TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
La carga transportada por ríos naturales naturale s puede dividirse en tres componentes: 1.
Carga de fondo La carga de fondo es el material demasiado grueso para ser soportado dentro el flujo de agua por un periodo apreciable de tiempo. El transporte de fondo, incluye todos los tamaños de sedimentos mayores de 0.064 mm transportados por el agua.
La carga de fondo pued puedee mover moverse se r oda ndo ndo,, des desliz lizánd ándose ose o a saltos a velocidades menores que aquellas del flujo alrededor. La carga de fondo es muy important importantee debido a que es esta la que mayor influencia tiene en los cambios del fondo de los ríos. La rata de transporte de carga de fondo es una función de la capacidad de transporte del flujo. Generalmente la proporción de carga de fondo es menor menordel del 25% de dela la carga cargatotal totaltransportada transportada (McCuen, 1989). 2. Carga en suspensión Las partículas suspendidas son transportadas y mantenidas dentro del flujo por un proceso de mezcla turbulenta. La carga en suspensión consiste en partículas de diámetro menor a 0.064 mm., las cuales se transportan suspendidas dentro del flujo. Una regla general paradeterminar para determinar el tipo de transporte se muestra en la tabla: Velocidad de caída/ velocidad del flu o 0 a 0.7 0.7 a 2 2a6 a) Diagrama de cuerpo libre
b) Fuerza de levantamiento y rotación
Tipo de transporte
Sus ensión Saltación Car a de fondo
flujo
El flujo de agua ejerce una serie de fuerzas sobre las partículas dentro del flujo que incluyen una fuerza de tracción en la dirección del flujo, una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento y las fuerzas de gravedad y flotación.
Fm = Momentum del agua que mueve la partícula en la dirección del flujo. Fd = Fuerza total de tracción
Donde: Cd = Coeficiente de tracción Area de la sección proyectada Velocidad del flujo Densidad ρ =
Ac = V =
Propiedades del flu jo
Caudal Q Velocidad (U) Profundidad de flujo (y) Ancho (W) Pendiente (S) Resistencia (f)
Propiedades del fluido
Viscosidad cinemática ( ν ) Densidad ( ρ) Temperatura (T) Concentración de carga en suspensión (C)
Propiedades de los
Densidad ( ρs) Tamaño (D) Distribución ( σ ) Velocidad de caída ( ω)
Otras propiedades
Gravedad (g) Geometría en planta Forma de la sección transversal
Adicionalmente la partícula sus pendida está sujeta a la fuerza de gravedad y la fuerza de sumergencia a su vez el perfil de velocidades genera un movimiento de rotación.
3.Carga disuelta
La carga disuelta consiste en materiales transportados en solución. Generalmente, se trata de partículas de arcillas o limos muy finos. La carga total de sedimentos es la suma de las tres cargas anteriores.
Al iniciarse la erosión el movimiento de granos en el fondo es intermitente especialmente, en ríos con sedimentos gravosos. En corrientes con fondo de arena los granos tienden a moverse en grupos, generándose una migración de la forma del fondo. El desarrollo de estas formas es el resultado del transporte de sedimentos de las propiedades del material de fondo y de la resistencia y condiciones del flujo en la superficie del fondo. Cada partícula camina distancias cortas y luego temporalmente se detiene. Existe una gran cantidad de fórmulas para calcular la carga de sedimentos, las cuales dan resultados muy diferentes de unas a otras. Debido a que no existen métodos confiables de medición directa de descarga, no existen criterios para comprobar la confiabilidad de estas fórmulas. La rata de transporte de sedimentos puede variar en forma considerable entre secciones transversales o con el tiempo. Las ratas de transporte pueden variar de minuto a minuto durante una avenida o variar en días o meses. Este proceso conduce a cambios en corto tiempo de los niveles de fondo de las corrientes como resultado de la socavación y la sedimentación. ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS Los sedimentos pueden tener su origen en varias fuentes: Erosión de suelos in situ en diversas ár eas de la cuenca La erosión laminar, en surcos, cárcavas, erosión en masa, etc.; en el área de la cuenca representan una fuent e impor tante de sedimentos que son transportados por la escorrentía, las corrientes concentradas, las cañadas y los torrentes, hacia el cauce de agua. Estos materiales representan la fuente primaria de sedimentos. Depósitos de sedimentos en el valle o el cauce El sistema de erosión y tran spor te prod uce la depositación de sedimentos en diversos sitios de la corriente. Estos depósitos afectan directamente la dinámica de los procesos de erosión. Diferentes formas de erosión pueden ocurrir dependiendo de la forma como lo s sed imen tos se en cu en tra n depositados.
FORMA Y RUGOSIDAD DE LA
SUPERFICIE DE FONDO
La forma y rugosidad de la superficie de fondo influye en el comportamiento del flujo, especialmente porque ésta define la fricción entre la superficie y el flujo.
Los rizos, dunas y antidunas son formas repetitivas que conforman la rugosidad de fondo (Figura 3.8) (Tabla 3.8). Los rizos se forman a esfuerzos de cortante bajos y generalmente ocurren en sedimentos de tamaño menor a un milímetro. Las dunas y rizos se mueven corriente abajo, mientras las antidunas se
Lugar de depositación Centro del canal
Nombre de los depósitos Depósitos transitorios
Caracterí sticas Depósitos temporales, quietos en el centro del canal. Al aumentar el caudal tratan de moverse en la dirección del ca nal.
Depósitos retrasados
Partículas de gran tamaño más persistentes que los depósitos transitorios. Se requieren grandes velocidades para su transporte.
Rellenos de ca nal Depósitos laterales de acreción
Acumulaciones en canales o segmentos de canal aba ndonados. Barras de punto o depósitos de márgenes, los cuales pueden en un momento dado ser transportados lateralmente por las inundaciones.
Depósitos verticales de acreción Depósitos sesgados
Depósitos generalmente finos de carga suspendida sobre los planos de inundaci ón.
Márgenes del valle
Colu viones Depósitos de flujos y avalanchas
Debidos al lavado y erosión en los valles laterales. Depósitos en abanico de flujos hiperconcentrados y avalanchas en los cauces lateral es.
Terrazas
Terrazas al tas
Antiguos planos de inundación, los cuales fueron abandonados al profundizarse el valle.
Margen de canal Planos de inundación
Acumulaciones locales de materiales en forma entre cruzada sobre los planos de inundaci ón.
a) Fondo plano, no hay arrastre, Fr <<1
e) Transición, se borran las dunas Fr <1
b) Configuración típica con pliegues o rizos F r <<1 y d m <0.5mm
f) Fondo plano Fr <1
c) Dunas con pliegues superpuestos F r <<1 y d m <0.5mm
g) Ondas estacionarias, Fr >1 Rotura incipiente de la onda y movimiento hacia aguas arriba
d) Dunas, Fr <1
Movimiento aparente en la duna
h) Antidunas, F r >1
Rápidos y remansos La formación de rápidos y remansos es una constante en los ríos con carga importante de fondo. Los remansos son pozos (“pools”) donde el río es más profundo y estrecho y los rápidos son sectores donde el río es menos profundo y más ancho. Una de las características más importantes de los rápidos y remansos es su espaciamiento regular a distancias que varían entre 5 y 7 veces el ancho del cauce (González y García, 1995). En los rápidos los sedimentos son de mayor tamaño que en los remansos.
En los tramos curvos de los ríos los pozos de los remansos se localizan en la parte externa de la curva y los rápidos aparecen en los tramos rectos. La sinuosidad o divagación del Thalweg permite la formación de pozos a lado y lado del cauce (Figura 3.9). Estos pozos están localizados en los extremos de las curvas del Thalweg. Los pozos o remansos son en la práctica sitios donde la ocurrencia de corrientes secundarias facilita la erosión lateral del cauce. F ricción
del fondo
La fricción del fondo tiene dos componentes: Una debida al tamaño y forma de las partículas y otra debida a la forma del fondo y deben tenerse en cuenta además los efectos y las irregularidades del canal.
y
Al analizar canales con formas movibles en el fondo, el análisis es más complicado, debido a que las pérdidas por fricción dependen de la forma del fondo pero esta es influenciada por el transporte de sedimentos.
MORFOLOGÍA FLUVIAL La morfología fluvial es el estudio científico de la forma y estructura de la geografía física de los ríos. La morfología de los ríos es un resultado de la erosión, transporte y sedimentación de partículas de suelo de la cuenca y los valles que transita. La forma de los canales depende de las características hidrológicas y geológicas de la cuenca y de las propiedades de los sedimentos.
Existen tres formas fundamentales de un canal o cauce (Figura 3.10), las cuales pueden explicarse como un equilibrio instantáneo entre las fuerzas que producen erosión y las que la resisten. PERFIL LONGITUDINAL DEL RÍO
El perfil longitudinal de un río muestra como este pierde cota a lo largo de su recorrido. Generalmente, la pendiente es muy alta en su nacimiento y va disminuyendo río abajo. El cambio en la pendiente del río equivale a una modificación en Los procesos de erosión y sed imentación. Generalmente, los perfiles longitudinales de los ríos presentan una forma cóncava, disminuyendo desde las zonas de máxima erosión en la parte alta del río a las dedepositación en la parte baja. El perfil longitudinal de un río puede expresarse por la ecuación:
Donde es la pendiente en la abscisax, aguas debajo de la sección de referencia y a es el coeficiente de disminución de la pendiente A medida que se avanza aguas abajo y la pendiente de la corriente cambia, el tamaño de los sedimentos se va clasificando a partículas de menor tamaño, debido a que la velocidad y capacidad de arrastre de la corriente van disminuyendo. Las características geológicas del subestrato del río tienen gran influencia, tanto en el perfil longitudinal como en la morfología en planta del río. En términos generales la pendiente de los ríos tiende a ser mayor en tramos de rocas duras (González y García, 1995) y es más suave en tramos de suelos más erosionables.
El tamaño de los sedimentos también tiene gran influencia en la pendiente del cauce. Al disminuir el tamaño de los sedimentos la pendiente también trata de disminuir. Los cambios bruscos de pendiente pueden obedecer a varios factores: a. Cambios geológicos
Cuandoel río pasa de un tipo deroca aotra, o atraviesa fallas geológicas. b. Confluencia de ríos
Los caudales cambian bruscamente y también la mezcla de sedimentos. c. Erosión o sedimentación remontante por efecto de la intervención antrópica del cauce
Explotación de materiales, puentes, represas, modificación del alineamiento del cauce, canalización, etc. SECCIÓN TRANSVERSAL DEL RÍO
La forma de la sección transversal de una corriente depende del sitio del canal, de su geometría en planta, del tipo del canal y de las características de los sedimentos. La sección transversal en una curva es más profunda en el lado exterior o cóncavo del canal con un talud lateral prácticamente vertical y es poco profundo en la barra de punto que se forma en el lado convexo o interior de la curva. En los sectores rectos el canal tiende a ser un poco más trapezoidal o rectangular aunque generalmente siempre existe un sitio de mayor profundidad correspondiente a la localización del thalweg.
Tipos de Cauce:
PROPIEDADES MORFOLÓGICAS DE LOS RÍOS Los cauces pueden clasificarse como de forma semirecta, trenzada o meándrica. Una misma corriente presenta cambios de patrón a lo largo de su longitud y de acuerdo al caudal de la corriente en cada época delaño. Adicionalmente, los cauces se clasifican como de lecho simple o múltiple y de acuerdo al material del fondo del cauce, rocoso o aluvial; cohesivo o granular; homogéneo o heterogéneo
