UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CURSO: INGENIERIA DE RIBERASINTRODUCCIN AL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN

CAUCES FLUVIALES

Presentado por:Ing. Ernesto Ramrez

Introduccin

En los ros, al ser parte del medio natural y a diferencia de loque puede ocurrir en los canales o en otras obras hidrulicas,se producen una serie de interrelaciones entre los numerososfactores del medio, que motivan el hecho de que no todas laspreguntas (cunta agua?, cundo la transporta?, por donde?, etc)se puedan responder nicamente con la hidrologa y la hidrulicase puedan responder nicamente con la hidrologa y la hidrulicaen lmina libre.

Sin nimo de ser exhaustivos, se pueden enumerar lassiguientes diferencias bsicas entre un ro y la obra hidrulicams similar, aunque slo en apariencia, que podra ser uncanal:

Objetivos

El objetivo de esta clase es describir los conceptos bsicosreferentes a la fase slida del flujo (transporte desedimentos), que como se ve tiene una influencia notable enel trazado y en el contorno de los ros y por tanto sonaspectos claves al disear o al evaluar las consecuencias decualquier actuacin en un cauce.cualquier actuacin en un cauce.

El caudal. En un canal suele ser sensiblemente constante yse corresponde con el de diseo. En un ro el caudal siemprees variable y depende del rgimen hidrolgico de la cuencade aportacin. De hecho esa variacin y especialmente laocurrencia de eventos extraordinarios, como las avenidas,ocurrencia de eventos extraordinarios, como las avenidas,tienen una gran influencia en la dinmica fluvial.

El trazado en planta. El trazado de un canal es fijo, sinembargo el trazado de los ros normalmente es cambiante, demanera aguda tras determinados eventos extraordinarios, ode manera gradual a lo largo del tiempo. El trazado de loscanales suele ser una sucesin de alineaciones rectilneas,mientras que el trazado de los ro es siempre sinuoso,mientras que el trazado de los ro es siempre sinuoso,buscando el acomodo o equilibrio en su entornogeomorfolgico.

El contorno. El contorno de los canales es fijo,normalmente se reviste su seccin para que esta noexperimente variaciones. El contorno o seccin de un ro varaa lo largo del tiempo en funcin de la combinacin de: variableshidrolgicas (caudal lquido), hidrulicas (fundamentalmente lavelocidad del flujo) y del transporte de material (caudal slidoy granulometra del mismo). La combinacin de estas variablesy granulometra del mismo). La combinacin de estas variablesprovoca acreciones por depsitos del material transportado , oregresiones por arrastre (erosin) del material que formanel fondo y los taludes.

El material transportado. En el caso de los canales elflujo est formado nicamente por agua, mientras que en losros el flujo consta de una fase lquida (caudal lquido) y deuna fase slida (caudal slido).

La interaccin con el ecosistema. A diferencia de loscanales los ros interactan con el ecosistema en el que secanales los ros interactan con el ecosistema en el que sedesarrollan: a travs del fretico mantienen las condicionesde humedad idneas en las riberas que permiten el desarrollode sotos y bosques fluviales. Por otra parte, las condicionesde calado y velocidad del agua (ambas menores que las quesuelen darse en canales) permiten el desarrollo decomunidades vegetales y animales

Clasificacin del transporte de sedimentos

El caudal slido transportado por una corriente se puede clasificar en funcin de dos criterios: segn el modo de transporte y segn el origen del material.

Por el modo de transporte una partcula puede ser transportada en suspensin (soportada por la turbulencia del transportada en suspensin (soportada por la turbulencia del flujo), o transportada por el fondo, rodando, saltando o deslizndose.

Cuando mayor es la energa del flujo mayor ser el dimetro que puede ser transportado en suspensin.

Por lo que respecta al origen del material, ste puede proceder del propio lecho del cauce, como ya se ha indicado, o proceder del lavado de las laderas de la cuenca vertiente al cauce. En este ltimo caso el material es ms fino y se transporta habitualmente en suspensin.

Algunos autores (Martn Vid, J.P., 1997) estiman como lmite granulomtrico que permite distinguir los materiales provenientes de la cuenca, de los provenientes del lecho, el dimetro D=0,0625 mm. Segn este criterio las partculas de dimetro inferior tendran mayoritariamente su origen en la cuenca, mientras que las partculas de dimetro superior la cuenca, mientras que las partculas de dimetro superior tendran su origen mayoritario en el cauce.

Las dos caractersticas ms importantes del material delcauce, por su influencia en el transporte de sedimentos, sonel peso especfico de los materiales y la granulometra delos mismos.

Por granulometra se entiende la distribucin de tamaos delas partculas de una muestra. Normalmente se evalalas partculas de una muestra. Normalmente se evalatamizando una muestra de material y pesando la fraccin quepasa un tamiz pero es retenida por el siguiente, ms pequeoen tamao. Por ello como tamao se entiende la dimensindecisiva D que hace que una partcula sea retenida o pasepor un cedazo. A menudo se denomina a esta dimensin D:dimetro, pues se asume una forma de partcula esfrica oelipsoidal.

La representacin habitual de la granulometra de unamuestra es la curva granulomtrica (ver fig. 2). En una curvagranulomtrica se entiende por Dn, el tamao tal que eln% del material en peso es menor que l. As por ejemploD10 indica el tamao tal que nicamente el 10% del peso dela muestra tiene dimensiones menores. Se emplean conla muestra tiene dimensiones menores. Se emplean conmucha frecuencia, para caracterizar los lechos, los dimetrosD85 y D50, que es la mediana de la muestra. El D85 tiene laparticularidad de que es fcil de estimar si no se cuenta conun anlisis granulomtrico. La aproximacin se puede realizarrecogiendo en aguas bajas una muestra de los mayorestamaos y obteniendo una media de ellos.

Tambin son de gran inters para definir las caractersticas de un lecho, la media aritmtica, como medida de posicin, y la desviacin tpica de la muestra como medida de dispersin.

En donde:

Di, es el centro de la clase i (el tamao medio entre dos pases de tamiz).

Ai, es la fraccin unitaria en peso de la clase i.

Si la desviacin tpica granulomtrica es 3), se dice que la granulometra es extendida o que el material est bien graduado. En el segundo caso se pueden dar fenmenos de acorazamiento. Se produce acorazamiento de un lecho, formado por granos de diferente tamao, cuando los tamaos superiores descansan en las capas ms superficiales sobre capas que incluyen tamaos inferiores.

Ejercicio N1

Se cuenta con dos muestras tomadas en dos ros muy diferentes. La primera muestra, de 295,4 kg, corresponde a la riera de las Arenas situada en el Valls Occidental (en Martn Vid, J.P., 1997). La segunda muestra corresponde al Arroyo del Partidosituado en Huelva (PYCSA, 1998) y tiene 100 kg de material. Tras realizar un Huelva (PYCSA, 1998) y tiene 100 kg de material. Tras realizar un anlisis granulomtrico se lleg a los siguientes resultados:

Equilibrio del fondo de cauce

Se dice que un cauce se encuentra en equilibrio, en presencia de transporte de sedimentos(ya sea en suspensin o por el fondo), cuando su cota no sufre modificacin.

Hace ya ms de 50 aos Lane, (Lane E.W., 1955) propuso tener en cuenta cuatro variables a la hora de analizar la tener en cuenta cuatro variables a la hora de analizar la estabilidad de un fondo:

Lane estableci de una forma cualitativa, que la condicin deequilibrio depende de la relacin que existe entre estasequilibrio depende de la relacin que existe entre estascuatro variables, de manera que el conjunto caudal slido-granulometra del sedimento debe estar en equilibrio con elconjunto caudal lquido-pendiente del cauce.

El desplazamiento de la balanza por un exceso de peso en unplatillo (caudal lquido o caudal slido) o por un brazoexcesivamente largo (pendiente o granulometra delsedimento), da lugar a un desequilibrio que conlleva procesosde erosin o sedimentacin. Para recuperar el equilibrio, elflujo debe aumentar el peso del platillo opuesto oincrementar su brazo.incrementar su brazo.

En resumen los ros se pueden encontrar en equilibrio o en desequilibrio. En el segundo caso puede existir un exceso de transporte de fondo (sobrealimentacin) o un defecto (subalimentacin) y se produce sedimentacin o erosin respectivamente.

Es importante destacar que en ambos casos la principalvariable que permite recuperar el equilibrio es la pendiente.Si existe sobrealimentacin la tendencia de la corriente ser aaumentar la pendiente mediante la sedimentacin delmaterial transportado. En el caso contrario la tendencia irdirigida a disminuir la pendiente al producirse erosin en ellecho.lecho.

Ejercicio N2

Analizar, con espritu crtico y haciendo uso de la analoga de Lane, el efecto que sobre un ro en equilibrio podra tener:

Un trasvase de aguas desde otro ro.

La deforestacin de la cuenca vertiente a un ro. La deforestacin de la cuenca vertiente a un ro.

Un encauzamiento que acortara la longitud del cauce entre dos puntos.

Un encauzamiento que estrechara el cauce.

Una presa construida en la cabecera.

Inicio del movimiento

Como se deduce de lo expuesto con anterioridad, en algn momento, en un cauce que soporta una corriente, una partcula se ver desplazada por la fuerza de arrastre del agua.

El problema ha sido intensamente estudiado en la hidrulica El problema ha sido intensamente estudiado en la hidrulica fluvial, pero el mejor acercamiento a la solucin fue expuesto por Shields en 1936 y hasta hoy parece contar con el consenso de los estudiosos de la materia.

La accin del agua sobre el fondo se puede caracterizar por una tensin cortante en el fondo, o , cuya accin de arrastre sobre una partcula es proporcional a la superficie de la misma (oD2).

Por otra parte, tambin para una partcula, la fuerza Por otra parte, tambin para una partcula, la fuerza estabilizadora es proporcional al peso de la misma (proporcional a (s - ) D3 siendo s el peso especfico del sedimento y el del agua).

Shields defini un parmetro adimensional , llamado parmetro de Shields, como cociente entre la fuerza promotora del movimiento y la fuerza estabilizadora.

Shields demostr de forma experimental, enlechos uniformes y artificialmente aplanados, queel parmetro adimensional (4) es funcin deldenominado nmero de Reynolds granular o defondo: Re*

Valores de Re* menores de 2 (5 segn algunos autores) indican un Valores de Re* menores de 2 (5 segn algunos autores) indican un flujo laminar. Los valores superiores pero inferiores a 70 (400 segn algunos autores) indican un flujo turbulento de transicin. Los valores superiores se corresponden con un flujo claramente turbulento.A mayor valor de Re* el flujo es ms turbulento.

En el diagrama de Shields se propone una curva de inicio delmovimiento En ordenadas se recoge el valor del parmetrode Shields (4) mientras que en abcisas se muestra el nmerode Reynolds de fondo. Los valores situados en la partesuperior de la curva indican que existe movimiento, mientrasque los valores situados en la parte inferior de la curvaindican reposo.indican reposo.