Presentación - Universidad del Cauca

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PROCESOS FLUVIALES


Clasificacióna. Erosión o degradaciónb. Sedimentación o agradaciónc. Equilibriod. InundacionesCausasa. Naturalesb. Antrópicas


EROSIÓN O DEGRADACIÓN• Se refiere a la pérdida de material en unazona del río y es el producto deldesequilibrio entre el aporte sólido quetrae el agua a una cierta sección y lamayor cantidad de material que esremovido por el agua de esa sección


REMOCIÓN EN MASAMovimientos ladera abajo de material geológico debidos ala fuerza de la gravedad, incluyen la pérdida de materialespor deslizamiento de taludes y por erosión de laderasCortesía Bernardo Pulgarín


Tipos de MovimientosCaídas de rocasDesprendimientode bloquesCortesía Bernardo PulgarínHEC 20, 2001


Tipos de MovimientosCortesía Bernardo PulgarínHEC 20, 2001Deslizamiento-flujo de barro o lodo


Tipos de MovimientosDeslizamientosDeslizamiento de detritus oescombrosCortesía Bernardo PulgarínHEC 20, 2001


Tipos de MovimientosDeslizamientosFlujosAvalancha de escombros(seco)PlanarCortesía Bernardo PulgarínHEC 20, 2001


Erosión de laderas


Migración y divagación de un cauce• Se presenta por la tendenciade los ríos a moverse hacia laparte externa y hacia aguasabajo de las curvas.Ocurre principalmente enlas curvas del río en quela capacidad de arrastrede los sólidos es mayoren la parte externa queen la parte interna.


Migración lateral: problemas en pilas y estribos


Migración lateral


Cortesía: Ing. Jorge Molina R.


Socavación a largo plazoy agradaciónTendencia a la degradación que el lechopresenta a lo largo del tiempo debido acausas externas, ya sean naturales oinducidas por el hombre, pero sin tenerseen cuenta eventos extremos o crecientes.El fenómeno opuesto es el de agradación


Socavación a largo plazo


Socavación y agradaciónEvolución de los cauces incisados.Lagasse, O. F., Schall J. D.,Richardson, E. V. (2001).


Causas de socavación a largoplazo: dragados


Corte artificial de meandros


Corte natural de meandrosCortesía Lilian Posada


Construcción de presas


Degradación progresiva o regresivaRegresivaProgresiva


Degradación progresiva o regresivaSi la degradación del cauce es causada por el corte súbito de unmeandro, la erosión es progresiva hacia aguas abajo y es regresivahacia aguas arriba y puede ser bastante más rápida que la erosiónprogresiva porque empieza con pendientes mayores.El efecto se puede sentir a lo largo de varios kilómetros, alcanzarvarios metros de profundidad y en tiempo variable.


Degradación progresivaSi la degradación del cauce por ejemplo, es causada por laconstrucción de una presa aguas arriba, el proceso de erosión esprogresivo hacia aguas abajo, lento y asintótico en el tiempoEl efecto se puede sentir a lo largo de varios kilómetros, alcanzarvarios metros de profundidad y en tiempo variable.


Socavación generalDescenso generalizado del fondo del río comoconsecuencia de una mayor capacidad de lacorriente para arrastrar y transportar sedimentosdel lecho durante crecientes.La causa principal es la contracción del cauce:• Puentes• Formaciones de lecho• Vegetación• Diques para controlar inundaciones• Espolones• Controles variables del flujo aguas abajo


Socavación general porcontracción


Socavación general por contracción


Socavación general por contracción


Socavación general por contracción


Socavación general por contracción


Socavación general por contracción


Socavación general por contracción


Socavación local• Pilas• Estribos•Presas• Alcantarillas


Socavación local en pilasRaudkivi, A. J., 1986


Cortesía: Ing. Jorge Molina R.


Cortesía: Ing. Jorge Molina R.


Socavación local en estribos


Socavación local en estructurashidráulicas


Cresta vertedora fracturada, posiblemente por degradación del cauce.


Detalle de la fractura en la parte sorda del lado izquierdo


SEDIMENTACIÓN O AGRADACIÓNEs el proceso que se presenta si el nivel dellecho del río se eleva o si las márgenes sedesplazan hacia el interior del cauce y ocurrecuando hay exceso de sedimentos que lacorriente no puede arrastrar.


CICLO SEDIMENTARIOCortesía Bernardo Pulgarín


AMBIENTES SEDIMENTARIOS• TERRÍGENOFluvialLacustreEólicoGlaciarPantanoso• RELACIONADO CON LÍNEACOSTERADeltaEstuarioBahía-lagunaCiénagaLlanura inter-supra marealBarreras de isla y playasGlaciar-Marino• MARINO SUPERFICIAL (Nerítico: hasta180 m)Bancos de plataformaCuenca de plataformaPlataforma gradadaArrecifes y Plataforma de carbonatosCuencas evaporíticas• MARINO PROFUNDO (Batial 180-1800m; Abisal: > 1800 m)Pendiente y cañón submarinoAbanico submarinoCuenca oceánica profundaCuencas marinas profundas yencerradasCortesía Bernardo Pulgarín


ABANICO FLUVIALCortesía Bernardo Pulgarín


DELTASMississippi(USA)Mekong(Vietnam)Eufrates-Tigris (India)Delta-EstuarioParaná (Brasil)Nilo (canal de Suez,Egipto)Delta-EstuarioBetsiboka (Madagascar)Cortesía Bernardo Pulgarín


Puente Jones


Barras puntaBarras medias


Orillares


Equilibrio


INUNDACIÓNAcumulación de agua causada por: lluvias intensassobre áreas planas; deficiencias de drenaje;desbordamiento de corrientes naturales;desbordamiento de ciénagas; avalanchas producidaspor erupciones volcánicas, sismos, deslizamientos yformación de presas naturales; obstáculos al flujo porla construcción de obras civiles y sedimentación decauces


Causas naturales- Migración lateral y longitudinal del cauce- Corte natural de meandros- Erosión de orillas- Incisión de cauces- Formaciones de lecho como barras e islas- Procesos de orillares


Causas antrópicas- Construcción de obras hidráulicas como presas,diques, espolones, puentes, corte artificial demeandros, revestimientos del cauce.- Actividades de minería- Cambios en la aptitud de uso del suelo, porejemplo zonas agrícolas por urbanas, cambiosinapropiados de cultivos.- Aterramiento de lagunas, desecación depantanos.


Controles al flujo• Controles geológicos impuestos por la presenciade rocas o estratos resistentes al flujo.• Controles estructurales como fallas y pliegues• Controles naturales como lagos y océanos quedefinen el nivel base de un río controlando suavance de la juventud a la vejez.• Controles antrópicos como presas, diques,espolones y en general, obras de control fluvial.


Río Igará Paraná. Amazonas.


Metodología de análisis de unproblema fluvial• a. Identificación del problema• b. Recopilación y análisis de información necesaria• c. Realización visita de reconocimiento en campo• d. Análisis geomorfológico de la cuenca de drenaje• e. Análisis geomorfológico del cauce• f. Análisis y diseño de las estructuras y acciones deprotección y complementarias• g. Análisis de las posibles respuestas del sistemafluvial.• h. Construcción e implementación del proyecto.• i. Monitoreo de la respuesta del sistema fluvial.


a. Identificación del problema• Los problemas locales son el resultado de lasacciones sobre el sistema, aguas arriba o aguasabajo del sitio en cuestión y en una época que puedeser reciente o no.• Cambios: volúmenes de agua y sedimentos• Causas:– usos del suelo y del subsuelo– construcción de obras• Impactos: positivos y negativos• Plazo: corto, mediano y largo plazo• Los problemas de estabilidad pueden tener su origenen causas naturales o artificiales que producenagradación o degradación


. Recopilación y análisis de lainformación necesaria• El tamaño del proyecto y los beneficios esperados indicarán laextensión de la recolección de datos y su análisis; sin embargo,ningún proyecto debe empezar sin una inspección inicial delsitio, seguido de un análisis geomórfico cualitativo extenso enla medida que el proyecto lo permita.• Recopilación de la información secundaria disponible• Cartografía base y mapas de uso de suelo para generación demapas temáticos• Información sobre aspectos geológicos y geomorfológicos• Información hidrológica (registros disponibles, estaciones deprecipitación y caudal, sedimentos, etc)


c. Realización visita dereconocimiento en campo• Identificar zonas de trabajo aptas para realizar loslevantamientos topográficos.• Definir los sitios representativos para hacer los aforos.• Observar las formas del paisaje e identificar controlesgeológicos, estructurales, antrópicos.• Identificar posibles causas y consecuencias delproblema.


d. Análisis geomorfológico dela cuenca de drenaje• Determinar los parámetros geomorfológicos másimportantes y el modelo de la red de drenaje. El perfilaltimétrico sirve para conocer la pendiente del cauce ydeterminar cambios bruscos que permitan identificar zonasde agradación o degradación. Un mapa de pendientes,superpuesto a un mapa geológico, permite determinarzonas de erosión potenciales o existentes.• El mapa de usos del suelo permite identificar zonas máspropensas a erosión para correlacionar esta informacióncon la calidad y cantidad de los sedimentos en el cauce.


d. Análisis geomorfológico dela cuenca de drenaje• Fotografías aéreas de diferentes períodos para detectarevolución del cauce, controles de tipo geológico, ubicar zonasde almacenamiento en la llanura de inundación tales comociénagas, pantanos, madreviejas; zonas de alto potencialerosivo.• Identificar la causa y el origen del problema.


e. Análisis geomorfológico delcauceAnálisis del sistema para detectar medios alternos dedetención o minimización del problema. Los problemasfluviales causados por transporte no uniforme desedimentos se agrupan en una de las siguientes categorías:a) Cuando la tasa de transporte es mayor que la tasa deequilibrio se puede presentar agradación aguas arriba,sedimentación en embalses y ríos, abanicos (llegada deafluentes) y barras, cambio en el patrón de alineamiento.b) Cuando la tasa de transporte es menor que la tasa deequilibrio puede ocurrir degradación aguas abajo, socavacióndel lecho o de las bancas (agua clara tiene alto poder erosivo),degradación de afluentes.


f. Análisis y diseño de lasestructuras y acciones deprotección y complementarias• Una vez analizada la cuenca de drenaje y el sistemafluvial completo, se tienen unas buenas bases paradiseñar las estructuras de protección o estabilizaciónque componen el proyecto.• Con el conocimiento obtenido se pueden planteardiseños que minimicen el mantenimiento y que seajusten a cambios anticipados en los volúmenes deagua y sedimento, para garantizar la estabilidad opermanencia de las estructuras.


Criterios generales de diseñode obras de control fluvial• Diseños que minimicen el mantenimiento y que se ajusten acambios anticipados en los volúmenes de agua y sedimento,para garantizar la estabilidad o permanencia de lasestructuras.• Es aconsejable dividir el río en tramos de propiedadesgeológicas similares y proponer criterios de diseño para cadatramo.


Criterios generales de diseñode obras de control fluvial• Cuando se previene el movimiento lateral debe anticiparseel vertical (propiciando procesos de acorazamiento del lechoo con estructuras para control de pendiente).• La geometría controla la hidráulica. Las orillas y laestructura deberán estar alineadas con la corriente, tantocomo sea posible. Las transiciones bruscas creanturbulencia que puede causar socavación excesiva y la fallade la estructura.


Enfoques para el diseño deObras de Control Fluvial- No intervenir. El río deberá recuperarse si lacorriente no es muy dinámica.- Estabilizar sólo cuando una estructura hecha por elhombre esté en peligro. Se debe conocerperfectamente la dinámica del río para garantizarque el problema no se trasladará a otro sitio a causade las obras de estabilización.


Enfoques para el diseño deObras de Control Fluvial- Suministrar suficiente control estructural. Requieremantenimiento continuo cuyos costos, especialmente en elcaso de canales aluviales grandes, podrían hacer el proyectopoco atractivo y antieconómico, ya que se debe controlar ladinámica variable en el sistema completo.- Control geomórfico en toda la cuenca. Especialmenterecomendable en ríos grandes. Requiere menos controlesestructurales y garantiza mantenimiento propio. Ej.: la mejormanera de controlar sedimentos es controlar la erosión en laszonas de producción.


g. Análisis de las posiblesrespuestas del sistema fluvial• Un análisis cualitativo de la respuesta del río a laconstrucción de una obra que interfiere con su usonatural, permite mejorar el estimativo que se tiene de lascondiciones futuras del cauce aunque no se evalúencuantitativamente.• Una obra bien diseñada tiende a buscar unmantenimiento propio y permite que las crecientes y lossedimentos asociados se muevan a través del caucecon un mínimo de problemas de mantenimiento. No haydiseño infalible. Siempre existe la posibilidad de que unevento intente destruir cualquier estructura en el río.


h. Construcción e implementacióndel proyecto• Las etapas de construcción deben planificarseteniendo en cuenta la hidrología.• Una interrupción prolongada en los procesosconstructivos puede dar lugar a que se agraveel problema y a la pérdida de gran parte de laobra encareciendo así los costos estimados.


i. Monitoreo de la respuesta delsistema• Cualquier estructura requiere observación permanentedurante la primera fase después de la construcción. Si serealiza un monitoreo de la obra y su incidencia en lascondiciones del río, se pueden remediar pequeñas fallas dela estructura antes de que la obra entera llegue a perderse.• Aún en etapas posteriores se debe chequearperiódicamente el funcionamiento de las estructuras yrealizar las actividades de mantenimiento requeridas, enespecial después eventos extraordinarios y de períodos decrecidas y de sequías, hasta que el sistema alcance elequilibrio.


i. Monitoreo de la respuesta delsistemaLas características geométricas importantes debenevaluarse en varias secciones a través del río (relaciónancho/profundidad, ángulo entre aguas altas y aguasbajas en los cauces, profundidad, ancho) y evaluarestadísticamente la frecuencia de los parámetros.No se puede eliminar el problema de mantenimiento; ésteserá menor mientras más se acerquen lascaracterísticas geométricas a los datos estadísticos.Todo el diseño se reduce a una buena geometría paralograr un mantenimiento mínimo.


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