Aunque tales estructuraso pequenos embalses permiten que pase parte del sedimento, la

porcion que viaja hacia 1!luas abajo es el sedimento mas finamente gradado que no causa

dafios severos. EI sedi~to grueso permanece atrapadoen el embalse. La figura 32

muestra un esquema tipilo de este tipo de estructuras.

-. ~-.;~c~,.11 /' 1e

t I H2 . L . H r----.t...=--.- ­11 " ,' cA1---· --~

\ ' \_ m _~

I I

\f--_~_m 1 .. II.. L

Fig~ 33. Trampas de sedimentos.

En la figura, H es la altura de la presa, m el espaciamiento entre presas, L es la longitud del

tramo a controlar, ctesla pendiente original del terreno 0 perfil dellecho (S = tan C(); (3es

la pendiente del terren~ despues de las obras, 0 perfil final del terren~ . La altura, H Y el

espaciamiento, m se pueden calcular con las siguientes ecuaciones :

H = H1 - H2 = m (tan ex - tan (3 )

n = L (tan ct - tan (3) I H Lim

75

En general, es conveniente atrapar los sedimentos cuando la capacidad de transporte del

cauce es menor que la cantidad de sedimentos que esta recibiendo (sobrecarga), 6 cuando

se quiere proteger estructuras 0 proyectos localizados aguas abajo si el cauce tiene una

capacidad de transporte alta. Estas presas se colocan principalmente en las cabeceras de

rios, especial mente en tramos donde la erosion acelerada pueda provocar, aguas abajo,

una sedimentaci6n desfavorable

Se pueden considerar tambien como estructuras de control de gradiente, ya que al

absorver energra del flujo se disminuye la capacidad de este para transportar sedimentos y

se frena asr la degradacion del lecho. Funcionan sumergidos la mayor parte del tiempo.

Se construyen en serie y ' su cresta, altura y espaciamiento puede ser optimizado.

Generalmente se construyen con material permeable para aliviar presiones y permitir el

paso del agua y sedimento fino.

Planta Hidroetectrica del rio Anchicaya. Problema de Sedimentacion del Embalse (Primer

Seminario Latinoamericano sobre presas y embalses, tomo 1).

EI embalse esta ubicado en el canon del rio Anchicaya, en el Valle del Cauca, a 90 km de

Cali y 50 km de Buenaventura. La cuenca de drenaje posee condiciones climatol6g:cas

altamente tropicales, altamente humedas caracterizadas por perfodos lIuviosos muy

intensos durante la mayor parte del ano (4800 mmjano).

Aportan al embalse el rio Anchicaya (65 %) Y el rio Oagua (35 %). EI primero drena una

cuenca de 777 km2, casi en su totalidad cubierta de selva; se clasifica como un rio

torrencial de altas pendientes (caudales pico rapidos y de gran magnitud) . Solo 60 km de

longitud con una diferencia de cotas desde 3.000 msnm en su nacimiento hasta el nivel del

mar en el oceano Pacifico. EI rio Oagua presenta alta erosion debida principal mente a la

deforestacion y a la colonizaci6n por la apertura de la carretera que conduce a Simon

Bolivar.

En el sitio de presa se encuentra rocadura; el resto del embalse y de la cuenca tributaria 10

constituye raca fracttJrada e inestable (esquisto azul) . Las vertientes presentan pendientes

de 450

, con frecuentes deslizamientos, movimientos de piedra grande que no pueden ser

removidos con operaciones de dragado. Todo esto contribuy6 a que se presentaran en el

76

embalse altas tasas de sedimentacion que Ie restaron capacidad en una forma

exageradamente rapida.

Desde su puesta en marcha en Abril de 1955, can una capacidad total de 5,1 x 106 m3 y un

volumen util de 2,3 x 106 m3, hasta Octubre de 1957 se habia perdido el 26.5% de la

capacidad total. En ese momenta se iniciaron las acciones para contrarrestar el problema.

Se recomendo construir dos pequerios azudes en el rio· Dagua, para contener aluviones; el

primero de 9 m de altura ya 100 m de la desembocadura en el rio Anchicaya. En el mismo

ario. terminada su construccion en 1958, el nivel de sedimentaci6n subia cuatro metros par

encima del piso original del cauce y tres arias despues, se·lleno totalmente de sedimentos,

habiendo atrapado 125.000 m3. EI segundo azud, can las mismas caracteristicas del

anterior, retuvo 150.000 m3 de grava pesada, gravilla y arena hasta su colmatacion en

1962.

Se propuso luego la instalacion de una draga en el embalse para recuperar la capacidad

inicial, que en 1962 estaba ya reducida en un 40 %. La draga extraia material del embalse

(250-300 m3 de solid as par hora de operacion) desde profundidades de 25 m y 10

depasitaba en un tunel de descarga de la tuberfa. Rapidamente se fueron incrementando

los tiempos de dragado hasta lIegar a una operacion continua. A pesar de la operacion

diaria continua y de la permanente vigilancia y conservacion de la hoya, el problema de

sedimentacion continuo a tasas alarmantes.

En 1973, el embalse estaba practicamente colmatado; solo tenia el 3% de la capacidad

inicial. Entre 1974 y 1976, se electrifico la draga para aumentar su eficiencia y se logro

recuperar el 20 % del volumen inicial.

4.7. CONTROL DE LA NAVEGACION.

La necesidad de un media de transporte mas barato para carga pesada (hierro, acero,

carbon, arenas, gravas, automoviles, etc.), exige 0 demanda la navegabilidad de corrientes.

77

EI costo de navegaci6n se mide en $/ton milia. Una ton milia representa el producto de una

tonelada de carga transportada en una milia. Aunque los costos promedios son mas bajos

que cualquier otro medio de trans porte de carga, se tienen las siguientes desventajas:

transporte mas lento; areas grandes sin corrientes navegables; el oleaje ocasiona

inestabilidad en las bancas.

4.7.1. Requerimientos para fa navegabilidad. EI criterio que finalmente controla es la

economfa. Los factores ffsicos son: la profundidad y ancho del canal (limitan el calado y

manga de las embarcaciones) , el alineamiento, el tiempo de transito, la velocidad de la

corriente, las estructuras terminales. EI costo de un viaje entre dos terminales es la suma

del costo de combustible. las cargas fijas y otros costos de operaci6n que dependen del

tiempo de transito.

EI transporte comercial se realiza generalmente por medio de vapores (1 a 10) empujados

por un remolcador. La carga que pueden transportar depende del canal (profundidad en la

secci6n menos profunda de la ruta) .

Los costos de potencia disminuyen en proporci6n inversa con la profundidad 0 distancia

entre el fondo del planch6n y el fondo del canal. La fuerza de arrastre (fue/za de dragado 6

resistencia al movimiento) aumenta cuando el planch6n esta muy cerca del fondo; el costo

de combustible es mayor (para vencer la resistencia).

La velocidad normal de un buque cargado en agua quieta es de 3 m/s; buques no

comerciales pueden alcanzar velocidades hasta de 5.5m/s (20 km/hr) . Si la velocidad es

alta y la profundiad pequefia se crean presiones negativas debajo del bote.

EI alineamiento del canal y el ancho de la secci6n limitan el numero de vapores, asf como el

tiempo en transito. Se requieren entonces canales anchos con radios de curvatura amplios.

4.7.2. Tecnicas de control de la navegabilidad. Si el movimiento lateral del canal esta

restringuido. (controles geol6gicos, urbanos) debe anticiparse el movimiento vertical:

- Dragado en el caso que se presente sobrecarga de sedimentos.

78

- Alineamiento para fac:iitar arrastre del material en exceso.

·Contracci6n del can(j para garantizar mayor profundidad.

- Controlar agradaci6n 0 degradaci6n por medio de estructuras 0 procesos de formaci6n

de armaduras; esto se controla conociendo donde, cuando y cuanta grava se

remueve para prop6sitos comerciales.

Pendientes fuertes se pueden mejorar con diques .

.Se debe incorporar material cohesivo en estructuras de control.

EI control hidraulico se garantiza basicamente con una buena geometria. Las orillas y

estructuras de control d~ben estar alineadas en la corriente. EI nivel de banca lIena debe

ser aproximado a la elevaci6n normal de la planicie.

En tramos rectos no hay control natural sobre la direcci6n del flujo y el sedimento se mueve

erraticamente. Se necesitan muchas mas estructuras de control para adecuar los tramos

rectos a las exigencias de la navegaci6n. Cualquier tramo recto presenta problemas de

navegaci6n y entre mas largo sea mayores son los problemas. Puede, por ejemplo, usarse

espolones para dirigir los caudales bajos hacia el centro del canal principal con el fin de

garantizar la estabilidad de puntos de cruce; diques inclinados para aumentar nivel de las

bancas y controles en el ancho del canal.

La longitud del cruce, L, (entre pozos y orillas opuestas) debe ser aproximadamente el

ancho promedio del canal a banca lIena. Los puntos de cruce no deberfan moverse nunca.

En el rio Mississippi el ancho de los cruces es de una milia; la distancia entre pozos es

tambien de una milia.

La barra de aguas abajo es el control principal para la pendiente y para el movimiento de

los sedimentos; por tanto, el radio de curvatura rc, ancho de la barra, elevaci6n de la barra

aguas abajo, no deberian crear curvas de remanso que alteren la pendiente. La barra de

aguas arriba es fuente de sedimentos al cruce; deben eliminarse radios de curvatura que

permitan que los flujos altos se dirigan hacia esa barra.

79

EI radio de curvatura debe ser aproximadamente constante. Si rc aumenta 0 disminuye, la

corriente hara su cauce y podra causar divisi6n del flujo. Si rc < rcmax se presentara

socavacion, formatiOn de barras, division del flujo. Si rc > rcmax, se presentara divagaci6n

y canales multiples.

~n alineamiento sinuoso es la mejor forma para un cauce aluvial. La sinuosidad esta

relacionada con la pendiente y el tamafio medio del material del fondo.

4.7.3. Metodos para diseftar canales navegables. Metodo del canal abierto,

canalizaciones, sistema de presas y esclusas 0 una combinacion de . .'os metodos anteriores

ya que raramente se presenta la posibilidad de un solo metoclo en toda la ruta navegable.

4.7.3.1. Metodo del canal abierto. Los requerimientos esenciales son : disponer de

caudales suficientes para garantizar navegabilidad gran parte del ana; de secciones

tranversales amplias 10 suficiente para las maniobras del planch6n; de radios de curvatura

amplios en un alineamiento sinuoso; de pendiente del canal planas para que no se

presenten velocidades excesivas; de un tratamiento satisfactorio del material del lecho y

oancas.

Sin embargo algunos de los facto res admiten controles, por ejemplo, los caudales pueden

ser regulados mediante embalses, los codos pueden ser alineados mediante atajos (pera

se aumentaria la pendiente y la velocidad mas alia de los IImites permisibles).

4.7.3.2. Presas y esclusas. Se usa este sistema cuando hay condiciones desfavorables

para canales abiertos. Consiste en una serie de presas y esclusas que se mantienen si hay

flujo suficiente para suministrar agua para el lIenado de las esclusas y para perdidas por

evaporacion que son apreciables.

Se garantizan bajas velocidades por el efeeto de remanso detras de las presas. No es

reeomendable si se lienen en el canal altas eargas de sedimentos pues eolmatada

rapidamente las piscinas. EI costa es mayor que el metodo anterior principal mente por el

area sujeta a inundaeion.

80

Los requerimientos esenciales para este· sistema son: condiciones no favorables para el

metoda de canales abiertos; bajo transporte de sedimentos; sitios favorables para presas.

4.7.3.3. Canalizacion. Se usa cuando al canalizar un tramo corto se abre la posibilidad de

un largo camino de navegaci6n.

4.7.4. Obras y mecanismos de control. Las obras y mecanismos requeridos por los

metodos anteriores comprenden embalses de regulaci6n. dragado. obras de contracci6n.

de estabilizaci6n de bancas. obras para control del alineamiento. obras terminales ..

4.7.4.1. Emba/ses de regu/acion. EI objetivo es garantizar un caudal suficiente durante el

ano para facilitar la navegaci6n.

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Figura 34. Capacidad de un embalse de regulaci6n para navegaci6n

4.7.4.2. Dragado. EI objetivo es limpiar barras y acumulaciones en el canal ; mantener el f.>

f1ujo y la profundidad requeridos en los cruces; controlar la posici6n y la magnitud del

angulo entre aguas altas y aguas bajas.

Para un dragado efectivo se requiere conocer el tamano del material a dragar; disponer el

material dragado en vagones u otros sitios fuera del canal donde no haya riesgo de que

81

regrese al canal ni cause problemas en zonas aledarias (inestabilidad); disponer de equipos

necesarios (dragalinas) para garantizar las tasas de dragado requeridas; considerar

impactos ambientales adversos.

4.7.4.3. Obras de contraccion. EI objetivo es contraer el flujo a una secci6n mas estrecha

y mas profunda. Se requieren cuando se tiene material granular grueso, canales anchos y

poco profundos que dan lugar a flujo dividido durante epocas de caudales medios a bajos.

L1 figura 35 muestra un esquema tfpico de las obras requeridas para lograr la contracci6n

del canal. Las estructuras mostradas tambiem funcionan como estructuras de estabilizaci6n

de la banca exterior; en el esquema, la contracci6n se logra mediante diques marginales

permeables cuyo espaciamiento esta controlado por la longitud necesaria para que no haya

flujo hacia el dique ni hacia la banca que se esta protegiendo. La longitud de los diques es

variable y depende del ancho efectivo de la secci6n contrafda. Para lograr un mayor

espaciamiento entre los diques y una contracci6n mas efectiva del ancho de la corriente, se

hincan pilas de madera 0 metal, con material permeable de relleno entre elias.

Pllas con material Diques marQlnale9 ,. permeable de ralieno permeable3 entre eli03.

Figura 35. Obras de contracci6n en un canal navegable.

" "

4.7.4.4. Estabilizacion de bancas. Los criterios y estructuras requeridas se describen en

la secci6n 4.3. Pueden hacerse mediante diques marginales, revestimiento con placas de

concreto (en el rio Mississippi, 7.5 m de largo, ,1 ,2 m de ancho, 7.5 em de espesor y 2.5 em

de espaciamiento).

82

4.7.4.5. Presas y esclusas. Su fin es mantener una profundidad adecuada mejor

almacenar agua; dependiendo de las condicionestopograticas puede utilizarse compuertas

sin presas. EI tamano y diseno de las esclusas depende del sistema de IIenado y vaciado.

La figura 36 muestra un esquema de funcionamiento de unas esclusas

Figura 36. Esquema de funcionamiento de una esclusa

EI canal de Panama fue abierto a la navegaci6n mundial el 15 de agosto de 1914. Tiene una

longitud de 80 km desde las aguas profundas del oceano Atlantico a las del Pacifico.

El promedio de tiempo que permanecen los barcos en aguas del canal es de unas 16

horas. Sus caracterfsticas principales son los dos puertos terminales (Bahfa Limon en el

Atlantico y Balboa en el Pacifico); dos secciones cortas de cauce a nivel del mar, una en

cada extremo; los tres juegos de esclusas gemelas (esclusas de Gatun, esclusas de Pedro

Miguel y esclusas de Miraflores) ; el lago Gatun y el Corte Gaillard, antes Corte Culebra

(excavacion en roca salida) .

Una nave que entra al canal desde el Atlantico, penetra al cauce desde la Bahfa de Limon,

despues de pasar par el rompeolas Crist6bal. La seccion a nivel del mar en el sector del

Atlantico tiene un poco mas de 10 km de largo. Las naves son elevadas (0 bajadas) unos 26

m a traves de las tres camaras de las Esclusas de Gatun . Cada camara tiene 304.8 m de

largo y 33.5 m de ancho. EI largo de las esclusas de Gatun, incluyendo las paredes de

acceso, es de casi dos km.

83

Los buques navegan casi 4tl km, desde las esclusas de Gatun hasta el corte Gaillard, a

traves del lago Gatun que es uno de los lagos artificiales mas grandes del mundo, a una

altura de 26 m s n m.

EI recorrido de 15 km a traves del corte Gaillard se inicia en la confluencia del rio Chagres

(que alimenta ellago Gatun) con el cauce del canal, en Gamboa. EI buque en trilnsito entra

a las esclusas de Pedro MigJel , en el extremo sur del Corte Gaillard; allf es bajado unos 8

m en un solo paso, al nivel del Lago Miraflores; este es un embalse que separa los dos

juegos de esclusas del Pacfico. La nave bafa los ultimos dos escalones, hasta el nivel del

mar, en las esclusas de Miraflores que tienen un poco mas de ) 600 m de largo. Las

compuertas de Miraflores son las mas altas de todo el sistema debido a las marcadas

variaciones en las mareas del Pacifico (dos altas y dos bajas cad a dia, con una variaci6n

extrema de poco menos de siete metros, mientras que en el Atlantico la variaci6n extrema

es de poco menos de un metro)

' Cada camara de las esclusas contiene unos 250.000 metros cubicos de agua. No se usan

bombas para IIenar 0 vaciar las camaras de las esclusas . . EI principio que se util iza es la

fuerza de la gravedad del agua que fluye desde el Lago Gatun, que esta a 26 m sobre el

nivel del mar. EI agua f1uye de un nivel a otro a traves de alcantarillas de 5.48 m de

diametro, situadas dentro de las paredes centrales y laterales de las esciusas. Luego, por

una red de alcantarillas un poco mas pequenas, que carren debajo del piso de concreto de

las camaras, el agua surge desde el fondo de las mismas

Las compuertas, situadas a.cada extremo de las camaras, son estructuras de acero de 20 m

de ancho, y mas de dos metros de espesar

84

5. CONCLUSIONES

Tradicionalmente, el ingeniero civil ha enfrentado los problemas fluviales apoyandose en las

teorfas .y formulaciones clasicas de la hidraulica de canales abiertos de lecho rigido. Son

muchas las variables que condicionan el comportamiento dinamico de un rio; cuantificarlas

para involucrarlas en un determinado modele matematico que represente el

comportamiento del rio es bastante diffcil y costoso, perc es aun mas diffcil conjugarlas de

tal modo que se pueda obter.ler una buena soluci6n analftica.

Aun los modelos matematicos tienen dificultad para manejar fond os m6viles, erodabilidad

del lecho y orillas, capacidad de transporte de sedimentos y cambios morfol6gicos de un

cauce natural ; es por ,eso que el ingeniero de rios debe apoyarse en la 16gica antes que en

las matematicas para resolver un determinado problema.

Con frecuencia se pide al ingeniero disenar obras de control fluvialpartiencio de una

informaci6n muy escasa (casi nunca se tienen registros de caudal s6lido, par ejemplo), y

general mente el problema requiere una soluci6n inmediata, por 10 cual se acude a analizar

situaciones similares que conllevan a adoptar soluciones trpicas. En la practica, no hay dos

problemas fl.uviales iguales porque cada rio es diferente de otro; cada cuenca tiene su

manera particular de responder ante las acciones naturales y las antr6picas que se Ie han

impuesto. Ademas, en un momenta dado, el rio como eje del sistema fluvial, puede estar en

un proceso de ajuste diferente al de otro rio para el cual, alguna soluci6n impuesta, puede

haber side eficaz.

Un conocimiento hist6rico de los cambios ocurridos en la cuenca (originados por acciones

impuestas natural 0 artificialmente), es necesario para evaluar la respuesta futura del rio a

las nuevas condiciones. Se requiere

85

El rio crea sus propias formas de disipar energfa para viajar sin danar su cauce; las

acciones antr6picas interfieren con este proceso y es cuando se da el desequilibrio. Se

requiere conocer el proceso de ajuste que esta viviendo el rio para plantear una solucion

que no interfiera. No hacer nada puede ser mas ventajoso en un determinado momento (si

la corriente no es muy dinamica 0 el proceso de ajuste de ese momento esta casi logrado).

Eso significa que el rio debe recuperarse par si mismo.

La relacion ancho/profundidad es una medida de la eficiencia del rio. Si este parametro

dlsminuye notable mente de una secciorr a otra contigua, indica que el rio esta perdiendo

habilidad para transportar el sedimento que-Ie IIega.

Son los materiales de fondo los que modifican el cauce de una corriente; ellos se depositan

o se dejan arrastrar segun sean las condiciones de flujo. La carga del lecho es una medida

de la capacidad de transporte de una carriente. EI sedimento suspendido (por la acci6n de

las fuerzas del agua en movimiento) no participa en la formaci6n del regimen del rio en el

momento del muestreo, pued·e viajar indefinidamente suspendido en el flujo 0 puede estar

proximo a depositarse. Las medidas de sedimento en sClspension pueden indicar el grado

de erosion aguas arriba. Estructuras de tierra refarzada, eficaces para control de erosion,

armonizan con el medio ambiente.

Una buena geometrfa implica mantenimiento minimo. Con frecuencia los cam bios bruscos

en la geologfa coinciden con los cambios bruscos en la geometrfa; cualquier solucion debe

tener en cuenta tanto los controles geologicos para el cauce como los controles controles

hidraulicos para el f1ujo .

Se debe analizar la respuesta del sistema antes de proponer una alternativa de solucion;

despues que se ha implementado una solucion determinada se debe evaluar

peri6dicamente el trabajo (monitoreo), para verificar que la estructura esta cumpliendo los

objetivos para los cuales fue diseriada. No hay diserio infalible; es posible corregir un

diserio antes de que la estructura pase a ser inadecuada.

Los materiales de construccion y la mana de obra deben ser, en 10 posibJe, de la regi6n.

Se debe minimizar el impacto sobre el medio ambiente. Estructuras dgidas requieren

86