TEMA VIII RÉGIMEN DE ESTUARIOS

OBJETIVO: Analizar el funcionamiento hidráulico de estuarios y la estabilidad de los accesos costeros.

1 Origen, morfología y terminología estuarina.

Por convención se acepta como mas adecuada la definición de Pritchard (1967): "Estuario es un cuerpo o masa de agua costera semi-encerrada, con conexión libre al mar abierto, y en el cual es medible la dilución del agua de mar por agua dulce proveniente de la tierra". Que sea semi-encerrado implica que su patrón de circulación es influido considerablemente por las fronteras laterales, y por lo tanto es un cuerpo costero, pero no forma parte de la línea de costa en si misma; permitiendo así distinguirlo de cuencas de mayor tamaño como una bahía o un golfo. Que la conexión al mar abierto sea libre significa que la comunicación entre el océano y el estuario debe permitir el intercambio de agua, sal, y la transmisión de la energía de la marea permanentemente, para todo estado de marea y durante todas las estaciones del año. Que la dilución de agua de mar sea medible significa que la salinidad en el interior del estuario debe ser menor que en el océano adyacente; es decir que el volumen de agua dulce que ingresa por afluentes y precipitación es mayor que el que se pierde por evaporación en el mismo lapso de tiempo.

Con anterioridad Pritchard usó la terminología, hoy desechada, de:
Estuario Positivo para aquel en que el volumen de agua dulce que ingresa es mayor que el que se pierde (salinidad interior menor que en el océano): y Estuario Negativo o Inverso para aquel en que ocurre lo contrario (salinidad en el interior mayor que en el océano).

Actualmente se denomina al primer caso como "cuenca estuarina" y al segundo como "cuenca no-estuarina"

2 Régimen de vasos a marea libre.

Se ha establecido el régimen de flujo en el estuario, a través del análisis de los campos de formas de fondo presentes en el lecho del cauce mediante la utilización de la Sonda Multihaz. El estudio ha permitido deducir el régimen de flujo dominante en diferentes tramos del río y establecer el grado de hidrodinamismo que soporta el medio. Los resultados indican un régimen moderado con tendencia al equilibrio, caracterizado por la alternancia de tramos de alta, media y baja energía, consecuencia de las variaciones de la corriente media en cada tramo. El proceso deposicional dominante es el transporte, aunque la erosión y sedimentación también están presentes localmente.

Aunque el régimen deposicional esté principalmente controlado por la acción fluvial, dominada ésta por las crecidas estacionales, la acción marina es también un factor esencial de la dinámica de la ría, dominada esencialmente por las mareas. Otro factor, como la acción antrópica, es actualmente determinante, debido a las grandes modificaciones realizadas en la cuenca y en cauce fluvial, tales como, presas y embalses, canales, diques, muelles, esclusas y dragados, que han alterado la fisiografía y el régimen hidráulico y deposicional natural del río.

3 Corrientes de densidad y cuña salina.

Procesos de Transporte Hidrológico y de Materia

Para esta clasificación es factor determinante la modalidad del transporte de sal.
En esta sección identificamos y definimos los procesos físicos de flujo en cuerpos de agua naturales que causan el transporte y la mezcla o intercambio de substancias naturales (Ej.: la sal) o contaminantes con otros medios. Estos procesos son los siguientes:

Advección (o convección forzada): Transporte impuesto por un sistema de corrientes (Ej.: corriente de un rio o de mareas, causadas por un gradiente de presión; corrientes horizontales causadas por un gradiente de densidad).
Convección (natural): Transporte vertical inducido por una inestabilidad hidrostática (Ej.: corriente residual causada por un gradiente vertical de densidad en una laguna costera, flujo bajo la superficie congelada o fría de un fiordo o un lago).
Difusión Molecular: El esparcimiento (“scattering” en inglés) de partículas por movimiento molecular aleatorio (ocurre aun en reposo, sin campo de velocidades presente, y depende sólo de las materias involucradas. Ej.: sal y agua, azúcar y alcohol, etc.).

Difusión Turbulenta: El esparcimiento (“scattering”) aleatorio de partículas por movimiento turbulento, que puede tratarse matemáticamente en forma análoga a la difusión molecular, pero con coeficientes de difusión turbulenta (“eddy” en inglés) varios órdenes de magnitud mayores que los coeficientes de difusión molecular. Requiere de la existencia de un campo de velocidades.

Efecto del esfuerzo tangencial de corte, deslizamiento, o cizalle (“shear” en inglés): No es un proceso de transporte en si, sino una configuración del campo de velocidad advectivo. Es la advección del fluido a diferentes velocidades para diferentes posiciones en el espacio. Ejemplos: el fluir con velocidad creciente a mayor elevación en la capa límite adyacente al fondo de un rio, como resultado de la fricción y la viscosidad; el cambio en magnitud y dirección del vector velocidad con la profundidad en un estuario estratificado o en un transporte espiral de Ekman en el océano.

Dispersión (longitudinal): El esparcimiento (“scattering”) de partículas o de una nube de contaminantes por efecto combinado del cizalle ("shear") y de la difusión transversal al campo de velocidad advectivo (la difusión longitudinal al campo de velocidad advectivo no se considera por ser generalmente despreciable con respecto al efecto dispersivo longitudinal). La dispersión puede ser laminar o turbulenta según que predomine la difusión molecular o la difusión turbulenta.

Mezcla: Resultado de las difusiones o la dispersión ya descritas, entre dos o más parcelas de agua con o sin materia en suspensión o dilución, que interactúan.

Evaporación.- El transporte de vapor de agua de la superficie del agua o del suelo a la atmósfera.
Abordamiento (“entrainment” en inglés): Transporte en la interfase entre 2 capas de una laguna costera, debido al efecto combinado de la convección (natural o forzada) y la difusión turbulenta. 

4 Estabilidad de accesos costeros.

Los estuarios constituyen los “criaderos” (lugares donde los juveniles crecen con rapidez) de la mayor parte de moluscos, crustáceos, peces costeros que se cosechan no sólo en el estuario sino también mar adentro. (Odum & Sarmiento 1997).

Esta propiedad natural de los estuarios  podría ser aprovechada por el hombre para el cultivo de estas especies, que de manera natural,  se desarrollan fácilmente en este tipo de ecosistemas.

Para el establecimiento de estas áreas de acuicultura es importante estudiar las características del medio. Éstas son básicamente 3: heterogeneidad, variabilidad y diversidad.

A la heterogeneidad del medio marino debida a su propia inmensidad (variación de temperatura en sus distintas latitudes, relieve submarino, diferencias de salinidad según la evaporación o aporte de aguas de lluvias...) hay que añadir la heterogeneidad en la zona litoral constituida por el flujo de aguas dulces procedentes de los ríos, aguas menos densas y generalmente más calidad. Por otra parte podríamos imaginar que donde se produjeran mareas se darían fenómenos de remoción de agua que homogeneizaran el medio, pero realmente no es así  ya que las masas de agua se deslizan unas sobre otras en un movimiento horizontal, mientras los movimientos verticales son muy limitados.

Estos medios son también muy variables ya que los aportes de aguas dulces son fluctuantes en el espacio y en el tiempo (varían tanto en estaciones como en la zona de vaciado, ya que son aguas muy ligeras que se ven desplazadas por acción de los vientos, desplazándose de la zona).

Son ecosistemas muy diversos poblacionalmente. La densidad de especies es máxima en la capa superficial (0-10m)  y decrece con la profundidad.

Sin embargo estos medios tan diversificados y productivos, en principio receptivos al cultivo, son muy frágiles, ya que están expuestos a múltiples perturbaciones, de modo que la producción de organismos cultivados puede estar limitada por las características naturales del medio en cuanto  a la utilización y ocupación del litoral. Por ello conviene administrar y estudiar estos espacios y más concretamente analizar los factores que inciden, no sólo en su calidad, sino también aquellos que van a ser decisivos para el éxito o fracaso de cualquier tipo de explotación acuícola, como son las propiedades del agua, la prevención sobre los fenómenos accidentales, tales como la proliferación de especies fitoplanctónicas, mareas rojas, fenómenos de anoxia, etc..., como también definir las tasas de contaminación ordinaria de los organismos representativos de las poblaciones locales.

Asimismo para la elección de la zona de cultivo se tendrá en cuenta las condiciones geomorfológicas y climáticas. Así para la acuicultura del molusco o de algas se utilizarán zonas cerradas protegidas de los temporales con moderada tasa de renovación del agua y nutricionalmente ricos. Y para  el cultivo de peces y crustáceos se favorecerá el sustrato arcilloso para el cultivo en tierra, así como los regímenes hidráulicos definidos por el ritmo de la marea.

Un buen conocimiento de la riqueza orgánica de los fondos (parques intermareales, marismas, etc...), es la base de una buena gestión del medio. (Corral et al 2000). Así vemos que existen varios tipos de agua a lo largo de un ciclo de marea; al inicio de la bajada de la marea son aguas mixtas, saladas y a veces dulces, provenientes de las marismas, recalentadas en verano y refrigeradas en invierno. En el medio de la bajada son aguas dulces cargadas de materia orgánica y enriquecida en oxígeno por el flujo turbulento en superficie. Al final de la bajada son aguas de chorreo sobre la superficie del depósito, son muy turbias, aveces muy ricas en amoníaco, en definitiva poco favorables para la acuicultura. 

Estas zonas bien gestionadas pueden constituir una fuente generadora de riqueza para los habitantes de las mismas. Las especies pesqueras, que ya se encuentran de forma natural, pueden verse incrementadas mediante el desarrollo de prácticas de cultivo contribuyendo al mantenimiento de unas poblaciones permanentes sobre los territorios.

Muchas veces también un estuario es una eficiente trampa de nutrientes, en parte física (las diferencias de salinidad retardan el mezclado vertical de masas de agua pero no el horizontal) y en parte biológica. Esta propiedad contribuye a la capacidad del estuario de absorber nutrientes de desecho, siempre que la materia orgánica haya sido reducida por tratamiento secundario. (Odum y Sarmiento 1997).

VIDEO TEMA VIII

TEMA VII SOCAVACIÓN Y ENCAUZAMIENTOOBJETIVO: Evaluar los diferentes tipos de socavación que se producen en cauces y pérdidas de suelo en cuencas.
La socavación es un fenómeno causado por la acción del agua desplazando todo tipo de material que haga contacto con ella lo que también podría entenderse como un tipo de erosión hídrica presentada de forma muy frecuente.

Éste tipo de hechos se puede clasificar en: la socavación general (capacidad de arrastre-velocidad), de estrechamiento (medidas en la superficie libre del agua), en curvas (la velocidad en la curva del río), la socavación local en estribos y la socavación local en pilas.

En la acción de la socavación todo recorrido en el río puede estar sujeto a su embate, aún en la construcción de puentes, la socavación se puede presentar bajo algunas formas : por la densidad del agua, la velocidad de su flujo, el diámetro de los sedimentos, el tipo de aceleración de la gravedad, la gravedad específica en el material presente, la forma de su espacio o pila y su alineación a cómo se sucedan, por su tipo de transporte pueden caber 3 formas: agua clara, el generalizado de sus sedimentos y del umbral de movimiento.

VII.1 Socavación general de un cauce natural.
Se entiende por socavación general el descenso del fondo de un río que se produce al presentarse una creciente y es debida al aumento de la capacidad de arrastre de material sólido que en ese momento adquiere la corriente, en virtud de su mayor velocidad. Se produce en lechos aluviales o cohesivos por efecto de la dinámica de la corriente y está relacionada con la conformación del nivel de base. Es un fenómeno a largo plazo, aun cuándo eventos catastróficos pueden acelerarlo.
La erosión del fondo de un cauce definido por el cual discurre una corriente es una cuestión de equilibrio entre el aporte sólido que pueda traer el agua a una cierta sección y el material que sea removido por el agua de esa sección y al aumentar la velocidad del agua, aumenta también la capacidad de arrastre.

VII.2 Socavación transversal, en curvas y locales.
Socavación transversal: la reducción de la sección de un cause ocasionada de forma natural o por alguna obra civil, es compensada por un aumento en su profundidad hasta alcanzar el gasto normal. Se entiende por socavación en estrechamientos la que se produce por el aumento en la capacidad de arrastre de sólidos que adquiere una corriente cuando su velocidad aumenta por efecto de una reducción de área hidráulica en su cauce. El efecto es muy importante en puentes, donde por lo común y por razones de economía suelen ocurrir las mencionadas reducciones, si bien puede presentarse en otros lugares del curso del río, en que un estrechamiento más o menos brusco tenga lugar. Los cambios que la presencia de un puente impone a la corriente son principalmente los siguientes:

1. Cambio de la velocidad del flujo del agua en el cauce principal.
2. Cambio en la pendiente de la superficie libre del agua, hacia arriba y hacia abajo del puente. Esto origina un mayor arrastre del material del fondo en la sección del cauce y, cuando ello es posible, un ensanchamiento del cauce.

Socavación en curvas: Cuando un río describe una curva existe una tendencia en los filetes líquidos situados más lejos del centro de curvatura a caminar más aprisa que los situados más hacia el interior; como consecuencia, la capacidad de arrastre de sólidos de los primeros es mayor que la de los segundos y la profundidad de erosión es mayor en la parte del cauce exterior a la curva que en la interior. El efecto es importante y ha de ser tenido en cuenta en la construcción de puentes en curvas de río o en el diseño de enrocamientos de protección en los mismos lugares pues al disminuir la velocidad la curva aumenta el depósito en esta zona y, por ello, disminuye la zona útil para el flujo del agua y al aumentar la profundidad y el área hidráulica, aumenta el gasto.
Socavación en local: La socavación local se presenta en sitios particulares de la corriente y es ocasionada por el paso de crecientes y por la acción de obras civiles, como obras de encauzamiento, espolones, puentes con pilas o estribos dentro del cáuce, obras transversales de control, etc.

VII.3 Pérdida de suelo en cuencas.

La erosión en cuencas es causada principalmente por las lluvias y escurrimientos, dicha erosión reduce la productividad en la zona de cultivos.
Puede considerarse que la perdida de suelo en cuencas ocurre en tres fases:

1. Remoción de las partículas solidas
2. Transporte del material
3. Sedimentación

La perdida de suelos es la cantidad de material edáfico, que es trasladada de
La perdida de suelos, se puede dar a través de la erosión actual y de la erosión lugar y se expresa en unidad de peso por unidad de superficie. Esta no implica potencial, las cuales son calculadas a través de la ecuación universal de perdida



VII.4 Obras para control de socavación, en márgenes del cauce y locales al pie de estructuras.
El diseño de las obras apropiadas a cada caso debe hacerse luego de que se conozcan los resultados de los estudios hidráulicos y geomorfológicos del tramo que recibe la influencia de la construcción de dichas obras. Los resultados de los estudios hidráulicos y geomorfológicos presentan pronósticos sobre la evolución futura de la corriente 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, socavación y agradación.
Las obras más comunes en corrientes naturales son las siguientes:
Obras transversales para control torrencial. Operan como pequeñas presas vertedero. Su objetivo principal es el de reducir la velocidad del flujo en un tramo específico, aguas arriba de la obra. Actúan como estructura de control. Pueden fallar por mala cimentación, o por socavación generada inmediatamente aguas abajo.Espolones para desviación de líneas de flujo. Son estructuras agresivas que, en lo posible, deben evitarse porque pueden producir problemas erosivos sobre las márgenes del tramo aguas abajo.Espolones para favorecer los procesos de sedimentación. Son efectivos cuando se colocan en un sector de alto volumen de transporte de sedimentos en suspensión. Son estructuras permeables, cuyo objetivo es inducir la sedimentación en un tramo adyacente, aguas arriba de las obras. Pueden fallar por erosión en la punta del espolón o en el tramo inmediatamente aguas abajo.Obras marginales de encauzamiento. Son obras que se construyen para encauzar una corriente natural hacia una estructura de paso, por ejemplo un puente, box-culvert, alcantarilla, etc. Deben tener transiciones de entrada y salida. En el diseño debe considerarse que estas obras de encauzamiento producen un aumento en la velocidad del agua con el consiguiente incremento en la socavación del lecho.Obras longitudinales de protección de márgenes contra la socavación. Son muros o revestimientos, suficientemente resistentes a las fuerzas desarrolladas por el agua. En algunos casos también deben diseñarse como muros de contención. Pueden fallar por mala cimentación, volcamiento y deslizamiento.Acorazamiento del fondo. Consisten en refuerzo del lecho con material de tamaño adecuado, debidamente asegurado, que no pueda ser transportado como carga de fondo. Algunas veces la dinámica del río produce tramos acorazados en forma natural. El fondo acorazado es un control de la geometría del cáuce. Protección contra las inundaciones. Son obras que controlan el nivel máximo esperado dentro de la llanura de inundación. Pueden ser embalses reguladores, canales adicionales, dragados y limpieza de cáuces, o jarillones. Estas obras pueden ser efectivas para el área particular que se va a defender, pero cambian el régimen natural del flujo y tienen efectos sobre áreas aledañas, los cuales deben ser analizados antes de construir las obras.
Los materiales de uso frecuente en este tipo de obras son los siguientes:
Concreto: ciclópeo, simple o reforzado.
Gaviones, colchonetas.
Piedra suelta, piedra pegada.
Tablestacas metálicas o de madera.
Pilotes metálicos, de concreto o de madera.
Bolsacretos, sacos de suelo-cemento, sacos de arena.
Fajinas de guadua.
Elementos prefabricados de concreto: Bloques, exápodos, etc.
El diseño de las obras combina varias disciplinas, Hidráulica Fluvial, Geotecnia y Estructuras. La primera, como ya se ha explicado, suministra la información básica que permite determinar las condiciones de cimentación y la magnitud de las fuerzas que van a actuar sobre las obras que se proyecten.

VII.5 Encauzamiento.
El encauzamiento, es una obra de control, usada en ciertos casos en los cuales ya fueron hechos una serie de estudios para saber si esto es viable en el rio. Sin embargo estas obras dañan la ecología de manera formidable, por lo cual su uso debe estar debidamente controlado.

TEMA VI TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Los sedimentos que transporta una corriente de agua son consecuencia natural de la degradación del suelo, puesto que el material procedente de la erosión llega a las corrientes a través de tributarios menores, por la capacidad que tiene la corriente de agua para transportar sólidos, también por movimientos en masa, o sea, desprendimientos, deslizamientos y otros.

El transporte de sedimentos es un fenómeno complejo que responde a dos funciones, una que representa las características de la hoya y otra las del río; una de las funciones indica la cantidad, naturaleza y propiedades físicas de los materiales disponibles para el transporte, y la otra, la capacidad del sistema hidráulico para hacerlo.

La presencia de partículas en el flujo altera el comportamiento hidráulico muchas veces motivado por la presencia de elementos artificiales, como son apoyos de puentes o estructuras hidráulicas, Que hacen que se rompa el equilibrio del flujo.

En un punto cualquiera del río, el material que viene de aguas arriba puede seguir siendo arrastrado por la corriente y cuando no hay suficiente capacidad de transporte este se acumula dando lugar a los llamados depósitos de sedimentos.

Las corrientes fluviales forman y ajustan sus propios cauces, la carga de sedimentos a transportar y la capacidad de transporte tienden a alcanzar un equilibrio. Cuando un tramo del río consigue el equilibrio, se considera que ha obtenido su perfil de equilibrio. Sin embargo, puede ser aceptable que existan tramos o sectores de un río que hallan alcanzado su equilibrio, aunque estén separados por tramos que no tengan este equilibrio.

Cuando el esfuerzo de arranque que el agua ejerce sobre el lecho constituido por sedimentos es suficientemente fuerte para remover una capa de partículas, estas no se desprenden indefinidamente sino que pueden adquirir un estado de equilibrio después de ponerse en movimiento algunas capas anteriores. Según R.A. Bagnold las partículas transportadas añaden una fuerza nueva, normal al lecho, que mantiene las partículas del lecho expuestas contra la tracción que se ejerce por la mezcla de agua y sedimentos.

El estudio de los tipos de fondo es importante por su papel en la rugosidad del lecho, transporte de sedimentos, parámetros de flujo, socavación y sedimentación.

PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS

Las características que definen los procesos de suspensión, transporte y depositación del sedimento dependen no sólo de las condiciones del flujo sino también de las propiedades del sedimento, como son:

Tamaño. La propiedad más importante de una partícula de sedimento es su tamaño por lo cual, ha sido la única propiedad que caracteriza los sedimentos. Solamente si la forma, densidad y distribución granulométrica son semejantes en diferentes sistemas hidráulicos, se pudiese considerar que la variación de su tamaño define la variación del comportamiento del sedimento.

Forma. Es una característica que determina el modo de movimiento de la partícula (grano de forma aplanada, en el lecho, difícilmente se mueve por rotación, pero sí se desplazan fácilmente o, eventualmente pueden saltar) Normalmente se define a través de la redondez, esfericidad y el factor de forma.

Densidad. Es la relación entre la masa que posee una partícula y su volumen. La gravedad específica, g_s,  se define como la relación entre la densidad de la partícula sólida y la densidad del agua a 4 grados centígrados. La mayoría de los sedimentos de los ríos son cuarzos o feldespatos cuya gravedad específica es 2.65; sin embargo, g_s varía desde 1.35 a 1.70 para la piedra pómez hasta 7.6 para la galena.

Peso específico. Es la relación entre el peso de la partícula y su volumen. Es igual al  producto de la densidad por la aceleración de la gravedad.

orosidad n: Se define como la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de granos o volumen de sedimentos.

Velocidad de caída, w: Es la velocidad límite que adquiere la partícula cuando cae en agua destilada, en reposo, de extensión infinita a una temperatura constante de 24 grados centígrados.

FORMAS DE TRANSPORTE DEL SEDIMENTO EN UNA CORRIENTE

Todos los tipos de movimiento que tienen las partículas se inician cuando las fuerzas de arrastre son mayores que las fuerzas estabilizantes; las fuerzas que tienden a mover o arrastrar los sedimentos son: la presión hidrodinámica, la sustentación y las fuerzas de viscosidad del flujo. Las fuerzas que ofrecen resistencia a la acción de movimiento están relacionadas con: el tamaño del grano y la distribución de los granos que existen en el fondo. Las fuerzas que resisten el movimiento para los sedimentos de mayor tamaño, tales como gravas y arenas es el peso de la partícula mientras que para los finos son las fuerzas cohesivas. Las partículas gruesas tienen un movimiento en forma individual mientras que los finos tienen un movimiento en grupos.

La iniciación del movimiento es un proceso eventual.  Se rige entonces por la probabilidad de que una partícula se mueve bajo la influencia de las corrientes turbulentas, es por esto, que dar una definición exacta de movimiento seria imposible, por lo que en los procesos de arrastre no hay una condición crítica que genere un comienzo brusco, en el momento en que la condición crítica es alcanzada.

CIASIFICACIÓN DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS SEGÚN MECANISMO Y SEGÚN ORIGEN

De acuerdo con el mecanismo de transporte pueden ser distinguidas dos formas:

a. Carga de lecho:

Movimiento de partículas en contacto con el lecho, las cuales ruedan, se deslizan o saltan.

b.        Carga en suspensión:

Movimiento de partículas en el agua. La tendencia de asentamiento de la partícula es continuamente compensada por la acción difusiva del campo de flujo turbulento.

De acuerdo con el origen del material de transporte, se hace la siguiente distinción

a.  Transporte de material de fondo:

Este transporte tiene su origen en el lecho. Esto significa que el transporte es determinado por las condiciones del lecho y del caudal (puede consistir en carga de fondo y en carga de suspensión).

b. Carga de lavado:

Transporte de partículas nulo o en muy pequeñas cantidades en el lecho del río. El material es suministrado por fuentes externas (erosión) y no depende directamente de las condiciones locales existentes (puede solamente ser transportado como carga en suspensión; generalmente material fino menor de 50 mm).

MEDIDAS DE CONCENTRACIÓN DE SEDIMENTOS

Muestreadores de sedimentos en suspensión

Estos muestreadores deben tener formas aerodinámicas para causar el mínimo disturbio a la corriente. Deben retener una muestra que, posteriormente, secada en un calcinador de el peso del sedimento retenido. Una vez conocida el volumen de la muestra, se calcula la concentración, por ejemplo en gra­mos por litro. Muestreadores utilizados son el US P—61 y el US Dh-59 (Figura 3).

Muestreadores de sedimento depositado en el lecho de los ríos

Según Linsley no hay ningún muestreador de sedimento de lecho entera­mente satisfactorio. Existe un muestreador que opera por diferencia de presiones. En ese muestreador la entrada de agua consiste inicialmente en un estrechamiento con subsiguiente expansión que causa una disminución de presión y, posteriormente, disminución de velocidad lo cual facilita la retención del sedimento.

MEDIDA DE LA CARGA TOTAL DE SEDIMENTO POR ELIMINACIÓN DEL SEDIMENTO DEL LECHO

Cuando el sedimento transportado en el lecho y en suspensión sea relativamente fino, un vertedero que cause bastante turbulencia puede ser usado para elevar toda la carga de sedimento del lecho en la corriente. Se mide, entonces, la concentración del sedimento en suspensión aguas arriba y aguas abajo del vertedero. La diferencia, será la medida de la cantidad de sedimento del lecho. Este método es aplicable principalmente a corrientes pequeñas de agua.

FUENTES DE SEDIMENTOS

Fuente principal: suelos y rocas que se encuentran en la cuenca. Principales agentes de erosión y transporte: agua y viento.

Pero en general las fuentes son naturales y artificiales:

NATURALES: Erosión de la superficie del terreno, Erosión del cauce principal y sus tributarios y deslizamientos naturales del terreno.

ARTIFICIALES: Destrucción de la vegetación, sitios de construcción (vías de comunicación, ciudades), Explotación de minas y desechos urbanos e industriales.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS POR CORRIENTES

Cuando el sedimento es transportado por el flujo se diferencian dos grandes grupos de sedimentos:

•SEDIMENTO DE LAVADO: partículas muy finas como limos y arcillas y que el agua transporta en suspensión

•SEDIMENTO DE FONDO: partículas mayores a 0.062 mm y pueden ir dentro de la capa de fondo (arrastre) o en suspensión (según Einstein la capa de fondo es aquella cuya altura es igual a 2 veces el diámetro de la partícula).

El transporte de fondo depende de las características hidráulicas de la corriente (hidráulica fluvial) y en cambio un río puede transportar tanto material de suspensión como llegue a el, independientemente de sus características hidráulicas.

SEDIMENTOS EN  SUSPENSIÓN

Todas las corrientes llevan materiales suspendidos, los cuales tienden a tranquilizarce en el fondo del canal, o bien dichas particulas llegan a un embalse donde su velocidad y turbulancia son reducidos.

Las particulas pequeñas puden permanacer en suspensión por un tiempo largo y algunas veces cruzan la presa a través de compuertas, turbinas o vertedores.

Para determinar la cantidad de sedimentos suspendidos se realizan mediciones en las corrientes y dichas muestras son llevadas a un laboratorio. la muestra es filtrada para separar los sedimentos. los sedimentos son secados y pesados expresando su concentracion en el agua en unidades de en partes por millon (ppm). el programa bandas reporta concentraciones de sedimentos en los ríos.

CONTROL DE SEDIMENTOS EN EMBALSECONTROL EMBALSES

La sedimentación no puede ser prevenida pero si retardada una forma de hacer esto es seleccionar un sitio donde el flujo de sedimentos sea bajo.

Metodos de conservación de suelo (terrazas, cultivos en contorno)

Proteger margenes de los ríos vegetandolos o revistiendolos

Barreras naturales que atrapan los sedimentos antes de llegar a las presas

desazolvar la presa (dragando)

Deflocular el sedimento compactado y que pase como liquido

VIDEO TEMA VI

TEMA V. PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS EN UN CAUCE

TEMA V PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS EN UN CAUCE

La hidraulica fluvial es la rama de la hidraulica que estudia las  interacciones entre  los flujos de agua y sedimento. de aquí la  importancia de conocer las propiedades del agua, de los sedimentos y  la manera como estos se originan.

La superficie de la tierra es atacada principalmente por dos agentes,  el aire y el agua. Dichos agentes son el detonante de los diversos  procesos fisicos y quimicos que destruyen y transforman las rocas.  cuando esto ocurre se dice que la roca ha quedado intemperizada.

Clasificacion de los procesos de intemperización:

•los que causan la desintegración física o mecánica de las rocas y

•los que originan descomposición química.

La desintegracion mecanica comprende:

•cambios periódicos de temperatura: calentamiento y enfriamiento debido a cambios  de temperatura diurnos o estacionales.

•congelación: al quedar atrapada el agua en los poros y fisura de la roca, al  congelarse se dilata provocando la fractura de la roca productos esperados: gravas y arenas principalmente, en ocasiones  limos (la roca es quebrada y luego se va fragmentando).

V.1 DISTRIBUCION TEORICA DE LA GRANULOMETRIA

Tamaño. La propiedad más importante de una partícula de sedimento es su tamaño por lo cual, ha sido la única propiedad que caracteriza los sedimentos. Solamente si la forma, densidad y distribución granulométrica son semejantes en diferentes sistemas hidráulicos, se pudiese considerar que la variación de su tamaño define la variación del comportamiento del sedimento.

Forma. Es una característica que determina el modo de movimiento de la partícula (grano de forma aplanada, en el lecho, difícilmente se mueve por rotación, pero sí se desplazan fácilmente o, eventualmente pueden saltar) Normalmente se define a través de la redondez, esfericidad y elfactor de forma.

Densidad. Es la relación entre la masa que posee una partícula y su volumen. La gravedad específica,  se define como la relación entre la densidad de la partícula sólida y la densidad del agua a 4 grados centígrados. La mayoría de los sedimentos de los ríos son cuarzos o feldespatos cuya gravedad específica es 2.65; sin embargo, varía desde 1.35 a 1.70 para la piedra pómez hasta 7.6 para la galena.

Peso específico. Es la relación entre el peso de la partícula y su volumen. Es igual al  producto de la densidad por la aceleración de la gravedad.

Porosidad n: Se define como la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de granos o volumen de sedimentos.

V.2 VELOCIDAD DE CAIDA DE UNA PARTICULA

Este parámetro ayuda describir el comportamiento de las partículas en el seno de un líquido, la velocidad de caída es la velocidad que adquiere una partícula al caer dentro de un líquido y se alcanza cuando el peso de la partícula se equilibra con el empuje ascendente que ejerce el líquido sobre la partícula. El valor de la velocidad de caída depende del tamaño y forma de la partícula, de la viscosidad y de la temperatura.

V.3 INICIO DE ARRASTRE EN SUELOS COHESIVOS Y GRANULARES.

La determinación de la condición crítica de arrastre es una actividad importante en la ingeniería de ríos, ya que permite inferir las condiciones que originarían el acarreo o transporte de partículas del material del cauce, o bien las que favorecerían su depósito, de ahí que sea fundamental para el diseño, por ejemplo, de canales sin revestimiento y de protecciones de enrocamiento.

En una muestra de suelo no cohesivo  interesa conocer la forma en que están distribuidos los tamaños de las partículas que el tamaño de una sola de ellas. Se trata de conocer la granulometría real o característica del material que constituye el lecho de un tramo de río.

Análisis Granulométrico: Consiste en hacer pasar la muestra de material a través de un juego de mallas y en pesar el material retenido en cada una de ellas. Con lo que se obtiene la 

La Representación Gráfica. Consiste en representar la magnitud de los valores de la Tabla de Distribución de Frecuencias (TDF) en diferentes tipos de papel de los tipos de sedimentos. El resultado de esta representación gráfica se le conoce como Curva Granulométrica (CG).

V.4 DISEÑO DE CAUCES SIN ARRASTRE

A lo largo de su curso, los ríos y canales sin revestimiento pueden ser erosionados por el paso de las aguas, porque los materiales que los constituyen no siempre son capaces de resistir la fuerza de arrastre, la cual se genera por el movimiento o escurrimiento de las aguas, ya que dicha fuerza crece conforme aumenta la velocidad de la corriente.

La situación que define las condiciones necesarias para que un flujo de agua inicie el movimiento, arrastre o transporte de las partículas sedimentarlas que forman el material de un cauce, se denomina movimiento incipiente, movimiento crítico, condición crítica de arrastre, inicio de arrastre o transporte incipiente. Sin embargo, la condición de movimiento incipiente es diferente de la de transporte incipiente, pues la primera describe una situación instantánea en que una o varias partículas comienzan a moverse, pero ello no significa que una vez que se han movido continúen haciéndolo, como ocurre en las situaciones de arrastre o transporte incipientes.

VIDEO TEMA V

TEMA IV. OBRAS DE DEFENSA Y ABRIGO

TEMA IV OBRAS DE DEFENSA Y ABRIGO.

IV.1 FUNCION Y CLASIFICACION DE LAS OBRAS DE PROTECCION


Cuando en una costa no se brinda en forma natural la adecuada proteccion a las embarcaciones que arriban a un puerto,es necesario realizar obras que permitan proteger y al mismo tiempo  realizar maniobras de carga y descarga del material o mercancía que traen; lo cual se puede realizar utilizando rompeolas, escolleras de manera que disminuyan la altura del oleaje incidente del puerto.
Tal ubicación  del puerto se realiza buscando dar la máxima protección posible a los buques y a las estructuras marítimas que conforman el puerto, por lo que al construir estructuras de abrigo se alteran las condiciones tanto del oleaje asi como tambien las de transporte de los sedimentos, siendo necesario realizar los estudios pertinentes del regimen de costas o estuarios.


IV.2 DISEÑO DE ROMPEOLAS

Defensas separadas de la línea de costa (Rompeolas).Los rompeolas separados son recomendados cuando se detecta una pérdida de sedimentos  por la característica reflexiva de la playa.  En muchas costas hay efecto de pérdida de sedimentos tanto por el transporte litoral en dirección de la corriente  podría ser una solución aplicable la construcción de rompeolas  separados de la playa.
Es conocido que las obstrucciones de la costa tales como son arrecifes o las llamadas islas artificiales causan en la linea de la costa la formacion de diversas protuberancias las cuales pueden ser saliente (hemitómbolos o tombolos). es decir cuando la saliente se une al mismo arrecife o a la isla con la tierra firme.

IV.3 DISEÑO DE MUROS VERTICALES.

La construcción en la zona cercana a la línea de playa se prohíbe en todas la ordenanzas internacionales, ya que las construcciones en la orilla, en situaciones de oleajes fuertes y altas mareas, se convierten en muros reflejantes. El muro reflejante de protección, si se llegara a construir, debe ser extremadamente protección, en caso contrario  fuerte y bien fundado para garantizar su duración, en caso contrario el mar lo destruye.

IV.4 EVOLUCION PLAYERA POR CONSTRUCCION DE OBRAS

Una playa es una zona costera cubierta de material suelto, sujeto a acumulación y erosión. El sedimento se mueve a lo largo de la costa por causa de olas y corrientes.

Cuando una playa compuesta de arena queda temporalmente lejos del oleaje y de las mareas entonces se seca por la acción del sol, y la arena se mueve hacia el continente formando dunas o de regreso a la costa por acción del viento.

El resultado de este cambio contínuo representa una tendencia a largo plazo hacia la erosión o la sedimentación o el equilibrio dinámico dependiendo de las cantidades relativas de abastecimiento o pérdida de material en la playa.

Una playa estable es en sí misma una forma de protección de la costa contra los embates del mar. El lecho que está compuesto de sedimento suelto ajusta su forma para producir una "defensa en profundidad" en época de tormentas y para proveer por su propia recuperación durante el período normal.

Algunos aspectos que interesan al público en general tienen que ver con el uso de las playas para turismo, desarrollos deportivos o recreación.

A lo largo de las costas la protección y el mantenimiento de las playas debe ser una preocupación permanente de las autoridades. Las playas son atacadas continuamente por factores relacionados con el comportamiento del mar  y cambian continuamente su morfología si no son protegidas adecuadamente.

La Estabilidad de las Playas se obtiene cuando existe un balance apropiado entre los sedimentos que llegan y los que salen de ellas. Este balance es regulado por el oleaje dominante en el área, y por las tormentas y las mareas.

IV.5 DIMENSIONAMIENTO DE CANALES DE NAVEGACION.

Un canal de navegación es una vía de agua, a menudo de origen artificial, que normalmente conecta lagos, ríos u océanos. Se utilizan para el transporte, a menudo surcados por barcazas en los canales fluviales y por barcos en los canales que conectan océanos.

Los canales interiores precedieron el desarrollo del ferrocarril durante la revolución industrial y algunos de ellos fueron posteriormente secados y utilizados como pasos libres para construir vías férreas.

Las mejoras en los canales de navegación generan beneficios. Estos beneficios están dados por el mejor aprovechamiento de la bodega de los buques, la posibilidad de utilizar buques de mayor porte, la posibilidad de transportar la misma carga en menor número de buques y varios conceptos mas. En general, la justificación de este tipo de obras está dado en que el beneficio generado por las obras es muy superior al costo de ejecución de las mismas.

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