RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE OBRAS...

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RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE OBRAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE CAUCES

CATHERINE BUITRAGO BUITRAGO DIANA MARCELA OCHOA PARRA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ

2013

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RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE OBRAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE CAUCES

CATHERINE BUITRAGO BUITRAGO DIANA MARCELA OCHOA PARRA

Tesis para obtener el Título de Especialista en Recursos Hídricos

Director: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO Coordinador de la Especialización en Recursos Hídricos

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS BOGOTÁ

2013

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Nota de aceptación El proyectos final titulado “RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE OBRAS DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE INUNDACIONES”, Presentado por Catherine Buitrago B. y Diana Marcela Ochoa P., en cumplimiento del requisito para optar al título de Especialistas en Recurso Hídrico fue aprobado por el director del proyecto:

Firma Jurado

Firma Coordinador y Revisor Metodológico

Bogotá, 25 de Septiembre de 2013

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CONTENIDO

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ...................................................... 1

1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................................................. 1 1.1.1 Drenaje Subterráneo de Estructuras de Contención ................................................................................. 1 1.1.2 Hidráulica de Ríos ....................................................................................................................................... 1 1.1.3 Manual de Ingeniería de Ríos Capitulo 14 Estabilización y Rectificación de Ríos ....................................... 2 1.1.4 Manual de Ingeniería de Ríos Capitulo 15 Control de Inundaciones .......................................................... 2 1.1.5 Control de Erosión en Zonas Tropicales ..................................................................................................... 2 1.1.6 Obras de Protección Contra Inundaciones – Cuadernos de Investigación No.49 ...................................... 2

2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 4

2.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................................................... 4

2.2 Objetivos Específicos .................................................................................................................................... 4

3. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................... 5

3.1 CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA .................................................................................... 5 3.1.1 Área de la cuenca ....................................................................................................................................... 6 3.1.2 Pendiente del cauce ................................................................................................................................... 6 3.1.3 Longitud de la cuenca ................................................................................................................................. 7 3.1.4 Jerarquización de la Cuenca ....................................................................................................................... 7

3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS RÍOS ......................................................................................................................... 8 3.2.1 Clasificación geológica de los ríos ............................................................................................................... 8 3.2.2 Clasificación de los ríos según su Geometría ............................................................................................ 13

3.3 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS DE LOS RÍOS ............................................................................................. 16 3.3.1 Tamaño del cauce ..................................................................................................................................... 16 3.3.2 Duración de una corriente ........................................................................................................................ 18 3.3.3 Material del lecho ..................................................................................................................................... 19 3.3.4 Conformación del Valle ............................................................................................................................ 19 3.3.5 Llanuras de inundación ............................................................................................................................. 20 3.3.6 Diques naturales (albardones) .................................................................................................................. 21 3.3.7 Contornos del río y vegetación ................................................................................................................. 22 3.3.8 Sinuosidad ................................................................................................................................................ 23 3.3.9 Variabilidad del ancho y desarrollo de barras .......................................................................................... 23

4. OBRAS EN CORRIENTES NATURALES .................................................................................. 25

4.1 OBRAS TRANSVERSALES PARA CONTROL DE INUNDACIONES ..................................................................... 25 4.1.1 Presas ....................................................................................................................................................... 25 4.1.2 Disipadores ............................................................................................................................................... 27 4.1.3 Barreras de Sedimentos ........................................................................................................................... 29 4.1.4 Diques de retención ................................................................................................................................. 31

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4.2 OBRAS LONGITUDINALES DE PROTECCIÓN ................................................................................................. 33 4.2.1 Espigones .................................................................................................................................................. 33 4.2.2 Gaviones ................................................................................................................................................... 37 4.2.3 Diques marginales: ................................................................................................................................... 38 4.2.4 Enrocado de protección: .......................................................................................................................... 39

5. MATERIALES DE OBRAS DE PROTECCIÓN ......................................................................... 41

5.1 FAJINAS PREFABRICADAS ........................................................................................................................... 41

5.2 ROLLOS DE PAJA (STRAW ROLLS) ................................................................................................................ 41

5.3 ATADOS DE PAJA (STRAW BALES) ............................................................................................................... 42

5.4 ROLLOS O FAJINAS PREFABRICADAS CON FIBRAS DE COCO ........................................................................ 43

5.5 ADOQUINES ................................................................................................................................................ 44

5.6 BLOQUES DE CONCRETO UNIDOS POR CABLES ........................................................................................... 44

5.7 BOLSACRETOS ............................................................................................................................................. 46

5.8 REVESTIMIENTOS........................................................................................................................................ 46

5.9 GEOSINTÉTICOS .......................................................................................................................................... 48

5.10 GEOMEMBRANAS .................................................................................................................................. 49

5.11 GEOTEXTILES .......................................................................................................................................... 50 5.11.1 Los geotextiles no tejidos: ................................................................................................................... 50 5.11.2 Geotextiles tejidos ............................................................................................................................... 51

5.12 GEOMALLAS O GEOGRILLA ..................................................................................................................... 52

5.13 GEOTUBOS ............................................................................................................................................. 54 5.13.1 Relleno de los geotubos ....................................................................................................................... 54

5.14 TEJIDOS ORGÁNICOS .............................................................................................................................. 55 5.14.1 Tejidos de Yute .................................................................................................................................... 55 5.14.2 Tejidos de Fique ................................................................................................................................... 56 5.14.3 Tejidos de fibra de coco (Coir fibers): .................................................................................................. 56

5.15 TABLESTACAS METÁLICAS ...................................................................................................................... 57

5.16 MANTO ANTISOCAVACIÓN .................................................................................................................... 57

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................... 59

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Cuenca Hidrográfica ........................................................................................ 5

Figura 2. Cuenca Hidrográfica Quebrada La Masata, Municipio de Villeta ..................... 6 Figura 3. Pendiente del Cauce ........................................................................................ 6 Figura 4. Métodos de ordenación de los segmentos y cursos fluviales (Gregory y

Walling) .................................................................................................................... 8 Figura 5. Zona de montaña, pie de monte y llanura ........................................................ 9

Figura 6. Representación esquemática de las etapas de un río ..................................... 9 Figura 7. Río de Montaña, Río Hacha, Departamento de Caquetá - Colombia ............ 10 Figura 8. Río de Piedemonte, Río Magdalena - Colombia ............................................ 11 Figura 9. Río de Llanura, Río Guaviare - Colombia ...................................................... 12 Figura 10. Cauce Recto ................................................................................................ 13

Figura 11. Cauce Trenzado ........................................................................................... 14 Figura 12. Cauce Meándrico ......................................................................................... 14

Figura 13. Cauce Anastomasados. Río Saskatchewan (Canadá) ................................ 15

Figura 14. Factores geomórficos que afectan la estabilidad de una cauce ................... 17 Figura 15. Río Efímero .................................................................................................. 18 Figura 16.Río Perenne .................................................................................................. 19

Figura 17. Llanura de inundación .................................................................................. 21 Figura 18.Diques naturales ........................................................................................... 21

Figura 19.Erosión y socavación de margen de río ........................................................ 22 Figura 20. Grados de sinuosidad .................................................................................. 23 Figura 21. Presas rompe-picos ..................................................................................... 26

Figura 22. Presa retenedora de asolves ....................................................................... 26

Figura 23. Esquema de una presa retardadora ............................................................. 27

Figura 24. Disipador esquema general ......................................................................... 28 Figura 25. Canal disipador con pantallas deflectoras .................................................... 28

Figura 26. Disipador de graderías ................................................................................. 29 Figura 27. Barrera de sedimentos ................................................................................. 30 Figura 28. Procedimiento de campo.............................................................................. 30

Figura 29. Dique de piedra sobre piedra ....................................................................... 31 Figura 30. Dique de piedra con cemento ...................................................................... 32

Figura 31. Dique de postes impregnados y sacos de tierra .......................................... 32 Figura 32. Localización general de espigones en planta............................................... 34 Figura 33. Forma de los espigones ............................................................................... 34

Figura 34. Espigones en hexápodos prefabricados ...................................................... 36

Figura 35. Espigones de bolsacreto .............................................................................. 36 Figura 36. Protección de orilla en gaviones .................................................................. 37 Figura 37. Dique marginal ............................................................................................. 39

Figura 38. Esquema enrocado de protección ................................................................ 39 Figura 39. Fajinas prefabricadas o rollos de paja .......................................................... 41 Figura 40. Rollos de paja sobre talud ............................................................................ 42 Figura 41. Rollos de fibra de coco ................................................................................. 43 Figura 42. Revestimiento en Adoquín ........................................................................... 44 Figura 43. Bloque interconectados por medio de cables............................................... 45

h

Figura 44. Bloque de concreto anclados ....................................................................... 45

Figura 45. Obra de protección en bolsacreto ................................................................ 46 Figura 46. Revestimiento de orilla un antes .................................................................. 47

Figura 47. Revestimiento de orilla un después ............................................................. 48 Figura 48. Geosintéticos ............................................................................................... 49 Figura 49. Geomenbrana margen cauce ....................................................................... 49 Figura 50. Geotextiles en orilla de cauce ...................................................................... 50 Figura 51. Geotextiles no tejidos ................................................................................... 51

Figura 52. Geotextiles tejidos ........................................................................................ 52 Figura 53. Geomallas .................................................................................................... 53 Figura 54. Geomalla sobre margen de río ..................................................................... 53 Figura 55. Geotubos control de erosión en orillas de rio ............................................... 55 Figura 56. Tejido orgánico en orilla de cauce ................................................................ 56

Figura 57. Tablestaca metálica ..................................................................................... 57 Figura 58. Manto antisocavación orilla de río ................................................................ 58

INTRODUCCIÓN

La historia de la acción del hombre sobre los cauces fluviales es tan antigua como la historia de la humanidad; los ríos son la primera fuente que el hombre aprendió a aprovechar no solamente para su abastecimiento y consumo sino también como fuente de alimento y vía de transporte. Este trabajo muestra la forma de mitigar los problemas en las márgenes de los ríos, implementando obras de protección como una solución duradera de las mismas, lo anterior como resultado de la recopilación y análisis de la información bibliográfica, para el conocimiento de las características geomorfológicas de cuencas y ríos. Siguiendo la metodología y después del análisis de información, se desarrollan las características básicas de una cuenca hidrográfica, como preámbulo para la implementación de obras de protección, donde se relacionan conceptos como área de la cuenca, longitud de la cuenca, pendiente de la cuenca y jerarquización de la cuenca. Además se identifican los ríos según su geología, geometría y aspectos geomorfológicos, donde se reconocen: los ríos de montaña (juventud), ríos de pie de monte (madurez), ríos de llanura (vejez), ríos rectos, ríos trenzados y ríos meándricos. En el capítulo 4 se mencionan algunas obras en corrientes naturales, las cuales se clasifican en obras transversales y obras longitudinales, con las que se pretende estabilizar las orillas de los ríos y atenuar los efectos de la erosión, la socavación y el transporte de sedimentos. También se encuentra consignado en este escrito los avances tecnológicos para los materiales de construcción usados en la protección de orillas de cauces, que van desde fibras naturales como el coco y la paja, pasando por prefabricados de concreto y el uso de adoquines, llegando a fibras de polipropileno usadas como son las geomallas, geotextiles, geomenbranas, entre otras. Todas estas generando soluciones, fáciles de aplicar, económicas y duraderas. Aunque este documento muestra las diferentes obras de protección de cauces, sus características y aplicación ante las condiciones geomorfológicas de los ríos, no pretende que sea un manual para el diseño, por lo que se proporciona la bibliografía, donde el lector podrá profundizar si es de su interés algún tipo específico de obra de protección en cauces.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN La humanidad se ha establecido en las riberas de los ríos y fuentes superficiales desde sus inicios, sin contemplar un panorama de riesgos consecuencia de su ubicación. Dicho desconocimiento ha generado tragedias provenientes de la ausencia de implementación de obras de protección de las orillas de las fuentes superficiales. Dado el carácter erosivo del agua, y su capacidad de remover y transportar materiales sueltos de la superficie de la tierra, el rio y su sistema de drenaje son agentes también de una serie de procesos paralelos a la conducción de agua, que tienen una marcada influencia en la geología y la geomorfología de la cuenca y en la conformación del paisaje terrestre, siendo fundamental que la comunidad y las autoridades locales dispongan de un instrumento técnico que les permita evaluar con facilidad las mejores soluciones para mitigarlos riesgos a que se exponen durante su establecimiento en las orillas de los ríos. Con el presente trabajo de grado se busca presentar una serie de conceptos que faciliten la proyección de obras de protección y control de cauces a nivel local, basado en la recopilación, organización y análisis de la información existente.

1.1 ANTECEDENTES Se revisaron varias bases de datos académicas tanto nacionales como internacionales que tuvieran relación con la idea de Indagación inicial por lo tanto se destacaron algunos como:

1.1.1 Drenaje Subterráneo de Estructuras de Contención 1 En este documento se exponen los tipos de drenajes aplicables a diferentes obras de contención, protección y estabilización de taludes y su dimensionamiento. El diseño de una obra de subdrenaje debe tener en cuenta las características físicas e hidrológicas propias del sitio en el cual será implantada, como: intensidad de la lluvia, coeficiente de permeabilidad, coeficiente de escorrentía, entre otras, dado que de ello dependerá la determinación de la necesidad de drenaje, así como la selección del tipo de obra a implementar y su magnitud.

1.1.2 Hidráulica de Ríos2 En este documento se pretende mostrar que la hidráulica fluvial no solo se ocupa de

1NAVA HERNANDEZ, Alejandra y CORTÉS BOW, Darío. Hidráulica de ríos, obras de protección y

control de cauces. Trabajo de Grado (Ingeniero civil). Instituto Técnico Politécnico. Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura e Ingeniería Civil. México: 2009, p. 45, 2 OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia GRISHANIN,

C.V, 1972. 2011. p. 313 - 347.

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hacer dragados, rectificaciones, protecciones de orilla y en general mejoras fluviales sino que trae consigo el entendimiento de las funciones del rio, los procesos geológicos de los cuales es agente y la naturaleza física de su interacción con el valle y la cuenca. El integrar estas actividades y adaptarlas al cauce natural, y a las constantes exigencias del hombre sin trastornar su naturaleza.

1.1.3 Manual de Ingeniería de Ríos Capitulo 14 Estabilización y Rectificación de Ríos3

El enfoque de este documento indica la forma de cómo trabajar estructuras como espigones, muros y diques marginales, al igual presenta el estudio de los procesos de desplazamiento que sufren las corrientes, estos deben ser controlados para evitar que las corrientes afecten canales de comunicación, canales de riego o poblaciones, cuando se debe reducir el ancho de los cauces para facilitar la navegación, etc., esto se logra mediante las anteriores obras de protección mencionadas.

1.1.4 Manual de Ingeniería de Ríos Capitulo 15 Control de Inundaciones4 El documento describe acciones estructurales que combinadas adecuadamente pueden ser utilizadas para proteger una zona determinada. Se comentan también aspectos relacionados con la prevención de desastres y las inundaciones que pueden producir algunas obras de ingeniería, principalmente las vías terrestres, cuando los aspectos hidráulico y fluvial no son tomados en cuenta.

1.1.5 Control de Erosión en Zonas Tropicales5 Este texto demuestra que aunque las corrientes de los ríos se observan estables, presentan fenómenos de erosión y se puede requerir de la construcción de obras de control tanto lateral como de fondo. La estabilización de los alineamientos de las riberas de los canales de los ríos debe cumplir una o más de los siguientes objetivos: paso seguro y expedito del flujo de las crecientes, transporte eficiente de la carga suspendida y la carga de fondo, cauce estable del río con mínima erosión lateral, profundidad suficiente y buen cauce para navegación y dirección del flujo a través de un sector definido del río.

1.1.6 Obras de Protección Contra Inundaciones – Cuadernos de Investigación No.496

Este documento, describe las diferentes estructuras para proteger, contra las

3 MAZA ALVAREZ, José Antonio y GARCIA FLOREZ, Manuel. Estabilización y Rectificación de Ríos.

Manual de Ingeniería de Ríos. Capitulo 14. 4 MAZA ALVAREZ, José Antonio y GARCIA FLOREZ, Manuel. Estabilización y Rectificación de Ríos.

Manual de Ingeniería de Ríos. Capitulo 15. 5 SUAREZ DIAZ, Jaime, Control de Erosión en Zonas Tropicales. Bucaramanga – Colombia.2001.

6 SALAS SALINAS, Marco Antonio, Obras de protección contra inundaciones. Cuaderno de Investigación

No.49. Centro Nacional de Prevención de Desastres. México. Noviembre 1999.p.48-51

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inundaciones. Presenta de manera concisa, algunas obras como: bordos, presas, muros de encauzamiento, cortes de meandros, etc., su objetivo, los conceptos básicos de funcionamiento y las principales consideraciones para el diseño.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL Formular recomendaciones que permitan a una determinada comunidad el planteamiento de soluciones sencillas y técnicamente correctas desde el punto de vista de la ingeniería para la implementación de obras de protección y control de cauces.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Recopilar y revisar la información bibliográfica, antecedentes y bases teóricas, requerida para el análisis de obras de protección y tipos de cauces al igual que sus componentes básicos (sedimentos, erosión y vegetación).

Reconocer los conceptos básicos de una cuenca hidrográfica y su morfología.

Conocer la clasificación de los ríos según su geomorfología

Analizar y clasificar las diferentes obras de protección y los materiales de construcción de las mismas.

Identificar las obras de protección más adecuadas dependiendo del estudio de las características del rio y de las exigencias del hombre al interactuar con él.

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3. MARCO TEÓRICO Como producto de la revisión bibliográfica, que se ha llevado a cabo a continuación se desarrollan varios aspectos a tener en cuenta para el conocimiento de los cauces, como son las características morfométricas de una cuenca, clasificación y aspectos geomorfológicos de los ríos.

3.1 CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS DE LA CUENCA Se entiende por cuenca hidrográfica, el terreno o superficie que aporta sus aguas de escorrentía a un mismo punto de desagüe o punto de cierre. La escorrentía la constituyen las aguas que fluyen por la superficie terrestre, cuando tras producirse un evento de precipitación o cualquier otro aporte de agua (deshielo), el agua comienza a desplazarse por causa de la pendiente del terreno natural hacia puntos de menor altura como consecuencia de la gravedad. Como se observa en la Figura 1, una cuenca está formada por un entramado de ríos, arroyos y quebradas que conducen los flujos de agua hacia un cauce principal.7

Figura 1. Cuenca Hidrográfica

Fuente: El blog de Franz Leonardo. Delimitar una cuenca Hidrográfica en ArcGis. Noviembre 2011. Disponible en Internet: <URL: http://acolita.com/delimitar-automaticamente-micro-cuenca-hidrografica-

especifica-en-arcgis/ >.

La caracterización de una cuenca hidrográfica comprende aspectos básicos como: área de la cuenca, pendiente del cauce, longitud de la cuenca, jerarquización y densidad en cuanto a la red de drenaje.

7 IBAÑEZ ASENSIO, Sara., MORENO RAMÓN, Héctor., GISBERT BLANQUER, J. M. Morfología de

Cuencas Hidrográficas, Trabajo de Grado, Universidad politécnica de valencia. España. p. 3.

http://acolita.com/delimitar-automaticamente-micro-cuenca-hidrografica-especifica-en-arcgis/

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3.1.1 Área de la cuenca El área de la cuenca está definida por la línea divisoria de aguas, esta línea se traza normalmente sobre un mapa topográfico en función las curvas de nivel y la red de drenajes como se observa en la Figura 2.8 Figura 2. Cuenca Hidrográfica Quebrada La Masata, Municipio de Villeta

Fuente. Los Autores, 2013

3.1.2 Pendiente del cauce

Es la relación existente entre la diferencia de altura respecto a las curvas de nivel, entre el punto más alto o nacimiento del cauce y el punto más bajo de cierre de la cuenca y la longitud del cauce. Figura 3. Pendiente del Cauce

Fuente: Escuelapedia.Cuencas Hidrográficas. Disponible en Internet: <URL:

http://www.escuelapedia.com/cuencas-hidrograficas/ >.



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Como se indica en la Figura 3, se calcula con la siguiente expresión:

ó también

Dónde: h, DA: diferencia de altura (km) L, L: longitud del cauce en km

3.1.3 Longitud de la cuenca La longitud L de la cuenca se define por la longitud de su cauce principal, siendo esta la distancia equivalente que recorre el río entre el punto de desagüe aguas abajo y el punto situado a mayor distancia topográfica aguas arriba. (Ver Figura 3)

3.1.4 Jerarquización de la Cuenca La jerarquización de una cuenca pretende subdividir los distintos cursos de agua que integran la red de drenaje superficial en segmentos de cauce clasificados en función del ORDEN DE MAGNITUD de los mismos. Hay varios sistemas de jerarquización, siendo los más utilizados el de Horton (1945) y el de Strahler (1952).9 Por el método de Horton los canales van numerados en función del número de corrientes de drenaje que conforman la cuenca, de la siguiente manera:

A los cursos que nacen y no reciben ningún afluente se les asigna el valor 1.

La unión de dos cauces de orden 1, se le asigna el valor 2

La confluencia entre dos cauces de orden 2, da origen a uno de orden 3 El método de Strahler es muy parecido a Horton, con la diferencia de que un mismo canal puede tener segmentos de distinto orden a lo largo de su curso, en función de los afluentes que le llegan en cada tramo. El orden no se incrementa cuando a un segmento de un determinado orden confluye uno de orden menor. Se observa en la Figura 4, el orden de las corrientes según Horton y Strahler



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Figura 4. Métodos de ordenación de los segmentos y cursos fluviales (Gregory y Walling)

Fuente: IBAÑEZ ASENSIO, Sara., MORENO RAMÓN, Héctor., GISBERT BLANQUER, J. M. Morfología

de Cuencas Hidrográficas, Trabajo de Grado, Universidad politécnica de valencia. España. p.12.

Las características básicas de la cuenca mencionadas anteriormente son fundamentales para la determinación de los caudales que nos permiten visualizar la obras hidráulicas y obras de protección en cauces, dado que estas permiten dimensionar el origen del problema como el arrastre y depósito de material por el cambio de velocidad de los cursos generado por la diferencia de alturas. Estos parámetros son un pequeño esquema de lo que corresponde a un estudio de una cuenca hidrográfica, para este se invita al lector a que profundice en la bibliografía citada en este documento.

3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS RÍOS

3.2.1 Clasificación geológica de los ríos10 Un factor determinante para la clasificación de los ríos es la erosión generada en su trayectoria, por tal razón los ríos o sus tramos, se clasifican en tres tipos: de montaña (juventud), de pie de monte (madurez) y de llanura (vejez); estos se describirán a continuación (Ver Figura 5y Figura 6)

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OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.316-326

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Figura 5. Zona de montaña, pie de monte y llanura

Fuente: OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia

GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.318

Figura 6. Representación esquemática de las etapas de un río

Fuente: OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia

GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.318

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Ríos de montaña (juventud):

Los ríos de montaña, corren en valles angostos y poco desarrollados que frecuentemente se encañonan y presentan laderas de pendientes muy fuertes. El cauce puede ser rocoso y resistente a la erosión o erosionable, la selección transversal no posee bancas y la cuenca es montañosa como se observa en la Figura 7. El flujo en estos ríos posee pocas profundidades, pendientes longitudinales fuertes, superiores a 0,5% y velocidades considerables durante crecientes, que varían de 1,0 a 2,5 m/s, y en ocasiones hasta 5,0 m/s. debido a su velocidad, el flujo arrastra frecuentemente cantos rodados y bloques. El cauce es recto o presenta curvaturas suaves. En la región de alta de la cuenca, cada corriente posee una hoya de drenaje, que por lo general tiene forma de embudo, donde se presenta la acumulación rápida de las aguas, seguido a esta se encuentra la garganta, canal por el cual la aguas corren hacia la parte inferior de la montaña (el pie de monte), las aguas captadas en la cuenca, en su mayoría de veces su sección transversal es encajonada y con orillas abruptas, generando con frecuencia avalanchas y destrucción de estructuras hidráulicas. Por consiguiente el manejo de este tipo de curso en el pie demonte requiere obras de protección que mitiguen dichos eventos. Figura 7. Río de Montaña, Río Hacha, Departamento de Caquetá - Colombia

Fuente: Ríos de Colombia. Disponible en Internet:

<URL:http://colombiasinpalabras.blogspot.com/2012/07/rios-de-colombia_29.html >.

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Ríos de piedemonte (madurez):

Tomas Ochoa explica que estos ríos poseen valles de configuración intermedia, con profundidades de agua no muy considerables, el relieve de la cuenca es ondulado o semimontañoso, Las pendientes longitudinales varían de 0,05% a 0,5%, las velocidades medias del flujo durante crecientes se encuentran entre 1,5 y 3,0 m/s. generalmente no presenta bancas bien definidas y el cauce ocupa una parte considerable del valle. En verano aparece un gran número de lagos inestables que constituyen causes en divagación. Las pendientes fuertes del cauce y las laderas producen una escorrentía rápida que llega en corto tiempo a las zonas bajas del valle. En consecuencia, se observan crecientes de ascenso y descenso rápidos, los sedimentos en estos tramos son mayores que en los ríos de llanura, generalmente están compuestos de arenas gruesas, gravas, y algunos bloques, también se les denomina ríos de transición. El rio forma causes trenzados fundamentalmente y ocasionalmente, meandros y otras configuraciones. (Ver Figura 8)

Figura 8. Río de Piedemonte, Río Magdalena - Colombia



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Ríos de llanura(vejez):

Estos ríos corren en valles bastantes profundos y anchos con laderas suaves, el ancho del valle puede alcanzar varios kilómetros. (Ver Figura 9). Figura 9. Río de Llanura, Río Guaviare - Colombia



Estas corrientes transportan el flujo y la mayor parte de los sedimentos compuestos por suelos erosionables como las arenas, en los periodos de aguas bajas. Las pendientes longitudinales de estos ríos son pequeñas y generalmente inferiores a 0.05%, durante las crecientes la velocidad del agua en el cauce está entre 2 y 3 m/s y en las bancas entre 0,2 y 0,5 m/s, en planta presentan curvatura y meandros expuestos en el siguiente numeral donde se explica la clasificación de los ríos según su forma. Dada la configuración de este rio, es considerable la implementación de obras de protección por el alto grado de inundación y divagación del mismo.

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3.2.2 Clasificación de los ríos según su Geometría De acuerdo a la configuración geométrica de un rio, se diferencian en: cauces rectos, cauces trenzados y cauces meándricos, que se explicaran a continuación:

Cauces Rectos: Los cauces rectos se desarrollan en zonas de planicie que no permiten velocidades erosivas, debido a que sus pendientes son muy bajas, por lo general estos cauces rectos son poco comunes y existen solamente en cortas distancias, algunas veces se encuentran tramos rectos de longitud notable cuando un rio sigue la traza de una falla muy definida, en terreno montañoso. (Ver Figura 10).

Figura 10. Cauce Recto

Fuente. RODRIGUEZ DIAZ, Héctor Alfonso. Hidráulica Fluvial Fundamentos y Aplicaciones Socavación. Bogotá – Colombia. Editorial Escuela colombiana de Ingeniería. Enero 2010.p.74

Cauces Trenzados: Un cauce trenzado consiste en una serie de canales interconectados (brazos) y separados por islas o islotes como se observa en la Figura 11, estos cauces tienden a ser muy anchos y relativamente poco profundos, con materiales gruesos en el fondo, generalmente se desarrollan en tramos montañosos de los ríos y en las corrientes de los abanicos aluviales. Debido a cambios de pendientes longitudinal y transversal, aumento brusco de la carga aluvial, disminuye la capacidad de arrastre, los materiales gruesos se acumulan formando barras o puntas que actúan como obstáculos naturales desviando la corriente hacia uno o ambos lados y taponando los brazos; esto tiene lugar en las crecientes, produciendo inundaciones y el súbito abandono de un canal para ocupar otro.11

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OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.322

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Figura 11. Cauce Trenzado


Cauces Meándricos: Los cauces meándricos fluyen formando curvas u ondulaciones más o menos regulares, la longitud de onda de los meandros varía entre 7 y 11 veces el ancho del cauce, se desarrollan en zonas de llanura inundables, desplazándose continuamente y manteniéndose estables a través del tiempo. (Ver Figura 12) Algunos meandros permanecen como canales de inundación del río, es decir son ocupados durante las creciente cuando se alcanza la capacidad completa de la sección transversal hidráulica. En algunos sitios se da el nombre de “madre Vieja” a este tipo de brazos de los ríos. Figura 12. Cauce Meándrico


Si es del interés del lector profundizar sobre el numeral 3.2, se recomienda la siguiente bibliografía: Rodríguez, Héctor Alfonso. (2010). Hidráulica Fluvial Fundamentos y Aplicaciones Socavación.12

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RODRIGUEZ DIAZ, Héctor Alfonso.Hidráulica Fluvial Fundamentos y Aplicaciones Socavación. Bogotá – Colombia. Editorial Escuela colombiana de Ingeniería. Enero 2010.p.74-80

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Cauces Anastomasados

Los cauces anastomasados13, difieren de uno trenzado en que estos poseen varios cauces, y sobre todo, arrastran material fino, son también característicos de zonas con fuertes oscilaciones de caudal. Es por ello que son muy frecuentes al pie de los glaciares, donde la nieve se funde en pocos días, generándose fuertes crecidas. Estas corrientes presentan canales múltiples. Tienen gran capacidad de transporte y sedimentación. Tienen menor energía que las corrientes rectilíneas, por lo que, al encontrarse con obstáculos, tienden a modificar su trayectoria adecuándose al relieve y a los sedimentos en el fondo del cauce. A medida que se van estabilizando las islas de sedimentos, puede llegar a desarrollarse en ellas una vegetación pionera y más estable después, aprovechando la dotación de agua que proporciona el propio río. A veces estos ríos pueden contener corrientes con gran capacidad de división. (Ver Figura 13) Figura 13. Cauce Anastomasados. Río Saskatchewan (Canadá)

Fuente: RODRIGUEZ DIAZ, Héctor Alfonso. Hidráulica Fluvial Fundamentos y Aplicaciones Socavación. Bogotá – Colombia. Editorial Escuela colombiana de Ingeniería. Enero 2010.p.78

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3.3 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS DE LOS RÍOS La geomorfología de ríos comprende la estructura y forma de los ríos, que dependen de procesos de erosión, transporte y sedimentación, que influyen en la configuración del cauce en planta, tamaño del cauce, duración de una corriente, material del lecho, conformación del valle, llanuras de inundación, diques naturales, contornos de río y vegetación, sinuosidad y variabilidad del ancho y desarrollo de barras *; descritos a continuación.

3.3.1 Tamaño del cauce El tamaño de un río se puede indicar por medio del caudal, por el área de drenaje o algunas dimensiones del cauce, tales como el ancho o el área de la sección transversal; la profundidad y orillas del cauce por lo general tienden a aumentar por la erosión y el transporte de los sedimentos. Un método para clasificar los ríos es tener en cuenta su ancho de orilla a orilla, siendo esta la dimensión más fácil de determinar a simple vista como se observa en la Figura 14, los tamaños de un río son: pequeño, mediano y ancho. A veces es difícil definir el ancho de orilla a orilla, especialmente cuando una de estas orillas no está definida, el ancho del cauce se define midiendo a lo largo de una línea perpendicular dibujada entre orillas opuestas, definidas por sus propias formas o siguiendo el borde de la línea de vegetación permanente. En ríos meándricos el ancho se mide en los tramos rectos o en las inflexiones entre curvas donde tiende a ser más constante.14

* Barras: Las barras son el resultado de la acumulación de sedimentos en las curvas de un río.

También se denomina islas.

14 OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia GRISHANIN,

C.V, 1972. 2011. p.329

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Figura 14. Factores geomórficos que afectan la estabilidad de una cauce

Fuente OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia

GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.330

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3.3.2 Duración de una corriente

La duración de una corriente se puede caracterizar como efímera, perenne variable y perenne (permanente que no muere).15 Un rio efímero transcurre brevemente como respuesta directa a una lluvia, en zonas áridas pueden ser grandes e inestables y en húmedas los cauces pueden ser pequeños y presentar problemas de inestabilidad. (Ver Figura 15) Figura 15. Río Efímero

Fuente: Ambientes Fluviales y Aluviales. Lozano H. Andrea Scarlett y García H. Lucero. Disponible en

Internet: <URL : http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/CT-SeEs/A.Fluvial_Hgo-Lozano.pdf >.

Los ríos perennes fluyen todo el año o la mayoría de esté y presentan un caudal estable como lo muestra la Figura 16. Un rio perenne variable es susceptible a la lluvia generando cambios rápidos en su nivel y caudal.

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Figura 16.Río Perenne

Fuente: Ambientes Fluviales y Aluviales. Lozano H. Andrea Scarlett y García H. Lucero. Disponible en

Internet: <URL : http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/CT-SeEs/A.Fluvial_Hgo-Lozano.pdf >.

3.3.3 Material del lecho

Según el tamaño dominante de los sedimentos en sus lechos, los ríos se clasifican como: lecho de arcilla-limo, lecho de arena, lecho de gravas y lecho de cantos o de bolos como se muestra en la Figura 14, en la columna derecha. Para determinar la granulometría del lecho se requiere de un muestreo y análisis del material, sin embargo se pueden hacer aproximaciones visuales si este presenta denominaciones gruesas de granulometría. En general los ríos con lechos de arena son menos estables que los ríos con lechos y orillas de material grueso.16

3.3.4 Conformación del Valle

El relieve del valle se usa como un medio para indicar si el terreno circundante es generalmente llano, ondulado o montañoso, un relieve mayor a 300 metros sobre el nivel del mar se clasifica como un relieve montañoso, un relieve entre 30 y 300 metros sobre el nivel del mar es un relieve ondulado. Los ríos en la región montañosa tienden a poseer pendientes fuertes, un material de lecho grueso, y llanuras de inundación angostas; por el contrario los ríos en regiones de bajo relieve generalmente son aluviales y presentan muchos problemas debido a la erosión lateral. Los ríos en laderas de piedemonte en regiones áridas forman abanicos aluviales, estos

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se presentan cuando la pendiente de piedemonte es una ladera amplia a lo largo de un frente de montaña y los cauces que se desprenden a partir del frente de la montaña tienen causes mal definidos, como consecuencia se va creando un cono o abanico a medida que el material es dirigido hacia la ladera más pendiente del abanico, conformando la llanura de inundación. La inestabilidad general de los cauces de abanico y su tendencia a variar rápidamente durante grandes crecientes y la posibilidad de estrangulación del río, son aspectos que generan inestabilidad en el curso y en la zona rivereña, generando imprecisión en el desarrollo de obras hidráulicas, como puentes, pontones, box culvert, entre otras.17

3.3.5 Llanuras de inundación

Las llanuras de inundación son áreas de superficie adyacente a ríos o riachuelos, sujeta a inundaciones recurrentes. Más sencillamente, una llanura de inundación se define como "una franja de tierra relativamente plana, junto a un río y que sufre desborde de las aguas durante las crecidas" (Ver Figura 17) Las llanuras de inundación están conformadas por sedimentos no consolidados, que se erosionan rápidamente durante inundaciones y crecidas de agua, donde se depositan nuevos estratos de lodo, arena y limo, por lo tanto las llanuras no son sistemas estáticos ni estables, ya que pueden cambiar el curso, e ir de un lado de la llanura de inundación al otro. La frecuencia de las inundaciones depende del clima, del material de las riberas del río y la pendiente del canal, las inundaciones generalmente ocurren en la época de mayor precipitación o por el deshielo.18 El ancho de una llanura de inundación está en función del caudal del río, velocidad de la tasa erosionante, pendiente del canal, y dureza de su pared. Para concluir se puede decir que, las llanuras de inundación y las áreas inundables son áreas dinámicas de terreno que deben ser evaluadas en términos de los riesgos que presentan a las actividades generadas en pro a las comunidades para el desarrollo de obras existentes y propuestas. Este aspecto demuestra la importancia de considerar las inundaciones lo más temprano posible en el proceso de planificación e implementación de obras de protección.

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OCHOA RUBIO, Tomás. Hidráulica de Ríos y procesos morfológicos, Bogotá- Colombia GRISHANIN, C.V, 1972. 2011. p.332 18


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Figura 17. Llanura de inundación


3.3.6 Diques naturales (albardones) Los diques naturales se forman durante crecientes a medida que el nivel de la corriente supera la condición de las orillas llenas, el sedimento se deposita en la llanura de inundación debido a la reducción de la velocidad y de la capacidad de transporte de flujo en esas zonas de la orilla. Los diques naturales denominados albardones como se observa en la Figura 18, se forman cerca de los cauces, poseen taludes con inclinaciones un poco fuertes debido a que los materiales gruesos se depositan rápidamente a medida que la velocidad en las bancas disminuye. Figura 18.Diques naturales

Fuente: Corte Esquemático de una isla. Disponible en Internet: <URL: http://tigre.galeon.com/textos/geograf/cortisla.htm >.

Lejos del cauce los desniveles son muy pequeños y producen la depositación de los materiales finos. Los ríos con albardones bien desarrollados tienden a mantener un ancho constante y poseen una tasa baja de migraciones laterales, los albardones bien desarrollados se presentan generalmente a lo largo de los cursos bajos o cursos de llanura de los ríos o donde la llanura de inundación se sumerge durante varias semanas o meses del año. Si el albardón se rompe el curso del rio puede cambiar a lo largo de esta brecha.19

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http://tigre.galeon.com/textos/geograf/cortisla.htm

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3.3.7 Contornos del río y vegetación Para definir de una manera precisa el contorno de un río, se debe tener claridad sobre la resistencia de los materiales a la erosión, por ejemplo en geología un lecho rocoso se diferencia de un aluvión y de otros materiales superficiales principalmente por su edad más que por su resistencia a la erosión. Una arcilla aluvial compacta puede ser más resistente que una arenisca mal cementada que puede ser mucho más antigua. Es por esto que se invita al lector a que profundice este tema si es de su interés con la bibliografía contemplada en este documento. Según Tomas Ochoa, un rio aluvial transcurre sobre un aluvión, un rio no aluvial transita sobre un lecho rocoso o sobre materiales grandes (bolos y bloques) que no se mueven fácilmente excepto durante grandes crecientes, y un rio semi aluvial posee tanto lecho rocoso como aluvión en sus fronteras.20 La propiedad más significativa que componen los contornos de un rio es su granulometría, ya que se puede medir más fácilmente y en general representa una descripción suficientemente completa de las partículas de un sedimento para diferentes propósitos prácticos. Otras propiedades de los sedimentos, como la forma y velocidad de la caída, tienden a variar con el diámetro de una manera predecible. La erosión activa de la orillas se puede reconocer por la inclinación de la vegetación, por la vegetación caída a lo largo de las líneas de las orillas, por el agrietamiento a lo largo de la superficie de las orillas, por el desplome de bloques, por la refracción del patrón de flujo adyacente a la línea de orilla, por la vegetación viva en el flujo, por el aumento de turbiedad, por las caras verticales frescas, por las barras recientemente formadas inmediatamente abajo del agua erosionada y, en algunos sitios una fosa profunda de socavación cerca de la pata de la orilla. (Ver Figura 19) Figura 19.Erosión y socavación de margen de río

Fuente: PRIV, DOZ. DR. RER. NAT. GÚNTER GUNKEL. Technical University of Berlin, Institute of Environmental Technology. Berlin, Germany. Disponible en Internet: <URL: http://itu205.ut.tu-

berlin.de/wrh/persons/gunkel/gunkel_eng.html >.

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3.3.8 Sinuosidad Es la relación entre la longitud del tramo de un rio medida a lo largo de su eje y la longitud medida a lo largo del eje del valle o a lo largo de una línea recta que conecta los extremos del tramo. Un cauce recto o uno que sigue directamente el eje del valle a veces tiene la misma pendiente que el valle, a medida que la sinuosidad de un rio aumenta su pendiente disminuye de manera directamente proporcional. Dependiendo de la variación de la sinuosidad como se observa en la Figura 20, se clasifica en: baja, media y alta. Figura 20. Grados de sinuosidad


Existe una relación entre el grado de sinuosidad, con lo cual se liga a la clasificación geométrica de los ríos rectilíneos, meándricos y trenzados explicados anteriormente, ya que el tamaño, forma y regularidad de las curvas son aspectos de la sinuosidad. En general, la erosión de orillas se presenta más rápidamente en las curvas aguas abajo de los ríos meándricos, trenzados y anastomosados.21

3.3.9 Variabilidad del ancho y desarrollo de barras

La variabilidad del ancho de un rio sin vegetación es un indicador útil de la estabilidad lateral de un rio. Se considera que un rio tiene un ancho uniforme si el ancho sin vegetación en las curvas no es mayor 1.5 veces el ancho promedio en los sitios estrechos. La relación entre la variabilidad del ancho y la estabilidad lateral se fundamenta en la tasa de desarrollo de las barras laterales y de las barras alternadas. Si la orilla cóncava en una curva se erosiona lentamente, la barra lateral también crecerá de manera lenta y la vegetación empezara a establecerse en ella. La parte sin vegetación de la barra aparece como una media luna estrecha. Si la orilla se erosiona rápidamente la parte sin vegetación de la barra lateral que crece rápidamente será ancha y visible. Una barra lateral con un ancho sin vegetación mayor que el ancho de la corriente en la curva se considera que es más ancha que el promedio. Las tasas de erosión lateral son probablemente altas en los tramos del rio donde las barras laterales desnudas tienden a exceder el ancho medio. En sitios donde la vegetación se establece rápidamente, tal

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como en las zonas lluviosas del sur, la socavación de orillas en las curvas puede ser un indicador más confiable de la inestabilidad que el ancho sin vegetación de las barras laterales. En la Figura 14, en la columna de la derecha se encuentra este parámetro. En general los ríos de igual ancho que tienen barras laterales estrechas son los más estables lateralmente y los cauces con anchos aleatorios con barras laterales anchas e irregulares son los menos estables.22

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4. OBRAS EN CORRIENTES NATURALES El diseño de las obras apropiadas en corrientes naturales, se determina en cada caso después de realizarse estudios hidrológicos y geomorfológicos, los resultados son relevantes pues presentan los pronósticos de probabilidad de ocurrencia del evento de precipitación y estimativos sobre magnitudes de los caudales medios, mínimos y de creciente, niveles mínimos, máximos y medios, posibles zonas de inundación, velocidades de flujo, capacidad de transporte de sedimentos y socavación, erosión y posibles desbordes en el cauce. Este capítulo expone algunas de las obras de protección en cauces, más relevantes por su uso y fácil implementación, en los diferentes tipos de cauces existentes en la naturaleza. Algunas de las obras transversales de protección para el control de inundaciones son: presas, disipadores, barreras de sedimentos, así como también obras longitudinales son: espigones, gaviones y fajinas de protección.

4.1 OBRAS TRANSVERSALES PARA CONTROL DE INUNDACIONES Las obras transversales se denominan así dado que se localizan de manera transversal en la corriente de un río, estas permiten controlar el transporte de sedimentos y material orgánico por una corriente de agua, a través de la fijación o modificación de la pendiente de su lecho, además minimiza la velocidad del flujo y con estas obras se facilita el cambio de dirección y el almacenamiento del recurso hídrico, además de hacerle frente al problema de las inundaciones.

4.1.1 Presas La presa es una de las tantas obras transversales para el control de caudales y de sedimentos en una corriente natural, se localiza en zonas de hondonada sobre un río, aprovechando la garganta de este, principalmente para la generación de energía, riego y abastecimiento de agua potable, por lo general son construidas con diferentes tipos de materiales como: piedra, hormigón o materiales sueltos. La recomendación es mantener la proporcionalidad en el depósito de agua de la presa, ya que entre mayor volumen de agua almacenada, generara mejores resultados para los usos señalados, contrario a esto, entre más vacío el embalse, se dispone de mayor capacidad para el control del caudal, es por esto que es importante mantener el equilibrio de estos dos factores.23

Tipos de Presas Presas rompe-picos: se emplean en corrientes pequeñas y su principal

característica es la poca altura de su cortina y reducida capacidad de almacenamiento, la ventaja más clara son los bajos costos, haciendo factible la proyección de sistemas en cascada. (Ver Figura 21)

23

SALAS SALINAS, Marco Antonio, Obras de protección contra inundaciones. Cuaderno de Investigación No.49. Centro Nacional de Prevención de Desastres. México. Noviembre 1999.p.49

http://es.wikipedia.org/wiki/Piedra

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n

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Figura 21. Presas rompe-picos

Fuente: SALAS SALINAS, Marco Antonio, Obras de protección contra inundaciones. Cuaderno de Investigación No.49. Centro Nacional de Prevención de Desastres. México. Noviembre 1999.p.50

Presas retenedoras de azolves: Consiste en retener la mayor cantidad de

sedimentos procedentes de la parte alta de la cuenca, son presas de poca altura, cuyo volumen de almacenamiento es reducido y aunque en poco tiempo se colmatan, su efecto es positivo debido a que disminuyen la pendiente del fondo del cauce y con ello, su capacidad de arrastre de sedimentos. Debido a que son estructuras relativamente bajas, pueden diseñarse considerando descargas por encima del cuerpo de la cortina, por lo que ésta debe ser de concreto, o bien, formarse a base de gaviones.24 (Ver Figura 22)

Figura 22. Presa retenedora de asolves

Fuente: SALAS SALINAS, Marco Antonio, Obras de protección contra inundaciones. Cuaderno de Investigación No.49. Centro Nacional de Prevención de Desastres. México. Noviembre 1999.p.51

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Cortina

Cortina

Cortina

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Presas retardadoras: son pequeñas presas de tubería, gaviones, concreto u otro material cuyo propósito es retener la escorrentía para liberarla lentamente y así minimizar las velocidades de erosión aguas abajo del sitio.25(Ver Figura 23).También se conocen como pondajes.

Figura 23. Esquema de una presa retardadora

Fuente: Fuente: SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. p.494

4.1.2 Disipadores Los disipadores de energía son estructuras diseñadas para reducir la alta velocidad de flujos aguas abajo, logra disipar la energía cinética que es la producida por el movimiento y pasa de un régimen supercrítico a subcritico, es decir pasar de una pendiente alta a una pendiente baja como se observa en la Figura 24, logrando así disminuir la velocidad de la corriente.

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28

Figura 24. Disipador esquema general

Fuente: SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. p.385

Tipos de Disipadores Los disipadores se clasifican en26: Canal rápido: se construye a una pendiente igual a la del talud y en ocasiones se

le colocan elementos sobresalientes en su fondo para disipar energía, este sistema es muy utilizado por ser más económico, pero presenta el problema de la poca energía disipada.(Ver Figura 25)

Figura 25. Canal disipador con pantallas deflectoras


26

SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. p.385

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Estructura de Graderías: el sistema de graderías es más eficiente para disipar energía, son estructuras rápidas escalonadas las cuales están formadas por una serie de gradas o escalones dentro del canal, este canal en gradas conduce el agua y al mismo tiempo se va disipando energía en cada uno de los escalones.(Ver Figura 26)

Figura 26. Disipador de graderías


Para el diseño de disipadores se recomienda lo siguiente: estimar el caudal de diseño, evaluar la geometría del canal (pendiente, altura y ancho), seleccionar la altura óptima de los escalones, calcular las características hidráulicas del flujo, etc.

4.1.3 Barreras de Sedimentos Las barreras de retención de sedimentos sirven para controlar los sólidos en suspensión en el agua, proporcionando una zona de contención controlada, como se observa en la Figura 27. Barrera de sedimentos

. Se da el nombre genérico de sedimentos a las partículas procedentes de las rocas o suelos y que son acarreadas por las aguas que escurren. Todos estos materiales, después de cierto recorrido finalmente son depositados a lo largo de los propios cauces, en lagos, en presas de almacenamiento, en la planicie y hasta el mar.27

La Barrera de Retención del Sedimento (SRB) es una fila doble de malla de retención, separadas de 1.00m a 2.00m, llenadas con paja, rastrojo, astillas de madera u otros materiales orgánicos mezclados correctamente, se utiliza en lugares adecuados para atrapar el sedimento y la arcilla fina, ya que estos sistemas se utilizan para el manejo de la calidad del agua. Actualmente el polímero es un sistema eficaz para el control de los sedimentos.

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En la Figura 27, se muestra como aumenta el polímero sobre el yute (fibra orgánica), desapareciendo en las rocas sobre la tierra. La reacción del sedimento es que se une al yute creando una resistencia a la erosión y esta a su vez crea un área que adhiere las partículas finas dando como resultado un mejoramiento en la calidad del agua. Figura 27. Barrera de sedimentos

Fuente: AGUILAR ZELADA, Ricardo. Control de sedimentos y Erosión. Marzo 2012. Disponible en Internet: <URL : http://ingenierocivilcajamarca.blogspot.com/2012/03/control-de-sedimentos-y-erosion.html>.

Figura 28. Procedimiento de campo

Fuente. El Desarrollo del Polímero Su Mejor Manejo en Práctica Guía de Uso. University Central of Florida. Disponible en Internet: <URL : http://www.siltstop.com/pdf/PEBMP_guide_SPANISH.pdf>.

http://ingenierocivilcajamarca.blogspot.com/2012/03/control-de-sedimentos-y-erosion.html

http://ingenierocivilcajamarca.blogspot.com/2012/03/control-de-sedimentos-y-erosion.html

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4.1.4 Diques de retención

El dique de retención consta de un conjunto de barreras que cruzan un curso de agua o un conducto, para controlar el nivel y velocidad del agua, uno de los objetivos para construir diques es resistir el desgaste del fondo de las cárcavas o quebradas por efecto del arrastre ejercido por el agua, también estabilizar las pendientes del lecho y la erosión. Dependiendo de la longitud de la cárcava a controlar debe decidirse si serán uno o más diques. Si la cárcava es relativamente corta (menos de 20 metros), bastará con la construcción de un solo dique; por el contrario, si la cárcava se extiende por más de 20 metros y la pendiente del lecho es elevada, vale la pena considerar la construcción de uno o más diques. 28

Tipos de Diques

Dique de piedra sobre piedra (mampostería en seco), Es uno de los tipos de diques de menor costo, solo requiere que se corte la piedra en algún lugar cercano al sector donde se construyen los diques. Lo ideal es cantear las piedras para facilitar su colocación y dar mayor estabilidad a la obra. (Ver Figura 29).

Figura 29. Dique de piedra sobre piedra

Fuente: PIZARRO T., Roberto, Manual de Conservación de Aguas y suelo. Instructivo No.4 diques para retención de sedimentos. México. 2003.p.9.

Dique de piedra con cemento (mampostería hidráulica), Es muy similar al anterior, salvo por que las piedras se unen unas a otras con una mezcla de cemento y arena, su costo es mayor en comparación con el anterior. Siempre se requiere de la excavación de los empotrados (Ver Figura 30)

28

PIZARRO T., Roberto, Manual de Conservación de Aguas y suelo. Instructivo No.4 diques para retención de sedimentos. México. 2003.p.4-9

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Figura 30. Dique de piedra con cemento

Fuente: Fuente: PIZARRO T., Roberto, Manual de Conservación de Aguas y suelo. Instructivo No.4 diques para retención de sedimentos. México. 2003.p.9.

Dique de postes impregnados y sacos de tierra, en este tipo de diques se usan postes de pino de 4 pulgadas, los postes van enterrados y sujetos con clavos y alambre, se construyen dos muros de postes firmemente unidos y se rellena con sacos llenos de tierra. (Ver Figura 31)

Figura 31. Dique de postes impregnados y sacos de tierra

Fuente: Fuente: Fuente: PIZARRO T., Roberto, Manual de Conservación de Aguas y suelo. Instructivo No.4 diques para retención de sedimentos. México. 2003.p.9.

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4.2 OBRAS LONGITUDINALES DE PROTECCIÓN Las obras longitudinal son obras localizadas en las laderas de los cauces u orillas, con materiales resistente a la fuerza erosiva de la corriente, existen revestimientos en hormigón o asfalto, mantas de hormigón, sacos de arena o cemento (bolsa suelos y bolsacretos), escollera cogida con mortero, y revestimiento flexible con escollera o rip rap, bloques de hormigón prefabricados y vegetación, Las principales estructuras utilizadas para la estabilización de las riberas son las siguientes:

1. Espigones 2. Gaviones 3. Diques marginales 4. Enrocados de protección

4.2.1 Espigones

Estas estructuras son elementos laterales que tratan de proteger la orilla y al mismo tiempo desviar la corriente. La capacidad del canal aunque se disminuye puede manejarse para que no sea modificada en forma considerable, generalmente estas obras se utilizan en ríos poco profundos y con moderado material suspendido. Los espigones pueden ser construidos de diversos materiales tales como enrocados, bloques prefabricados de concreto, geotubos rellenos de material, gaviones, o de productos orgánicos como troncos de árboles o bambú, con bloques de roca, hexápodos, tetrápodos, pilotes de acero, madera, o combinaciones de varios materiales. Los espigones de enrocado tienen generalmente una sección trapezoidal.29

Localización de Espigones

Al proyectar una obra de defensa ya sea protegiendo la orilla actual, o bien, en una margen nueva (al hacer una rectificación) se requiere trazar en planta el eje del río y en las orillas dibujar una línea paralela al eje a la cual llegarán los extremos de los espigones. La Figura 32 muestra un esquema general de la localización de espigones en una corriente natural.

29

MAZA ALVAREZ, José Antonio y GARCIA FLOREZ, Manuel. Estabilización y Rectificación de Ríos. Manual de Ingeniería de Ríos. Capitulo 14.p.7-15.

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Figura 32. Localización general de espigones en planta

Fuente: SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. Capitulo 12.p.465

Tipos de espigones

Existen diferentes tipos de espigones como: espigones cortos, espigones Largos y entre ellos espigones impermeables y permeables

Forma de los espigones Los espigones pueden también clasificarse de acuerdo a su forma en planta como se observa en la Figura 33, así: Figura 33. Forma de los espigones

Fuente. SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. Capitulo 12.p.467

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Espigón recto: formando un ángulo con la orilla y que tiene una cabeza con un sistema de protección contra la socavación en la punta.

Espigón en forma de T: el ángulo a es generalmente de 90 grados y el dique en

la punta es paralelo a la dirección del flujo.

Espigón en forma de L: que permite mayor espacio para sedimentación entre espigones y menos socavación en su cabeza y son más efectivos para facilitar la navegación.

Espigones en forma de jockey: que poseen huecos los cuales son más

extensivos en área que los en forma de T. El espigón no debe causar un cambio brusco en la dirección de la corriente, sino por el contrario producir un cambio suave. Los espigones son efectivos solamente si el espaciamiento entre ellos no es muy grande. Los puntos más importantes a tomar en cuenta al diseñar una protección basado en espigones son30: Localización en planta. Radios de las curvas, longitud de las tangentes, ancho

estable del río. Longitud de los espigones. Elevación de la cresta de los espigones Espaciamiento entre espigones. Número de espigones Pendiente de la corona. Angulo de orientación respecto a la orilla. Taludes laterales de los espigones. Permeabilidad del espigón. Características y tamaño de los Materiales para la construcción de los

espigones. Determinación de las condiciones de flujo alrededor de los espigones. Predicción de la socavación en la curva y socavación local en el extremo del

espigón. Para la construcción de espigones se utiliza una gran variedad de materiales, entre los cuales se encuentran los siguientes: (Ver Figura 34 y Figura 35). Enrocado Gaviones Pilotes Madera o bambú Elementos prefabricados de concreto.

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MAZA ALVAREZ, José Antonio y GARCIA FLOREZ, Manuel. Estabilización y Rectificación de Ríos. Manual de Ingeniería de Ríos. Capitulo 14.p.7-15.

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Figura 34. Espigones en hexápodos prefabricados

Fuente. SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. Capitulo 12. p.474

Figura 35. Espigones de bolsacreto

Fuente. SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001. Capitulo 12.p.474

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4.2.2 Gaviones

Los gaviones son estructuras que consisten en una caja construida con enrejado metálico, confeccionado con alambre especialmente galvanizado reforzado, estos gaviones se rellenan con canto rodado, piedra de cantera o el material más adecuado que se disponga, pero teniendo la precaución de no emplear piedras o materiales que contengan óxido de hierro (Fe), excesiva alcalinidad o compuestos salinos ya que cualquiera de esos elementos puede deteriorar el alambre a pesar de su fuerte protección de Zinc31. (Ver Figura 36) Figura 36. Protección de orilla en gaviones

Fuente. BIANCHINI INGENIERO., Gaviones Sistema de corrección fluvial muros de contención urbanismo. Disponible en Internet: <URL http://www.revistaproyecta.com/proyecta/2012/04/03/defensas-riberenas-con-gaviones-y-geosinteticos-detienen-desbordes-de-rios>.

Esta obra longitudinal se caracteriza principalmente por su flexibilidad ya que permite su construcción en terrenos irregulares, presenta también ventajas como: durabilidad, resistencia, economía entre otras. Otras aplicaciones de los gaviones son: construcción de diques, protección de taludes, encauzamiento de ríos, espigones, vertederos, defensa ribereña, muros ornamentales, revestimiento de canales y muros de contención, entre otros. A continuación se desarrollará este tema de gaviones.

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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001.p.487-488.

38

Los gaviones según su forma y materiales pueden ser: Gaviones Caja: son estructuras tipo caja en forma de prisma rectangular, hecha

de doble malla hexagonal torcida, para la colocación de las piedras. Asimismo, proporciona soluciones económicas ya que en la zona existen sitios naturales donde la piedra se encuentra en abundancia.

Gaviones tipo colchón: Los gaviones colchón se suelen llamar tipo caja a aquellos cuya altura está entre 0.50m-1.00m y tipo colchón a aquellos cuya altura está entre 0.17m-0.30m.

Gavión de tierra armada: es un gavión tipo caja que presenta un panel de refuerzo fabricado con malla hexagonal de doble torsión, este panel está conformado por una malla uniforme y continua, el cual se introduce en la masa de terreno garantizando un mejor desempeño en terrenos que requieren mayor refuerzo de suelo tales como contención y estabilización de taludes; y en rellenos para diferentes aplicaciones.

Los aspectos a tener en cuenta para el diseño de y construcción de gaviones son: Diámetro de la malla Longitud del gavión El relleno del gavión, debe realizarse de tal manera que se consiga la mayor

densidad posible, en tanto que la piedra no se salga del gavión, para lo cual se debe colocar la piedra de mayor tamaño que la malla

4.2.3 Diques marginales:

Son estructuras construidas dentro de los cauces, que tienen por objeto dirigir y encauzar convenientemente el flujo de un rio para proteger sus márgenes o rectificar su cauce, cuando la obra está terminada la corriente fluye paralela a estas estructuras como se observa en la Figura 37. Los diques marginales se utilizan principalmente en aquellas zonas donde los cauces tienen islas, o son divagantes, o las márgenes son irregulares, o cuando se requiere formar una nueva orilla separada de la actual. En ríos de planicie en que el agua escurre por un solo cauce se utilizan cuando las márgenes, sobre todo las curvas, son muy irregulares y de utilizar espigones estos requerirán más volumen de obra que un solo dique. Los diques se construyen generalmente con: enrocamiento y corazón de arena y grava con recubrimiento de roca o gaviones.32

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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga-Colombia. 2001.Capitulo 12.p.466.

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Figura 37. Dique marginal

Fuente: WIQUIPEDIA. Disponible en Internet: <URL http://es.wikipedia.org/wiki/Dique>.

4.2.4 Enrocado de protección:

El enrocado de protección es una obra longitudinal que pretende proteger los taludes de las márgenes de los ríos, como su nombre lo indica el material de construcción de este es la roca. Las márgenes de los ríos están constituidas principalmente por arena y limo, de tal manera que es importante mantener el agua alejada de sus márgenes fácilmente erosionables, ya que estas márgenes son severamente atacadas por las crecientes en aumento, la fuerza de arrastre, causando a la erosión. (Ver Figura 38) 33

Figura 38. Esquema enrocado de protección

Fuente. RODRÍGUEZ ZUBIATE, Edgar. Diseño de revestimientos con enrocado. Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil. Instituto para la mitigación de los efectos del fenómeno del niño. Mayo 2003.p.39.

33

ORTEGA L. CASTELLANOS., Obras hidráulicas para fijar el curso de Ríos. Trabajo de Grado. UIS, Universidad Industrial de Santander.Bucaramanga – Colombia. 1981. p. 30-35

http://es.wikipedia.org/wiki/Dique

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En los enrocados, se debe tener en cuenta el uso de piedras no redondeadas preferiblemente de forma tabloide con espesores superiores a 100 mm, las piedras pueden colocarse sueltas o pegadas con mortero o concreto, en el caso de utilizar uniones de concreto se requiere construir juntas de dilatación cada 10 a 20 metros, debajo de la piedra es necesario colocar un manto de geotextil o filtro para evitar la erosión. Algunas ventajas del enrocado son: adaptación a los movimientos del terreno, se repara en forma sencilla, puede aumentarse su espesor si se requiere, controla las olas y permite el establecimiento de vegetación. Los enrocados pueden ser: Enrocado anclado: Cuando las rocas disponibles no poseen el peso necesario

para su estabilidad contra la corriente, se pueden utilizar los enrocados anclados que consisten en un enrocado simple sobre el cual se coloca una malla de acero galvanizado anclado con pines de acero, el tamaño de la malla debe impedir la salida de los cantos o bloques.

Camellones o caballetes de roca: un camellón es un dique de protección de orilla en piedra colocado a una distancia determinada hacia afuera del borde de la orilla, el cual actúa como protección solamente en el momento de desborde o inundación de la corriente, los caballetes pueden ser apropiados para situaciones de emergencia o para evitar el desborde de las corrientes

41

5. MATERIALES DE OBRAS DE PROTECCIÓN A continuación se presentará un resumen de las características y comportamiento de la mayoría de los materiales de protección. Para la elaboración de la presente sección se tomó como referencia el texto Control de erosión en Zonas tropicales. Entre los materiales de obras de protección, se encuentran los siguientes:

5.1 FAJINAS PREFABRICADAS Son rollos o atados de fibras generalmente orgánicas, amarradas con fibras sintéticas u orgánicas34, como se observa en la Figura 39.

5.2 ROLLOS DE PAJA (STRAW ROLLS)

Los rollos de paja son fabricados con paja empacada en redes de tejidos plásticos, generalmente de color negro, formando un tubo muy similar a las fajinas, tienen aproximadamente 200 mm de diámetro y 8 a 9metros de largo y se colocan por medio de estacas a lo largo de las líneas de nivel de los taludes. Los rollos de paja tienen como propósito capturar y mantener los sedimentos sobre el talud y son útiles para la estabilización temporal, reduciendo la erosión laminar y en surcos, mientras la vegetación puede ser plenamente establecida. Los rollos de paja absorben una gran cantidad de humedad y se descomponen totalmente en uno o dos años.35 (Ver Figura 39). Figura 39. Fajinas prefabricadas o rollos de paja

Fuente: Bonterra Iberica.2008. Disponible en Internet: <URL http://www.controlerosion.es/?cat=7&paged=2>.

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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la

Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.212-213

http://www.controlerosion.es/?cat=7&paged=2

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5.3 ATADOS DE PAJA (STRAW BALES) Los atados de paja son manojos de forma rectangular o cúbica de paja comprimida, los cuales se utilizan como barrera en los taludes para interceptar los sedimentos y reducir la erosión laminar y en surcos, su utilización está limitada a pendientes muy suaves (inferiores al 10 %). Se les utiliza en longitudes de protección generalmente inferior a 15metros en cauces de caudales muy bajos con áreas de drenaje inferiores a una hectárea, su objetivo principal es servir de barrera de sedimentos.36 (Ver Figura 40) Figura 40. Rollos de paja sobre talud

Fuente. SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.212

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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.212-213

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5.4 ROLLOS O FAJINAS PREFABRICADAS CON FIBRAS DE COCO Se utilizan como un medio estructural para controlar la erosión en riberas de corrientes, para controlar la erosión en surcos y cárcavas en taludes y para la formación de raíces en obras de bio-ingeniería. Generalmente se fabrican en diámetros de 12”, 18” y 24” y longitudes de hasta 6metros, las fibras son muy porosas, acumulan grandes cantidades de agua y al mismo tiempo son muy resistentes, su alta resistencia permite utilizarlos en algunos casos para reemplazar los enrocados. La densidad de los rollos depende del tipo de fibra utilizada y la forma como se compacta o se ajusta. Se consiguen rollos de alta densidad (144 kg/m3), los cuales son más apropiados para corrientes de agua pero también los hay de baja densidad (96 kg/m3), los cuales se utilizan para barreras de sedimentos en taludes o en corrientes de baja velocidad. Estos rollos tienen una vida útil entre 5 y 7 años. Comúnmente se les ajusta con estacas vivas o sistemas de establecimiento de vegetación para producir barreras efectivas a largo plazo. Las estacas deben tener diámetro superior a 1”. Generalmente se colocan 3 estacas por metro de rollo. Los rollos de fibra de coco se les pueden entremezclar con otros productos o sistemas de control de erosión. Este sistema es relativamente económico en países donde se elaboran los rollos, pero son costosos si se requiere la importación del producto37. (Ver Figura 41) Figura 41. Rollos de fibra de coco


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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.212-213

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5.5 ADOQUINES Se denominan adoquines a bloques de concreto o mortero, los cuales se entrelazan entre sí formando una especie de rompecabezas. Los adoquines se utilizan como recubrimiento de la superficie de los taludes, riberas de corrientes de baja velocidad y como pavimentos para el paso de peatones o tránsito automotor, los hay de numerosas formas y tamaños.38 (Ver Figura 42). Figura 42. Revestimiento en Adoquín

Fuente: Ecoblog. Naturaleza, ecosistema, conservación, cambio climático, reciclaje, animales. 2012.

Disponible en Internet: <URL http://elecoblog.blogspot.com/2012_08_05_archive.html>.

5.6 BLOQUES DE CONCRETO UNIDOS POR CABLES

Bloques de concreto interconectados por medio de cables, como se muestra en la Figura 43, se utilizan como recubrimiento de riberas de corriente y playas marinas, esta unión de los bloques con los cables les permite trabajar conjuntamente como un sistema logrando resistir fuerzas dinámicas muy grandes, en ocasiones se anclan al suelo mediante tirantes de acero. (Ver Figura 44). Los bloques articulados de concreto se deben colocar sobre geotextil o sobre material granular de soporte, el geotextil actúa como filtro y ayuda a la estabilidad general del sistema de recubrimiento39

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39SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la

Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.217

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Figura 43. Bloque interconectados por medio de cables

Fuente. Suárez SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 11.p.427

Figura 44. Bloque de concreto anclados

Fuente. Suárez SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 11.p.424

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5.7 BOLSACRETOS

Son formaletas flexibles y permeables elaboradas a partir de cintas planas de polipropileno, que forman un textil de excelentes características, los Bolsacretos contienen la masa de mortero o de concreto conformando un enrocado de gran tamaño, adecuado para obras de protección de riberas, estabilización de taludes construcción de estructuras como espolones, rompeolas, diques, presas, taludes, pilares, sillares, muros y realces, los bolsacretos poseen la permeabilidad necesaria, de manera que bajo presión de inyección, el agua en exceso pasa libremente hacia el exterior produciendo un rápido fraguado y mejorando la resistencia y calidad del concreto. Otra ventaja es su facilidad en el transporte y el almacenamiento, ya que los bolsacretos son llevados vacíos hasta el sitio de la obra, donde posteriormente son llenados y colocados. Finalizada la inyección, el bolsacreto adopta la forma del medio circundante y de la superficie sobre la cual se apoya, son resistentes al choque con el agua en estructuras hidráulicas, reemplazando los sistemas tradicionales de protección con gaviones, enrocados naturales y muros de contención en concreto. Son utilizados en: la protección de orillas en riberas de ríos, en el control de erosión en estructuras hidráulicas, en las pilas de los puentes y las vías, en la conformación de diques, espolones y presas, y en el control de erosión en crecientes hidráulicas.40 (Ver Figura 45). Figura 45. Obra de protección en bolsacreto

Fuente: Compañía Colombiana de Consultores S.A, Disponible en Internet: <URL:

http://www.ccc.com.co/index.php/projects/c-170>.

5.8 REVESTIMIENTOS Existe una gran cantidad de materiales, de constitución muy diferente que pueden ser utilizados para la construcción de revestimientos entre los cuales se encuentran el enrocado, los colchones en gaviones, los bloques o pantallas de concreto, el bolsacreto, las obras en asfalto, los geo-compuestos, los suelos estabilizados y la vegetación etc.

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SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.216

http://www.ccc.com.co/index.php/projects/c-170

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El tipo de revestimiento a utilizar depende de la disponibilidad de materiales para su construcción, de las necesidades del diseño especialmente de la fuerza tractiva de la corriente, de la pendiente del talud y de la disponibilidad de recursos. El comportamiento de un revestimiento depende de las características propias del mismo y del suelo de cimentación, estas estructuras de revestimiento pueden ser permeables o impermeables, rígidas o flexibles. Un revestimiento flexible permite cierto grado de movimiento o deformación debido al asentamiento del suelo del talud, manteniéndose el contacto permanente y continuo de la cimentación. Un revestimiento rígido no permite movimientos a excepción del asentamiento uniforme de toda la estructura. Un revestimiento permeable permite el libre paso del agua, mientras uno impermeable no permite el flujo de agua, el grado de permeabilidad es un indicativo de facilidad con que un flujo de agua puede atravesar el revestimiento.

En las etapas del diseño se deben definir algunos elementos básicos del revestimiento entre los cuales se encuentran: Pendiente y forma del talud; Elevación de la cresta; Espesor de las diversas capas que componen el revestimiento; materiales que componen estas capas; sistemas de protección en el pie y otras obras de estabilización.

41 (Ver Figura 46 y Figura 47)

Figura 46. Revestimiento de orilla un antes

Fuente: SolucionesEspeciales. Especialistas en soluciones para el medio ambiente.2013. Disponible en Internet: <URL http://www. solucionesespeciales.com/2011/02/mallas-antierosivas-proteger-suelos-de.html >.

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http://www.solucionesespeciales.com/

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Figura 47. Revestimiento de orilla un después

Fuente: SolucionesEspeciales. Especialistas en soluciones para el medio ambiente.2013. Disponible en Internet: <URL http://www. solucionesespeciales.com/2011/02/mallas-antierosivas-proteger-suelos-de.html >.

5.9 GEOSINTÉTICOS

Los geosintéticos son productos de ingeniería, enrollables, fabricados con polímeros como el polipropileno, el poliéster, el nylon y el polietileno, como estos productos sintéticos se van a utilizar en obras en contacto con el suelo, la humedad y el medio ambiente es muy importante analizar su comportamiento en estas condiciones. Los geosintéticos generalmente se colocan en combinación con otros geosintéticos, o con otros productos como la vegetación, en ocasiones cumplen un objetivo específico como por ejemplo servir de separadores entre capas de materiales o proteger contra la erosión en forma temporal durante el período de construcción. La mayoría de los geosintéticos se fabrican en rollos, los cuales se desenrollan para extender el geosintético sobre una superficie.42 (Ver Figura 48).

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Figura 48. Geosintéticos

Fuente: Bonterra Iberica.2008. Disponible en Internet:<URL http://www.controlerosion.es/?cat=7&paged=2>.

5.10 GEOMEMBRANAS Las geomembranas son capas delgadas de caucho o materiales plásticos utilizados principalmente como impermeabilizantes, existen muchos tipos diferentes de membranas sintéticas a base de plásticos y de elastómeros muy fáciles de instalar. Las membranas de Bentonita y de productos a base de arcilla son las que más se encuentran en el mercado. Generalmente los proveedores facilitan catálogos muy completos sobre sus características y colocación, se debe ser cuidadoso al escoger el tipo de geomembrana; cuya utilización debe hacerse teniendo en cuenta el comportamiento específico de cada tipo de membrana.43 (Ver Figura 49) Figura 49. Geomenbrana margen cauce

Fuente: Polo Eléctrico punto de la construcción. Disponible en Internet:<URL

http://puntodelaconstruccion.com.co/geo-sistemas2.html>.

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http://www.controlerosion.es/?cat=7&paged=2

http://puntodelaconstruccion.com.co/geo-sistemas2.html

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5.11 GEOTEXTILES Geotextil es el nombre genérico que se le asigna a los textiles permeables o redes de material plástico utilizadas en contacto con el suelo o la roca, se les utilizan como separadores entre capas de suelo, como refuerzo o como filtro. Los geotextiles difieren unos de otros de acuerdo al material polimérico utilizado para su fabricación. Los tipos más comunes son el poliéster y el polipropileno, aunque también se utiliza el polietileno y el nylon. Los geotextiles no deben confundirse con los geomantos biodegradables. El diseño de geotextiles para control de erosión se basa en dos funciones principales: la permeabilidad o facilidad para permitir el paso del agua y la capacidad de retención de las partículas mientras se permite el flujo. La calidad de los filtros de geotextil se analiza con relación al tamaño equivalente de orificios que corresponde a los tamaños más grandes de poro del geotextil. 44(Ver Figura 50) Figura 50. Geotextiles en orilla de cauce

Fuente: Geomatrix soluciones de alta tenacidad. Disponible en Internet:<URL

http://www.geomatrix.com.co/Applications/Estructuras-hidraulicas/Revestimiento-hidraulico>.

5.11.1 Los geotextiles no tejidos:

Son construidos por filamentos de polímeros colocados en forma desordenada y unidos utilizando calor, resinas o punzado con alfileres, los geotextiles no tejidos son manufacturados formando una telaraña suelta de fibras cortas o filamentos continuos, organizados en un patrón desordenado y luego sujetos a alguna forma de unión para formar una estructura plana resistente. El proceso de

44


http://www.geomatrix.com.co/Applications/Estructuras-hidraulicas/Revestimiento-hidraulico

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formación de la telaraña es importante por cuanto es responsable de la distribución y orientación de las fibras en el producto definitivo, la tela se forma por medio de un proceso de batido de las fibras (separado y mezclado) y luego son depositados sobre una correa movible. Varias capas pueden combinarse para formar un geotextil con el ancho requerido y la orientación deseada de fibras, luego la telaraña es sujeta a una operación de unión o pegado. Después del pegado se le da un tratamiento para obtener unas características especiales de superficie. (Ver Figura 51)

Figura 51. Geotextiles no tejidos


5.11.2 Geotextiles tejidos

Los geotextiles tejidos son fibras tejidas en ángulos rectos conformando la apariencia de una manta con huecos de tamaño uniforme, son: Geotextiles tejidos de monofilamento, tejidos de hilo, tejidos de cinta, y tejidos fibrilados. (Ver Figura 52)

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Figura 52. Geotextiles tejidos


5.12 GEOMALLAS O GEOGRILLA

Las geomallas son mallas plásticas con orificios de gran tamaño, los cuales se utilizan comúnmente como refuerzo de suelo pero también se les usa como separadores entre capas de materiales gruesos, como canastas para gaviones o para mejorar las características de otros geosintéticos. Algunos separan las geomallas para refuerzo de las geomallas para drenaje, sin embargo se le puede clasificar dentro de la misma, las geomallas se fabrican de polietileno de alta densidad, poliéster o polipropileno. Su utilización como refuerzo de taludes de tierra reforzada es muy popular en los Estados Unidos y Europa.45 (Ver Figura 53 y Figura 54)

45


53

Figura 53. Geomallas

Fuente: Cajigas Silva. Germán. Santa María Pardo. Luis E. Protección de riberas empleando estructuras

flexibles con geomallas. Disponible en Internet:<URL :

https://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/Bvirtual/019670/Paginas/45.htm>.

Figura 54. Geomalla sobre margen de río

Fuente: Projar Inspiring green technology. Disponible en Internet:<URL

http://www.projar.es/productos/producto_detalle/487/104/geomalla-tridimensional-trinter-reforzada>.

https://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/Bvirtual/019670/Paginas/45.htm

54

5.13 GEOTUBOS El sistema de geotubos para el control de erosión, utiliza una geomanta especial que una vez colocada en la costa adopta una forma de tubo elipsoidal, aplastados en sus extremos y abombados en su parte central como se observa en la Figura 55. Geotubos control de erosión en orillas de rio. Los diámetros del geotubo y su longitud se determinan por los requisitos del proyecto. El geotubo se llena acoplándose a un sistema de bomba hidráulica que transporta el material dragado o también, en casos de uso de escalas de obra menor, se rellenan in situ. El geotubo retiene el material de relleno mientras el agua filtra por la pared del geotubo. Los geotubos atrapan en forma permanente el material granular, tanto en construcción seca como bajo el agua.46 Están formados por geomantas de resistencia adecuada y cosidos entre sí. El geotubo se enrolla en forma de rollos, alrededor de centros formados por tubos, para su manejo y transportación, la única limitante en su longitud es el peso que pueda ser manejado con facilidad en el campo. Los parámetros de diseño más importantes son:

Permeabilidad: del suelo y de la geomanta, que permita de manera adecuada aliviar las presiones de poro al momento de llenarse y frente a la entrada y salida de agua.

Abertura aparente de la geomanta, que vaya de acuerdo con la granulometría del suelo que se use como relleno.

Resistencia de las costuras Resistencia a las fuerzas erosivas, al punzonamiento y al rasgado Resistencia a los rayos ultravioleta y la altura máxima de la ola esperada Dirección y velocidades máximas de las corrientes. Profundidad de socavación calculada.

5.13.1 Relleno de los geotubos

Para su llenado in situ es necesario primeramente posicionarlos en el lugar exacto, con auxilio de postes o varillas fuertemente clavados. Una vez posicionados los geotubos, se procede al llenado del mismo a través de las trompas de inyección o con arrojado de material, según el tipo de obra y el método de relleno elegido para el geotubo. Una vez llenado el geotubo, este expulsará toda el agua en exceso y bajará aproximadamente del 20% al 30% de la altura, imputable al agua en su interior (Ver Figura 55). Las defensas de costas llevadas a cabo con geotubos para pequeñas obras y también las de bajo costo, son una opción muy válida, siempre que se atiendan a los consejos de los especialistas y al diseño. (Solucionesespeciales) Una obra en geotubos bien ejecutada, quedará inserta en el medio ambiente por muchísimos años, pues se integra perfectamente al estar compuestos por materiales de relleno de la zona.

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SolucionesEspeciales. Especialistas en soluciones para el medio ambiente.2013. http://www.solucionesespeciales.com/

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Figura 55. Geotubos control de erosión en orillas de rio

Fuente. SolucionesEspeciales. Especialistas en soluciones para el medio ambiente.2013. Disponible en Internet: <URL http://www.solucionesespeciales.com/>.

5.14 TEJIDOS ORGÁNICOS Son textiles tejidos fabricados con fibras orgánicas de alta resistencia como Yute o Fique.

5.14.1 Tejidos de Yute Generalmente consisten en tejidos abiertos de fibra gruesa de Yute (3 a 6 mm de diámetro con aberturas de 10mm x 19 mm) con 60 a 65% de área abierta y absorción de agua superior al 450 % del peso de la tela, con peso nominal de 500 g/m2. Su principal ventaja es la gran capacidad de absorción de agua. Se pueden utilizar solos para proteger las semillas y facilitar el establecimiento de la vegetación. 47(Ver Figura 56) 47

SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.


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Figura 56. Tejido orgánico en orilla de cauce

Fuente. El Desarrollo del Polímero Su Mejor Manejo en Práctica Guía de Uso. University Central of Florida. Disponible en Internet: <URL : http://www.siltstop.com/pdf/PEBMP_guide_SPANISH.pdf>.p.8.

5.14.2 Tejidos de Fique El fique es una fibra natural de origen tropical, de alta resistencia a la tensión y gran capacidad de absorción de agua, con la cual se fabrican tejidos y sogas. Las telas son de fibra mediana con área abierta de 10 a 30% y pesos de 200 a 400 g/m2. Los tejidos de fique se utilizan como una capa protectora para el establecimiento de vegetación. Estas telas son muy utilizadas en Colombia para la protección de taludes contra la erosión. De acuerdo a la experiencia colombiana se acostumbra colocar debajo del manto de fique un lodo fertilizado, el cual está compuesto por tierra orgánica, tierra arcillosa, predominantes de la región.48

5.14.3 Tejidos de fibra de coco (Coir fibers):

La fibra de coco es de alta resistencia a la tensión y posee una buena durabilidad. La resistencia a la tensión de estas telas de coco varía de 18 a 26 kN/m dependiendo de la cercanía del tejido y del grosor de los hilos. Las telas de coco tienen una vida útil que varía de 5 a 10 años dependiendo de las condiciones de humedad.49

48

49SUAREZ DIAZ, Jaime. Control de Erosión en Zonas Tropicales. Instituto de Investigaciones sobre la

Erosión y Deslizamientos-Ingeniería de Suelos Ltda. Bucaramanga -Colombia. 2001. Capítulo 6.p.208

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5.15 TABLESTACAS METÁLICAS Se definen como tablestacados metálicos las paredes formadas por tablestacas metálicas que se hincan en el terreno, para constituir, debidamente enlazadas, pantallas de impermeabilización o resistencia, con carácter provisional o definitivo como se observa en la Figura 57. Las tablestacas se caracterizan por la posibilidad de adaptarlas unas a otras por simple encajado o incluso por simple posición de los costados longitudinales; a este efecto, los perfiles o ensamblados están provistos, por lo menos en los costados longitudinales, de dispositivos de unión (por ejemplo, cordones, salientes, ganchos o garfios).

Las tablestacas se utilizan generalmente en la construcción de barreras en terrenos movedizos o sumergidos, en la realización de trabajos de ingeniería, tales como presas, diques o zanjas.50 Figura 57. Tablestaca metálica

Fuente: Pilco creando progreso en nuestras aguas. 2010-2013.Disponible en Internet: <URL :http://www.pilco.com.co/proyecto/hinca-de-tablestacas-para-obras-de-proteccion-en-carmen-de-

apicala/>.

5.16 MANTO ANTISOCAVACIÓN Los mantos antisocavación se utilizan para proteger orillas costeras o ribereñas o para proteger estructuras de control hidráulico ante los efectos de socavación. Garantizan el contacto con la superficie mediante lastres en sus extremos los cuales consisten en

50


http://www.pilco.com.co/proyecto/hinca-de-tablestacas-para-obras-de-proteccion-en-carmen-de-apicala/

http://www.pilco.com.co/proyecto/hinca-de-tablestacas-para-obras-de-proteccion-en-carmen-de-apicala/

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fundas de geotextil llenas arena.51 (Ver Figura 58) Figura 58. Manto antisocavación orilla de río

Fuente: Geomatrix soluciones de alta tenacidad. Disponible en Internet:<URL

http://www.geomatrix.com.co/Applications/Estructuras-hidraulicas/Revestimiento-hidraulico>.

51

SolucionesEspeciales. Especialistas en soluciones para el medio ambiente.2013. http://www.solucionesespeciales.com/

http://www.geomatrix.com.co/Applications/Estructuras-hidraulicas/Revestimiento-hidraulico

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Para la implementación de obras de protección y control de cauces se deben tener en cuenta las características geomorfológicas de las corrientes, con el fin de implementar la obra más favorable para la condición inicial del sitio de estudio. Las metodologías expuestas en este documento para la implementación de obras de protección, dan a conocer los componentes básicos de un cauce como son los sedimentos, vegetación y erosión.

Dados los eventos de cambio climático de los últimos años (inundaciones, caídas de banca de vía colindante con corrientes, arrastre de material, etc.), y teniendo en cuenta que los diseños hidrológicos son una base para el desarrollo de obras de protección de orillas se considera este documento de interés común como base para desarrollar obras de protección de cauces que mejoren las condiciones de los mismos y de los que interactúan con ellos. Este trabajo permite conocer la clasificación de los ríos según sus características como: forma, pendiente, velocidad, arrastre de sedimentos, ancho, longitud, etc.

En cualquier tipo de obra de estabilización de orillas de cauces, es de vital importancia el diseño e implementación de un sistema eficiente que garanticé durabilidad, funcionalidad y seguridad de la misma.

Las diversas obras protección permiten seleccionar la obra más adecuada dependiendo de los recursos tanto físicos como económicos, además de buscar minimizar el impacto ambiental producido por estas.

Las obras de protección de cauces, permiten optimizar el recorrido dinámico de estos, no obstante la intervención de las condiciones naturales no se ve modificada totalmente, contrario a esto se busca mejorar, aprovechar y mantener la configuración inicial.

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BIBLIOGRAFIA

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