INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura. Ingeniera Civil

TESIS DE TITULACIN

HIDRAULICA DE ROS

MORFOLOGA, TECNICAS DE MEDICIN Y MUESTREO EN ROS

ALEJANDRA NAVA HERNNDEZ DARO CORTES BOW

Hidrulica de Ros

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DEDICATORIASA DIOS: Por Haber me dado la vida, Fuerzas, muchas ganas para ser alguien en la vida, Y por acompaarme siempre. A MI MADRE: A quien la ilusin de su vida a sido convertirme en persona de Provecho a quien nunca podr pagar todos sus desvelos ni aun Con las riquezas ms grandes Del mundo porque gracias a tu apoyo Y consejo, he llegado a realizar la ms grande de mis metas la cual. Constituye la herencia, mas valiosa que pudiera recibir deseo de todo corazn que mi. Triunfo profesional lo sientas como tuyo Con amor, admiracin y respeto. A MI TIO FER: Por que siempre me ayudo y Me dio Buenos consejos y e llegado haberlo como a Un padre. A MI HERMANA: Por su apoyo moral y por creer en mi. A MAMA LUCHA: Porque siempre me dio su apoyo y Buenos consejos. A MIS TIOS Y MIS PRIMOS: Por todo el apoyo y los consejos que Me brindaron siempre. A MI ESPOSO: Que siempre a estado conmigo no importando Si son momentos Buenos y malos impulsndome a seguir Adelante gracias. A MIS AMIGOS Y AMIGAS: Evelina, Maritza, Mayeli, Isabel, Armando, Jos Lus, Ismael, Miriam gracias por todo el apoyo que me brindaron. A MIS PROFESORES: Por que gracias a sus conocimientos que nos Brindaron hemos logrado ser alguien en la vida. A todas las dems personas que me ayudaron a cumplir Mi objetivo gracias ALEJANDRA NAVA HERNNDEZ

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en RosPero quien me escuche vivir Tranquilo, seguro y sin temor del mal. Prov. 1,33

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A mi Esposa: Tu Nombre Trato de escribir en la oscuridad tu nombre, Trato de escribir que te amo, trato de decir a obscuras todo eso. No quiero que nadie se entere, que nadie me mire a las tres de la maana Paseando de un lado a otro de la estancia, loco, lleno de ti, enamorado, iluminado Ciego, lleno de ti, derramndote. Digo tu nombre con todo el silencio de la noche, Lo grita mi corazn amordazado. Repito tu nombre, vuelvo a decirlo, lo digo incansablemente, Y estoy seguro de que habr de amanecer. Jaime Sabines G. A mis Hermanas: Amo el canto del zentzontle Pjaro de cuatrocientas voces Amo el color del jade y el enervante perfume De las flores pero amo ms A mi hermano el hombre. Nezahualcoyotl.

A mis Padres: Como un testimonio de infinito aprecio y agradecimiento Por una vida de esfuerzos y sacrificios brindndome siempre Cario y apoyo cuando mas lo necesite Deseo de todo corazn que mi triunfo profesional lo sientan como suyo Con Amor, Admiracin y Respeto DARO CORTS BOW.

Hidrulica de RosANTECEDENTES

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En el ltimo lustro se ha enfrentado la problemtica de lluvias torrenciales inditas de origen ciclnico y convectivo en las regiones sur y sureste del pas. Las cuales

ocasionaron perdidas de vidas humanas y de su patrimonio, produciendo adems, cuantiosos daos a la infraestructura de las ciudades.

Se considera como uno de sus grandes compromisos la planeacin estratgica de obras hidrulicas y acciones no estructurales que coadyuven a evitar o minimizar los riesgos de dao por fenmenos fluviales a las poblaciones, as como a la infraestructura de las ciudades.

Se advierten los grandes riesgos que reviste la problemtica citada, as como la importancia de crear y difundir manuales tecno-didcticos que contengan el estado actual del conocimiento e incorporen conceptos didcticos , que permitan la capacitacin expedita de los cuadros tcnicos que construyen y operan las obras para la proteccin y control de cauces.

Conforme la poblacin crece, el uso de los recursos hidrulicos experimenta mayor demanda y se incrementa el aprovechamiento de las aguas superficiales y de las zonas aledaas a los cauces. Se registra cada vez un mayor nmero de asentamientos en las riveras de los ros, lo que ha provocado que los daos ocasionados por sus crecidas se hayan incrementado y, lo que es mas grave, que aumente el peligro de perdidas de vidas humanas. Estas circunstancias hacen cada vez ms necesarias las medidas de proteccin y control de cauces.

Dada la complejidad del flujo en cauces naturales, que hoy en da es an una de las fronteras del conocimiento y la tecnologa para afrontar los problemas que se derivan del uso, proteccin y control de cauces, se ha desarrollado un gran nmero de mtodos empricos y semiempricos. Para su empleo apropiado se requiere contar con

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elementos que de manera practica, oportuna y confiable guen a los profesionales involucrados en esta problemtica a su solucin.

Comprende conceptos bsicos de la hidrulica fluvial, as como mtodos de diseo de obras de proteccin que exponen de la manera ms prctica posible, algunos de los complejos fenmenos de la dinmica fluvial, tcnicas de medicin y muestreo, y acciones no estructurales que, en general, deben ser contempladas como componentes estrechamente vinculados En el diseo de las diferentes obras y en la adopcin de medidas no estructurales.

En aos recientes, los daos causados por grandes avenidas en diferentes partes del pas ponen de manifiesto de la necesidad de una continua revisin y actualizacin de los procedimientos y tecnologas disponibles para afrontar estos eventos.

Si bien la generalidad de los criterios bsicos para la estimacin de los parmetros de la hidrulica fluvial no han cambiado de forma significativa, los equipos que se utilizan en la medicin, adquisicin y procesamiento de datos han mejorado notablemente y ahora se tienen condiciones para lograr una mayor eficiencia y confiabilidad en el diseo de estas obras. Estos criterios clsicos que se siguen aplicando, as como algunos de reciente publicacin, considerados de utilidad prctica y tambin se tienen en cuenta las acciones no estructurales, ya que con su seguimiento oportuno se pueden salvar muchas vidas.

Hidrulica de Ros

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I N D I CEINTRODUCCION UNIDAD 1. HIDRAULICA FLUVIAL O DE ROS 1.1 DIFERENCIA ENTRE CANALES Y ROS 1.2 DEFINICION DE CANAL 1.3 GASTO O CAUDAL 1.4 1.5 1.6 LA RUGOSIDAD DE UN RO LAS AVENIDAS REGIMEN DE UN RO

1.6.1 EL CURSO DE LOS ROS 1.6.2 REGIMEN HIDROLOGICO 1.6.3 CAUCES EN REGIMEN TORRENCIAL 1.6.4 CAUCES EN REGIMEN TRANQUILO 1.7 ESTUDIOS DE HIDRAULICA FLUVIAL E INGENIERIA DE ROS

1.7.1 TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN ROS 1.7.2 CORRIENTES NATURALES 1.7.3 ESTUDIOS PARA DISEO DE PUENTES Y DE CRUCES SUBFLUVIALES 1.7.4 CONTROL DE INUNDACIONES 1.7.5 AVALANCHAS 1.7.6 DINAMICA DE CAUCES 1.7.7 OBRAS DE CONTROL UNIDAD 2. MORFOLOGIA DE ROS 2.1 2.2 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES DE LOS ROS EROSIN Y DEPOSITACIN

2.2.1 EROSIN

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros 2.2.2 DEPOSITACIN 2.3 CONSIDERACIONES PARA EL ESTUDIO DE LA MORFOLOGIA DE ROS 2.4 CLASIFICACION DE LOS ROS DE ACUERDO CON SU GEOMETRIA 2.4.1 TIPOS DE ROS DE ACUERDO CON EL GASTO Y LA CARGA DE SEDIMENTOS 2.5 ROS MEANDRANTES

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2.5.1 GEOMETRIA DE LOS MEANDROS 2.5.2 CLASIFICACIN DE LOS ROS MEANDREANTES Por sus Propiedades Geomtricas Por su Confinamiento Geolgico

2.5.3 CAUSA QUE AFECTAN LA MORFOLOGIA DE UN RO MEANDREANTE 2.6 2.7 CAUSAS DEL MEANDRO DESCRIPCION DEL ECOSISTEMA FLUVIAL

UNIDAD 3. TECNICAS DE MEDICION Y MUESTREO EN ROS 3.1 GENERALIDADES

3.1.1 GRANULOMETRIA 3.1.2 PRINCIPIO DE MOVIMIENTO 3.1.3 ACORAZAMIENTO 3.1.4 TECNICAS DE MUESTREO 3.1.5 NOCIONES DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Clasificacin del Transporte Caudal Slido Equilibrio de Fondo Formas de Fondo

Hidrulica de Ros 3.2 MUESTREO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE FONDO

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3.2.1 METODO DIRECTO Mediciones Directas Muestreadores Nmero de Mediciones en cada Subseccion Nmero de Subsecciones en la Seccin Transversal Duracin del muestreo Frecuencia del Muestreo Principio de Operacin de los muestreadores tipo Trampa Calibracin de Muestreadores Muestreadores tipo Trampa ms comunes 3.2.2 METODOS INDIRECTOS Estudios de Migracin de Formas de Fondo Estudios de Erosin y sedimentacin Estudios con Trazadores Otros Mtodos de Medicin indirecta. 3.3 MUESTEO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS SUSPENDIDOS 3.3.1 PRINCIPIOS DE MEDICION 3.3.2 MUESTREO CON EL METODO INDIRECTO Nmero de Muestras Principio de operacin de muestreadores indirectos Muestreadores indirectos ms comunes

3.3.3 MUESTREO CON EL METODO DIRECTO Muestreadores de sedimentos ms comunes 3.4 ESTIMACION DE LA CARGA TOTAL

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

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INTRODUCCIONLas ms importantes civilizaciones se asentaron en las riberas de grandes ros: Mesopotamia en una regin muy frtil alimentada por los ros Tigris y Eufrates; Egipto debe su vida al Nilo; China, al Yangtze; la india, al Indo y al Ganges, y la civilizacin azteca en Mxico se encontraba dentro del complejo lacustre en Tenochtitlan, entre otras grandes culturas.

Dentro de este binomio beneficio-dao, dada su particular forma de vida, eran muy superiores los beneficios en relacin con los daos. Asimismo, tenan conocimiento de la variacin espacial y temporal del recurso, lo que aunado a la necesidad de contar con el agua y protegerse de ella, motiv el planteamiento de importantes obras hidrulicas, cuyos vestigios sorprenden al advertir su concepcin y funcionalidad. Cuatro mil aos antes de Cristo, estos antiguos pobladores construan presas de almacenamiento, canales para riego agrcola y acueductos, con lo que hacan llegar el agua de la fuente a la ciudad para usarla de manera domstica.

El control de los ros ha sido objeto de estudio desde la antigedad y fue tal su importancia que un ingeniero hidrulico lleg a ser emperador de China. El emperador Yau haba ordenado la regulacin de los ros en China. El hombre encargado de esto, despus de construir diferentes obras durante 12 aos, fue incapaz de dar la proteccin esperada y cay en desgracia, pero su hijo, Yu, contino este esfuerzo. La historia dice que Yu tuvo xito despus de ocho aos de trabajo en controlar no slo en Hwang Ho sino tambin el Yangtse Kiang. Yu fue nombrado emperador en 2278 A.C. El gran Yu hablo de s mismo como el hombre que gui nueve ros hacia el mar. Los

historiadores chinos escribieron la regulacin de cada ro de acuerdo con Yu fue de manera que cada ro se trato de acuerdo con sus propiedades. Estos ros permanecieron en sus cauces por casi 1,700 aos.

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La ingeniera civil, en su especialidad de hidrulica fluvial, ha realizado importantes esfuerzos en las cinco Dcadas pasadas para comprender los mecanismos de la dinmica del sedimento en las corrientes de agua, con la finalidad de que los conocimientos se apliquen en la realizacin de obras hidrulicas de proteccin y control de cauces. La hidrulica fluvial ha identificado como temtica medular u origen de la problemtica fluvial, la morfologa de los ros, los sedimentos y sus propiedades, el transporte sedimentos, la estabilidad de los cauces y la socavacin. de

Al paso del tiempo, el natural y continuo desarrollo de las poblaciones y de sus economas han llevado a las ciudades a un crecimiento tal, que un fenmeno fluvial extremo implica mayores riesgos para sus habitantes, as como para la infraestructura habitacional, vial, industrial, de telecomunicaciones y agrcola.

Los problemas originados por lluvias torrenciales se complican cuando a causa de las caractersticas propias de los suelos por donde transitan los ros y en ocasiones a problemas de deforestacin, estos transportan grandes cantidades de sedimentos ya sea en su fondo o suspendidos afectando el funcionamiento de turbinas y sistemas de bombeo.

As mismo se requieren acciones no estructurales, como pronstico, la planeacin de estrategias y sistemas de prevencin, que permitan la anticipacin de medidas que eviten o reduzcan los efectos destructivos de los fenmenos fluviales extremos.

Los problemas de ingeniera de ros que plantea la situacin anterior cuando coincide con actividades humanas son cada vez ms complejos, ya que dependen de la demanda de la poblacin por utilizar los ros para varios propsitos acordes con su desarrollo. Siendo los mas importantes el abastecimiento de agua, la generacin de electricidad, el riego agrcola y la navegacin.

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Otro caso singular ocurre en la cultura azteca-mexica, donde el rey Nezahualcyotl, quien fuera un verdadero maestro de la hidrulica, construye un gran dique para

proteger de las inundaciones a su reino, adems de construir importantes acueductos.

Los estudios matemticos de canales hidrulicos empezaron con Guglielmini (16551710), a quien algunas veces se llama padre de la hidrulica de ros. Entre sus contribuciones ms importantes destaca la publicacin en 1690 de Aquarum fluentium mensura nova methodo inquisita, relacionada con un mtodo para medir el flujo del agua con una pelota suspendida, y el tratado Della natura dei fiumi, publicado en 1697 las contribuciones de Guglielmini a la hidrulica de los ros las obtuvo mas por observaciones de campo que por experimentacin en laboratorio.

A partir de 1800 se construyeron los primeros modelos de fondo mvil en ros, su pionero fue Fargue (1827-1910), quien redujo un tramo de un ro natural en laboratorio, reduciendo casi arbitrariamente las escalas de ancho, tirante y tiempo.

Una nueva era en la hidrulica de ros empez en el siglo XIX, con la construccin de laboratorios diseados especialmente para resolver problemas de ros y canales, con la experimentacin, el campo del transporte de sedimentos mejor considerablemente. El primero de los laboratorios lo construy Engels (1854-1945). Engels comenz a hacer investigacin experimental con Dresden desde 1891, pero el laboratorio Flussbau estuvo disponible a partir de 1898; se realizaron muchos experimentos de fondo mvil que incluan estudios sobre la socavacin en pilas de puentes, reproduccin de tramos de ros, configuraciones de fondo, etctera.

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Hidrulica de RosUNIDAD 1. HIDRULICA FLUVIAL O DE ROS

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La hidrulica fluvial trata de las intervenciones humanas en los ros para su adecuacin al aprovechamiento de los recursos o a la reduccin de los riesgos de dao.

El ro no es un objeto de la ingeniera civil como una carretera o un ferrocarril, el ro es un elemento natural que recoge las aguas de una cuenca y las transporta en cualquier rgimen hasta su desembocadura.

El antecedente o el punto de referencia ms directo en los estudios de la ingeniera civil para entender un ro es la hidrulica del rgimen laminar y las obras hidrulicas, para transporte en el mismo rgimen, en otras palabras se trata de los canales, la hidrulica proporciona una base de anlisis de ciertos problemas fluviales pero pensar que la hidrulica fluvial es meramente una extensin de la hidrulica de canales es un grave error.

1.1 DIFERIENCIAS ENTRE CANALES Y ROS

Los ros y canales tienen en comn transportar agua en rgimen laminar pero sus diferencias se inician con lo ms bsico:

Cunta agua transporta? Cundo la transporta? Por dnde la transporta? Sobre que material? Con qu caractersticas hidrulicas? Qu ms transportan? Con qu se apoyan para transportarlo? Es necesario el apoyo de una obra para el aprovechamiento de esa agua?

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros1.2 DEFINICIN DE CANAL

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El canal es una obra de ingeniera civil como otras obras de infraestructura, en el canal las preguntas anteriores se responden mediante un proyecto en el cual se elige el caudal de diseo (cunto) el cual puede ser constante, el rgimen de exploracin (cundo), el trazado (por dnde), el revestimiento (sobre qu y con qu se apoya), la seccin tipo (calculo hidrulico) y se proyectan quizs medidas para evitar la entrada de sedimentos o su decantacin en un desarenador (apoyo de una obra).

1.3 GASTO O CAUDAL DE UN RO

El ro por el contrario no hay determinaciones previas, las respuestas son en todo caso objeto de estudio de la hidrolgia, la geomorfologa, la hidrulica martima y otros

apoyos de estudio, el caudal de un ro es siempre variable segn el rgimen hidrolgico de la cuenca, en una escala de tiempo estacional o bien restringida a un episodio meteorolgico.

1.4 LA RUGOSIDAD DE UN RO

La rugosidad de un canal es un parmetro bien definido y determinante de su capacidad. En un ro, el canal circulante y la altura del agua estn relacionados de manera ms compleja, pues existe una resistencia al flujo por el tamao del grano del material de fondo y otra aadida por las formas del fondo granular.

1.5 LAS AVENIDAS

Los ros experimentan un fenmeno extraordinario a los que se sustraen los canales: las avenidas. Durante el curso se utiliza la nocin de avenida muchas veces, como aquella situacin que crea las mayores solicitaciones: poner a prueba la estabilidad de un cauce, causa las mayores erosiones, provoca el desbordamiento o inunda, etc. En los ros grandes las avenidas son aumentos del caudal y subidas del nivel de las aguas,

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incluso graves, pero no son un fenmeno independiente. Para muchos conceptos y clculos es preciso guardar esta nocin de avenida. En estos sucesos se conjugan factores hidrolgicos (tamao pequeo de las cuencas), hidrulicos (pendiente alta de los causes) y transporte de sedimentos (gran magnitud). La avenida se puede presentar como una pared rugiente de agua y material solid. Estos fenmenos son muy

desconocidos todava.

La diversidad de los ros es tan grande como la diversidad geogrfica del mundo: el clima, el relieve, la geologa, la ecologa dan lugar a ros muy distintos entre si.

Los diseos de las obras que se construyen en los ros para suministro de agua, vertimiento de excesos, encauzamiento, como proteccin del fondo y de las mrgenes estn dentro del campo de la ingeniera de ros.

La hidrulica fluvial combina conceptos de materias afines de la hidrulica en general y otras reas de la ingeniera como la hidrulica clsica bsica, la hidrologa, hidrulica martima, los estudios de geotecnia, topografa, fotogrametra, los transportes y la ingeniera de transito, geomorfologa y transporte de sedimentos, biologa, etc.

1.6 RGIMEN DE UN RO

Las aguas que discurren por la superficie de las tierras emergidas son muy importantes para los seres vivos, a pesar de que suponen una nfima parte del total de agua que hay en el planeta. Su importancia reside en la proporcin de sales que llevan disueltas, muy pequea en comparacin con las aguas marinas. Por eso decimos que se trata de agua dulce. En general proceden directamente de las precipitaciones que caen desde las nubes o de los depsitos que estas forman. Siguiendo la fuerza de la gravedad, los ros discurren hasta desembocar en el mar o en zonas sin salida que llamamos lagos.

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En los cauces de rgimen tranquilo , tambin denominados de llanura, las aguas se desbordan cuando los caudales de creciente superan la capacidad a cauce lleno. Por su lado en los tramos de rgimen torrencial o de montaa, se presentan principalmente fenmenos de socavacin de fondo y erosin de mrgenes. 1.6.1 El curso de los ros Los ros nacen en manantiales a partir de aguas subterrneas que salen a la superficie o en lugares en los que se funden los glaciares. A partir de su nacimiento siguen la pendiente del terreno hasta llegar al mar. Un ro con sus afluentes drena una zona llamada "cuenca hidrogrfica". Desde su nacimiento en una zona montaosa y alta hasta su desembocadura en el mar, el ro suele ir disminuyendo su pendiente. Normalmente la pendiente es fuerte en el primer tramo del ro (curso alto), y muy suave cuando se acerca a la desembocadura (curso bajo). Entre las dos suele haber una pendiente moderada (curso medio). Los ros sufren variaciones en su caudal, que aumenta en las estaciones lluviosas o de deshielo y disminuye en las secas. Las crecidas pueden ser graduales o muy bruscas, dando lugar a inundaciones catastrficas. 1.6.2 Rgimen hidrolgico Las variaciones de caudal definen el rgimen hidrolgico de un ro. Las variaciones temporales se dan durante o despus de las tormentas. En casos extremos se puede producir la crecida cuando el aporte de agua es mayor que la capacidad del ro para evacuarla, desbordndose y cubriendo las zonas llanas prximas. El agua que circula bajo tierra (caudal basal) tarda mucho ms en alimentar el caudal del ro y puede llegar a l das, semanas o meses despus de la lluvia que gener la escorrenta. Si no llueve en absoluto o la media de las precipitaciones es inferior a lo normal durante largos periodos de tiempo, el ro puede llegar a secarse cuando el aporte de agua de lluvia acumulada en el suelo y el subsuelo reduzca el caudal basal a cero. Esto puede

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tener consecuencias desastrosas para la vida del ro y sus riberas y para la gente que dependa de ste para su suministro de agua. La variacin espacial se da porque el caudal del ro aumenta aguas abajo, a medida que se van recogiendo las aguas de la cuenca de drenaje y los aportes de las cuencas de otros ros que se unen a l como afluentes. Debido a esto, el ro suele ser pequeo en las montaas, cerca de su nacimiento, y mucho mayor en las tierras bajas, prximas a su desembocadura. La excepcin son los desiertos, en los que la cantidad de agua que se pierde por la filtracin o evaporacin en la atmsfera supera la cantidad que aportan las corrientes superficiales. Por ejemplo, el caudal del Nilo, que es el ro ms largo del mundo, disminuye notablemente cuando desciende desde las montaas del Sudn y Etiopa, a travs del desierto de Nubia y de Sahara, hasta el mar Mediterrneo. 1.6.3 Cauces en rgimen torrencial. El rgimen torrencial se caracteriza porque el flujo tiene una velocidad alta, el nmero de Froude Fr = v / gl es mayor que 1 y la lnea del agua se ve afectada por la

formacin de resaltos que son ocasionados por las irregularidades del fondo y de las secciones transversales.

Los ros de montaa tienen rgimen torrencial. Debido a su gran pendiente tienen una alta capacidad de transporte de sedimentos, el cual es alimentado por los procesos erosivos que se presentan en fondo y contra los taludes.

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Cuando se producen deslizamientos de los taludes existe el peligro de que se formen presas naturales en el cauce. Al romperse las presas se generan avalanchas. Son cauces con gran capacidad de arrastre de sedimentos. La cantidad de material que efectivamente transportan estos cauces depende de la conformacin del fondo y de la potencialidad de la fuente que produce los sedimentos. El lecho del ro puede ser rocoso, aluvial o de material cohesivo. En el primer caso la seccin transversal es estable; en el segundo se presenta transporte de material aluvial dentro de la capa de material suelto, y en el tercero el grado de cohesin es un factor que reduce la posibilidad de movimiento del material de fondo, en comparacin con el material aluvial del mismo tamao. La socavacin se clasifica como socavacin general y socavacin local. La general es la que se produce en lechos aluviales o cohesivos por efecto de la dinmica de la corriente y est relacionada con la conformacin del nivel de base. Es un fenmeno a largo plazo, aun cuando eventos catastrficos pueden acelerarlo. La socavacin local se presenta en sitios particulares de la corriente y es ocasionada por el paso de crecientes y por la accin de obras civiles, como obras de encauzamiento, espolones, puentes con pilas o estribos dentro del cauce, obras transversales de control, etc.

La socavacin en un tramo de una corriente natural es la suma de las dos componentes, la socavacin general y la socavacin local.

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Antes de disear obras para tratamiento de cauces es necesario conocer la magnitud de la socavacin. Para determinar la magnitud de la socavacin general se deben realizar anlisis geomorfolgicos entre puntos de control, o sea entre secciones estables. Estos anlisis se basan en el estudio de fotografas areas y cartografa de diferentes pocas, y en los cambios que se aprecien en observaciones de campo y en levantamientos topogrficos. La socavacin local tiene dos componentes, la producida por el paso de crecientes y la correspondiente a la construccin de obras civiles. Para calcular la primera existe un sinnmero de frmulas, que son modificadas continuamente por sus autores, a medida que se avanza en la experimentacin de campo. Se basan principalmente en el efecto de la fuerza tractiva sobre la carga de fondo. Para el clculo de la socavacin local por efecto de pilas y estribos de puentes, muros longitudinales, obras transversales, etc., hay necesidad de revisar las experiencias que existen en cada caso particular y las frmulas empricas que se han desarrollado. 1.6.4 Cauces en rgimen tranquilo. Cuando la pendiente del cauce es pequea, o cuando el flujo en el tramo que se considera en el estudio est regulado por una curva de remanso, el rgimen es tranquilo, generalmente subcrtico. En este caso, la capacidad de transporte de sedimentos es baja, y el ro puede comenzar a depositar parte de los sedimentos de suspensin y de fondo que trae desde zonas de mayor capacidad de transporte. La metodologa que se utiliza para determinar las tasas de transporte utiliza las mismas frmulas que se han descrito para los tramos de rgimen torrencial.

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Las corrientes de llanura se caracterizan porque la pendiente es pequea, lo cual incide en una baja capacidad de transporte de sedimentos y en una tendencia a inundar reas adyacentes. El fenmeno principal que se presenta en los tramos de baja pendiente y rgimen tranquilo es de agradacin (el fenmeno denominado agradacin, que consiste en una afluencia masiva de sedimentos gruesos que elevan el nivel del cauce). La magnitud de este fenmeno puede calcularse mediante controles peridicos de los cambios que se producen en la geometra del cauce, o con realizacin de balances en tramos determinados. Para realizar los balances deben medirse los volmenes de sedimentos que entran y salen del tramo. Los fenmenos combinados de erosin y agradacin generan cambios en la configuracin del fondo, y formacin de brazos e islas. Estos cambios sern ms grandes entre mayores sean las tasas de transporte, y pueden producir modificaciones importantes en el rgimen de flujo durante los perodos crticos de estiaje y crecientes. Cuando el ro recorre un tramo plano, de llanura, existe una posibilidad grande de que se presenten desbordamientos, los cuales ocupan la zona plana adyacente, o llanura de inundacin. Las cotas mximas de agua en condiciones de creciente se calculan por medio de frmulas de flujo variado en canales de seccin compuesta. Las cotas calculadas, ms el borde libre, permiten definir sobre la cartografa de la zona la magnitud de la zona inundable para diferentes niveles de probabilidad, en condiciones de desborde no controlado. 1.7 ESTUDIOS DE LA HIDRAULICA FLUVIAL E INGENIERIA DE ROS.

Corrientes naturales Transporte de sedimentos en ros Estudios para diseo de puentes y de cruces subfluviales. Control de inundaciones Avalanchas Dinmica de los cauces Obras Fluviales

Hidrulica de RosLa Hidrulica Fluvial combina conceptos de Hidrologa, Hidrulica

21 General,

Geomorfologa y Transporte de sedimentos. Estudia el comportamiento hidrulico de los ros en lo que se refiere a los caudales y niveles medios y extremos, las velocidades de flujo, las variaciones del fondo por socavacin y sedimentacin, la capacidad de transporte de sedimentos y los ataques contra las mrgenes. Los diseos de las obras que se construyen en los ros para suministro de agua, vertimiento de excesos, encauzamiento, proteccin del fondo y de las mrgenes estn dentro del campo de la Ingeniera de Ros. 1.7.1 Transporte de sedimentos en ros. El proceso de produccin de sedimentos en las cuencas y su transporte por parte de las corrientes naturales es muy complejo. La cuantificacin de los sedimentos para proyectos de Ingeniera se basa actualmente en mediciones y en la aplicacin de mtodos empricos.

1.7.2 Corrientes naturales. Las corrientes de montaa tienen altas pendientes y gran capacidad de transporte de sedimentos; adems, generan fenmenos importantes de socavacin de fondo y de ataques contra las mrgenes. En las corrientes de llanura tambin existen procesos de transporte de slidos, socavacin y ataques contra las mrgenes en magnitudes relativamente moderadas; sin embargo, los depsitos de sedimentos que llegan de las

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partes altas y los aumentos de nivel por baja velocidad del agua inciden en los desbordamientos y en la inundacin de zonas aledaas. 1.7.3 Estudios para diseo de puentes y de cruces subfluviales. Los estudios de Hidrulica Fluvial para diseo de puentes y de cruces subfluviales utilizan informacin y procedimientos similares, pero los resultados que se buscan son particulares de cada caso. Los puentes se utilizan para salvar depresiones o cruzar corrientes naturales en sistemas carreteros, peatonales, ferroviarios, de conduccin de agua y oleoductos. Los objetivos de los estudios hidrulicos son el dimensionamiento del puente en lo referente a altura y luces, el encauzamiento de la corriente y la proteccin de estribos y pilas contra socavacin y ataques de la corriente.

Los cruces subfluviales tienen mucho uso en el transporte de agua y en los oleoductos porque resultan a veces menos costosos y ms seguros que los puentes. En este caso los objetivos de los estudios hidrulicos son la determinacin de la profundidad que debe tener el conducto por debajo del lecho de la corriente y la seguridad de las instalaciones que conectan el paso subfluvial con los tramos de llegada al cruce y salida del mismo. Para la determinacin de la profundidad que debe tener el conducto por debajo del lecho es necesario realizar estudios hidrulicos de la corriente y estimar profundidades de socavacin. Para la seguridad de las instalaciones de conexin se deben analizar los niveles mximos de la corriente y las protecciones de las

Hidrulica de Rosmrgenes.

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Por medio de la Hidrologa se analiza la cuenca vertiente y se cuantifican los regmenes de Caudales, Niveles y Sedimentos del ro en el tramo de influencia de la obra. Combina conocimientos de Hidrologa General, Transporte de Sedimentos y Corrientes naturales, entre otros. Los estudios de Hidrulica contienen los aspectos de Hidrulica Fluvial que tienen que ver con las caractersticas del ponteadero o del sitio del cruce, la relacin Nivel-Caudal en el cauce, las velocidades y las trayectorias del flujo, la geomorfologa del cauce y las magnitudes de las fuerzas que afectan el fondo del cauce, las mrgenes y la estructura de la obra. La determinacin de las variables Hidrulicas se basa en el anlisis de la informacin Hidrolgica, en los registros de los levantamientos topogrficos, en los anlisis granulomtricos y de clasificacin de muestras del material que conforma el lecho y las orillas del cauce, y en los estudios de Geotecnia y de Geomorfologa que deben desarrollarse paralelamente con el estudio de Hidrulica Fluvial. Por ltimo, en el estudio de Socavacin se hace un pronstico de las variaciones que pueden

presentarse en el futuro en la geometra de la seccin transversal del cauce en el sector del ponteadero o del cruce; estas variaciones dependen de la conformacin del lecho y de las mrgenes, de la pendiente del cauce, del paso de crecientes extraordinarias y de la localizacin del cruce dentro del cauce.

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros1.7.4 Control de inundaciones.

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Las inundaciones son eventos que se presentan por desbordamiento en los tramos bajos de las corrientes naturales donde la pendiente del cauce es pequea y la capacidad de transporte de sedimentos es reducida. La definicin de las zonas inundables est relacionada con el concepto de "ronda". Esta es una franja en la cual quedan incluidos el cauce mayor y una zona de seguridad. Por fuera de la "ronda" quedan las planicies que son potencialmente inundables durante las crecientes extraordinarias. En la mayora de los casos las inundaciones que son producidas por crecientes extraordinarias no pueden evitarse y entonces se procede a mitigar sus efectos mediante los mtodos de Control de Inundaciones.

Hidrulica de Ros1.7.5 Avalanchas.

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Aunque el trmino Avalanchas se refiere a los aludes de nieve, su nombre es utilizado comnmente para designar los flujos de agua con lodos y detritos que ocurren en los cauces de los ros como eventos extraordinarios por causa de sismos, erupciones volcnicas o lluvias intensas. Cuando las avalanchas se generan por erupciones volcnicas en picos nevados reciben el nombre de lahares.

1.7.6 Dinmica de los cauces. La dinmica de los cauces depende de su caracterizacin hidrulica, la cual se basa en los siguientes aspectos:

Geometra del cauce. Rgimen de flujo. Viscosidad del agua. Capacidad de transporte de sedimentos. Posibilidad de desbordamientos.

Morfologa, Tcnicas de Medicin y Muestreo en Ros

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La geometra del cauce est representada por la pendiente longitudinal y por las caractersticas de la seccin transversal. Pendiente longitudinal. En cauces naturales la pendiente longitudinal se mide a lo largo de la lnea del agua, debido a que el fondo no es una buena referencia, tanto por su inestabilidad como por sus irregularidades. La pendiente de la lnea del agua vara con la magnitud del caudal, y esa variacin es importante cuando se presentan cambios grandes del caudal en tiempos cortos, por ejemplo al paso de crecientes. Los perodos que tienen un caudal ms o menos estable es posible relacionar las pendientes con los caudales utilizando registros de aforos. Seccin transversal. En los cauces naturales las secciones transversales son irregulares y la medicin de sus caractersticas geomtricas se realiza con levantamientos batimtricos.

Hidrulica de Ros

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El rgimen de flujo en un tramo particular de una corriente natural se clasifica en funcin del Nmero de Froude, NF, el cual es una relacin adimensional entre fuerzas de inercia y de gravedad. En el rgimen supercrtico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de cauces de gran pendiente o ros de montaa. El flujo subcrtico (NF