección aguas abajo. Sin embargo, el cambio de la

pendiente no siempre es sistemático.

Los materiales del fondo son depositados en el siguiente orden: boleos, gravas, limos y

38

arcillas; sin embargo, cuando existe algún tributario importante puede alterarse el orden

anterior.

11.8 Ejemplo numérico

Se tiene un río que drena una cuenca, que actualmente se encuentra en condiciones

estables, pero se pretende abrir una gran zona al cultivo de temporal, e instalar represas

para el control del sedimento grueso, por lo cual se estima que en el futuro cambiarán

significativamente las condiciones de aporte de sedimento y de escurrimiento.

En las condiciones actuales el río transporta un gasto promedio anual de 60 m3/s y el

material fino acarreado es el 5% del total. Se calcula que en las nuevas condiciones, el

río transportará 80 m3/s y que la carga de sedimento fino aumentará a un 50% del total

transportado. Determinar los cambios morfológicos que probablemente ocurrirán en las

nuevas condiciones.

Algunos datos adicionales en las condiciones actuales son los siguientes. Sinuosidad =

1.4. La longitud del valle del tramo de río que interesa analizar, hasta su desembocadura

al mar, es de 50 km.

En los siguientes cálculos se designará a las condiciones actuales con la letra "a" y a las

futuras con

a) Características de la sección transversal (ecs 11.4 y 11.6).

Ba = 43.7 (60)0.38 (5) -039 = 111 m da =

0.514 (5)0.342 (60) = 2.92 m

39

Fa=38

43.7 (80)0.38 (50) -039• =50.2m

0.514 (50)0.342

Fa = 7.17

b) Sinuosidad (ec 11.21)

Pa = 1.4

0.94 = 2.5

c) Pendiente (ec 11.3)

sa = 0.003634 (5)-0 38 (60)-0'32 = 0.00053

0.003634 (50)-0 38 (80)032 = 0.0002

d) Longitud del thalweg (ec 11.27)

LTa = 1.4 (50000) = 70000 mLTf= 2.5 (50000) = 125000 m

Incremento de la longitud del thalweg = 55000 m

e) Longitud de onda y ancho de los meandros (ecs 11.20, 1 1.23 y 1 1.24)

0 34 -0 74MLa= 1935 (60) • (5) • =2366m

MLf= 1935 (80/ 34(50) = 475 m como

ML/MB » 0.35 (dividiendo 11.23 entre 11.24)

MBa = 2366/0.35 = 6760 m

40

MBf= 475/0.35 = 1357 m

f) Radios de curvatura (apartadö 1-1.4) con r/B = 4:75 se tiene

(11 1) = 527.3m

4.75 (50.2) = 238.45 m

g) Configuración en planta

Usando la fig 11.4 con S = 0.00053 y Q = 60 m3/s, se puede observar que está lejos se ser

trenzado y como baja la pendiente para las condiciones futuras, se deshecha dicha posibilidad.

h) Clasificación

De acuerdo con las clasificaciones propuestas en el apartado 11.2, se trata de un río viejo,

meandreante, estable, en el que actualmente el principal transporte es de fondo. En las

condiciones futuras, transportará principalmente material en suspensión el cual se

depositará en las márgenes y erosionará el fondo.

i) Análisis cualitativo

El comportamiento calculado del río en las nuevas condiciones, comprueba el resultado

del segundo ejemplo del apartado 11.1.7, ec 11.18, donde se concluyó que el tirante y la

sinuosidad crecen, d varía de 2.29 a 7 m y P de 1.4 a 2.5; la pendiente y la relación ancho

tirante disminuyen, así S cambia de 0.00053 a 0.0002 y F de 38 a 7.14. Por último, el

ancho y la longitud de onda también disminuyen; B de 1 1 a 50 m y ML de 2366 a 475 m.

j) En ftnción de los resultados anteriores sería posible determinar las afectaciones que

pueden causarse aguas abajo. Por ejemplo, si el río es navegable en la actualidad,

41

probablemente en las condiciones futuras causará problemas importantes, pues aunque

aumenta el tirante, disminuyen significativamente el ancho y aumentan la sinuosidad y

la longitud de recorrido.

11.9 Referencias

l. Garde, R. J y Ranga Raju, K. G., 1977, "Mechanics of sediment transportation and

alluvial stream problems", Halsted, India.

2. Jansen, P., 1983, sl "Principles ofRiver Engineering", Pitman, London.

3. Joglekar, D. V., 1971, "Manual on river behaviour control and training", Publication

No 60, Central Board oflrrigation and Power, New Delhi.

4. Maza, J. A., 1987, "Introduction to river engineering", División de Estudios de

Posgrado, Facultad de Ingeniería UNAM.

5. Maza, J. A. y Mancebo del Castillo, U., 1974, "Cálculo de las dimensiones óptimas

para un cauce piloto al cortar un meandro". Revista, Recursos Hidráulicos, Vol III, No

2, pp 160-168, México, D.F.

6. Petersen, M. S., 1986, "River Engineering", Prectice Hall, USA.

7. Schumm, S. A., 1972, "River Morphology", Dowden Hutchinson Ross, USA.

8. Shen, H. W., 1979, "Modeliing ofrivers", John Wiley & sons, USA.

9. Simons, L., 1982, "Engineering Analysis", Simons Li and Associates, USA.

42

Foto 11.1Cauce en la zona de montaña. El material del fondo está bien graduado. Las márgenes son resistentes a la erosión, y por tanto el cauce tiene dos grados de libertad.

Foto 11.2Valle en V producto de la erosión fluvial. La parte inferior del valle se encuentra cubierta de material aluvial y el río escurre sobre él. El río está formado por un solo cauce estable. El cauce principal de estiaje y el cauce de avenidas se aprecian claramente.

Foto 11.3El material grueso que no puede ser arrastrado en estiaje, llega a formar rápidas como la que se aprecia en la fotografia. Debido a las fuertes pendientes, el flujo es supercrítico en algunas zonas. Los afluentes están bajo un proceso de erosión aunque lento, debido a la resistencia del-material que-losforma.

43

Foto 11.4Cauce con dos grados de libertad, que escurre en el fondo de un valle en V. El material removido para la formación de los caminos y que ha sido arrojado al río ha formado la alteración que se muestra en la fotografia.

Foto 11.5Tramo de río donde hay cambio de pendiente y por tanto donde se deposita material. Dicho tramo se encuentra•bajo un proceso de sedimentación. En estiaje el cauce es trenzado.

Foto 11.6Banco de arena que emerge durante el,estiaje. Las márgenes del río están constituidas con material más resistente a la erosión que el material del fondo.

Foto 11.7Cauce con estabilidad dinámica„ dos años antes el río escurría por el extremo izquierdo inferior de la fotografia y a lo largo del dique longitudinal que se aprecia en la sección media del lado izquierdo. Movimientos posteriores del cauce favorecen la sedimentación del material que se aprecia en la parte inferior, con el consiguiente corrimiento del cauce principal hacia la derecha.

44

Foto 11.8Meandros. Las orillas exteriores de las curvas están siendo erosionadas, mientras que en la margen interior hay sedimentación del material aluvial. Los depósitos recientes aún no se cubren con vegetación. Al continuar este proceso uno de los dos meandros se cortará en forma natural.

Foto 11.9Protección de una margen con espigones. Se aprecia el depósito de sedimentos aguas abajo de ellas. Debido a los cambios producidos aguas arriba, la corriente ha dejado de atacar la margen protegida y se inicia una etapa de sedimentación.

Foto 11.10Cauce con grados de libertad, ya que el ancho es constante debido a la resistencia de las márgenes. Unicamente el fondo puede ser erosionado, aunque en la etapa actual está en equilibrio.

Foto 11.11Río formado por un solo cauce. El material de las orillas está bien graduado y cubierto parcialmente de vegetación que lo protege. En el fondo hay grava y arena que llega acorazarse en algunos tramos.

45

Foto 11.12Cauce con márgenes resistentes y fondo fon•nado con material no cohesivo. Parte del fondo se encuentra acorazado. Todo el gasto de avenidas pasa por un sólo cauce, aunque con gastos muy pequeños afloran algunas zonas del fondo.Foto 11.13

Depósitos producidos en la parte final del embalse de una presa. En época de avenidas se encuentran cubiertos por el agua. En estiaje se forma el cauce observado en la fotografia.

Foto 11.14Aspecto de un cauce en que se ha desarrollado una isla. Esta se encuentra ya parcialmente cubierta por vegetación. Ello incrementa el coeficiente de rugosidad, disminuye las velocidades de los escurrimientos y favorece el depósito de material arrastrado en suspensión, con lo que año con año se incrementa la elevación de la isla tendiendo a la misma elevación de la planicie.Foto 11.15Margen sujeta a erosión. Se aprecian los derrumbes del material que constituye la orilla.Aguas abajo se observa dicha orilla cubierta con vegetación que no ha sido erosionada.