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TABLA DE CONTENIDO

CONTENIDO

LlSTA DE FIGURAS iv

LlSTA DE SIMBOLOS vi

PRESENTACION viii

1. INTRODUCCION

2. UTILIZACION DE LOS RIOS 3

3. ANALISIS DE PROBLEMAS FLUVIALES 7

3.1. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA 9

3.2. ANALISIS GEOMORFOl.:OGICO DE LA CUENCA DE DRENAJE 10

3.3. RECOPILACION Y ANALISIS DE LA INFORMACION 10

3.4. ANALISIS GEOMORFICO DEL CAUCE 12

3.5. RESPUESTA DEL SISTEMA 17

3.6. DISENO DE ESTRUCTURAS DE PROTECCION E IMPLEMENTACION DEL PROYECTO 21

3.7. CONSIDERACION DE POSIBLES PROBLEMAS DURANTE LA CONSTRUCCION 25

3.8. CONTROL DE LA RESPUESTA DEL SISTEMA 26

4. CRITERIOS PARA EL DISENO DE OBRAS Y PROTECCIONES 27

4.1. OBRAS PARA REGULACION DE CRECIENTES 28

4.1.1 . Embalses para contre! de inuncaciones 30

4.1.2. Canales de inundaci6n 32

4.1.3. Canales mejorados 32

i

4.1.4. Diques longitudinales 32

4.1.5. MOO'idas de evacuaci6n de emergencia 34

4.1.6. Programa de manejo de cuencas 34

4.2. CONTROL DE EFLUENTES (CIERRE DE RIOS) 35

4.3 . OBAAS DE DEFENSA. PROTECCION DE ORILLAS 40

4.3.1. Estructuras Permanentes 40

4.3.1.1 . Diques Longitud inales como estructuras de Protecci6n 43

4.3.1 .2. Espolon~s 45

4.3.1 .3. Muros de Protecci6n como Defensas Permanentes 52

4.3.2. Obras de Protecci6n Temporales 52

· 4.3.2.1 . Defensas can Vegetaci6n 52

4.3.2.2. Defensas utilizand o enrocado 52

4.4. ESTRUCTURAS PARA CONTROL DE EROSION 56

4.4.1 . Practicas de Manejo de Cultivos 57

4.4.2. Practicas de Prevenci6n de Erosi6n 58

4.4 .2.1. Zanjas de Coronamiento 58

4.4 .2.2. Terrazas Acanaladas 58

4.4.2.3 Terrazas 0 Bancales 59

4.4.2.4. Cultivos a Nivel y Franjas de hierbas 59

4.4 .2.5. Surcos y Caballones 60

4.4.3 . Diseno de Practicas para restablecer el suelo erodado 60

4.4 .3.1. Protecci6n biotecnica 60

4.4.3 .2. Revestimientos 63

4.4.3 .3. Estructuras para control de gradiente (talud) 63

4.5. ESTRUCTURAS PARA CONTROL DE GRADIENTE (CANAL) 68

4.6. CONTROL DE SEDIMENTACION 74

14.6.1. Acorazamiento 0 Armadura dellecho 74

4.6.2. Trampas de Sedimento 74

4.7. CONTROL DE NAVEGACION. 77

4.7.1. Requerimientos para 1<1 Navegabilidad 78

4.7.2. Tecnicas de Control de la Navegaci6n 78

4.7.3. Metodos para disenar Canales Navegables 80

4.7.3.1. Metodo del Canal Abierto 80

4.7.3.2. Presas y Esclusas 80

4.7.3 .3. Canalizaci6n 81

4.7.4. Obras y Mecanismos de Control 81

4.7.4.1 . Embalse de Regulaci6n 81

4.7.4.2. Dragado 81

4.7.4 .3. Obras de Contracci6n 82

4.7.4.4. Estabilizaci6n de Bancas 82

.4.7.4.5 . Presas y Esclusas 83

5. CONCLUSIONES 85

BIBLIOGRAFIA 88

LlSTA DE FIGURAS

Figura Nombre Pagina.

1. Zonificaci6n del Sistema Fluvial (Schumm, 1977) 12

2. Estabilidad Relativa de los cauces Naturales (Schumm, 1977) 14

3. Procesos de Aju ste (Heede, 1980) 16

4. Diagrama de Khan 20

5. Diagrama de Lane 21

6. Diferentes radios de curvatura . 23

7. Variables caracteristicas de un tramo sinuoso 24

8. Hidrograma de caudales en un embal se de regula cion 31

9. Esquema de las obras de un proyecto de control de inundaciones 33

10. Muros de proteccion contra inundaciones 34

11 . Ubicacion Proyecto Cano Rompedero de Mejico 37

12. Dique tapon. Cano Rompedero de Mejico 39

13 Estabilizacion de Orillas con Espolones Permeables 41

14. Tipos de estructuras de proteccion 42

15. Revestimiento de orillas 43

16. Dique longiudinal con revestimiento y /lena hidraulico 44

17. Espolones construidos en gaviones en Chigorodo 45

18. Perturbacion del flujo entre espolones normales. 46

19. Comportamiento del flujo entre espolones 47

iv

20. Obras de defensa y estabilizaci6n en el rio Chigorod6 (Secretarfa de Obras Publicas, Depto de Antioquia) . 49

21. Muros de defensa y protecci6n de talud 53

22, Protecciones temporales 54

23, Zanjas desviadoras de flujo 59

24. Practicas de prevenci6n de la erosi6n 61

25, Protecci6n biotecnica de taludes 62

26, Revestimiento de taludes 62

27, Estructuras para restablecer elsuelo erodado 64

28. Recuperacion de una carcava (Trinchos de madera) 66

29. Rastrillos de retencion contra la erosion 67

30. Estructuras para disipacion de energfa 69

31 . Rectificacion de un canal sinuoso 70

32. Restificacion de un canal trenzado 73

33. Trampas de sedimentos 75

34. Capacidad de un embalse de regulacion para navegaci6n 81

35. Obras de contraccion en un canal navegable 82

36. Esquema de funcionamiento de una esclusa 83

L1STA DE SIM80LOS

8* Ancho promedio superior del cauce

B Ancho del cauce

C . Coeficiente de Chezy

d Profundidad del flujo

050 Oiametro medio del sedimento

015 Oiametro del sedimento para el cual el 15%, en peso, de la muestra es mas fino

085 Oiametro del sedimento para el cual el 85 % de la muestra es mas fino

Os Oiametro caracter;st:co del sedimento

F Relacion ancho/profundidad

9 Aceleracion de la gravedad

H Altura efectiva de una presa

longitud del cauce

L Longitud del valle

L Longitud de un tramo de canal

L Separacion entre espolones

L* Longitud de disetio de un muro 0 espolon

Li ,L T Long itud de trabajo de un espo\on

m Espaciamiento entre presas

ML Longitud de onda de meandro

n Numero de presas

vi

V

p Sinuosidad

o Caudal IIquido

Os Caudal solicjo 0 t::;sa de transporte de sedimentos

OST Porcentaje de la carga de fondo en la carga total

rc Radio de curvatura

S Pendiente del canal

Sc Pend iente crftica

Ss Gravedad especffica del sedimento

Velocidad media del flujo

Y Profundidad normal del flujo

C( Angulo entre aguas altas y aguas bajas

0( Angulo correspondiente al gradiente de una carcava

ct Angulo de la pendiente del lecho

Pendiente modificada del terreno f3

Tc Esfuerzo cortante crftico

e Angulo del talud con la horizontal

Angulo de reposo del material~

as Peso especifico del sedimento

r Peso especifico del agua

vii

PRESENTACION

En este documento se propone una metodologfa para realizar un anal isis sistematico de los

rios aluviales; es decir, se pretende, mediante el procedimiento propuesto, que el

estudiante de ultimo nivel 0 el ingeniero civil, pueda realizar un analisis efectivo de un

problema fluvial.

Para tal efecto se supone que ya se cuenta con los elementos basic os de la hidraulica

fluvial; es por eso que al describir los pasos a seguir, se mencionan muy brevemente los

fundamentos de la geomorfologfa fluvial y se hace un mayor enfasis en los criterios de

diserio de las obras de proteccion y control.

Para lograr los objetivos propuestos, se hizo una revision de la literatura existente; se

analizaron, a la luz de la metodologfa propuesta, informes de proyectos ya construidos y

de otros propuestos; se tuvo en cuenta la experiencia de algunas instituciones y de

algunos ingenieros particulares, especialmente las experiencias del ingeniero Brien

Winkley.

Los elementos basicos de la hidraulica fluvial que se requieren para este anal isis, son tema

de un documento mas am plio que se ha venido elaborando y que se estudia con suficiente

detalle durante el curso de hidraulica fluvial que se ofrece regularmente en la Facultad de

Minas como curso electivo.

Inicialmente se penso incluir todos los temas en este documento, pero el volumen final

superaba las limitaciones de este trabajo, cuya finalidad es la promoci6n a una categoria

en el escalafon docente.

viii

Se propone que el lector revise la amplia bibliograffa que se incluye para complementar los

temas expuestos y las notas del curso de hidraulica fluvial (actualmente en proceso de

elaboraci6n . Se incluyen en la bibliograffa a pesar de no haber side editadas aun.).

ix

1. INTRODUCCION.

Para lograr un manejo adecuado de los recursos hidraulicos se debe entender el sistema

con el cual se est a trabajando, la cuenca de drenaje en su totalidad, antes de disenar y

construir obras que regulen 0 controlen ese recurso.

Los logros en ingenieria en todos los campos tecnicos han madurado, han cambiado y se

han vuelto mas complejos a medida que los ingenieros tienen mas conocimientos; sin

embargo, en ef campo de la hidraulica fluvial , la ingenieria parece haberse estancado; los

diseiios estan condicionados en gran parte a una serie de teorias y relaciones empiricas

que fueron desarrolladas, hasta un cierto nivel, hace muchas decadas.

Los sistemas fiuviales estan ajustandose constantemente a las entradas (estimulos)

siempre cambiantes de la naturaleza. En un momenta dado, el sistema natural puede ser

estable, tranquilo, inestable, 6 puede estar tratando de buscar cierto grado de estabilidad

ante los cambios continuos de la naturaleza. Las fuerzas extrinsecas (el clima) y las

intrinsecas interactuan para producir cam bios constantes en el lecho y las bancas del

canal.

EI hombre, en su esfuerzo por utilizar el rio, a menudo restringe la habilidad del rio para

ajustarse 0 igualar los gastos de energia; cuando altera su equilibrio dinamico, Ie esta

imponiendo condiciones que pueden requerir un perfodo de tiempo considerable para

ajustarse a las alteraciones impuestas. EI tramo del rio, en el area de influencia del

proyecto, es solo una parte de la cuenca; con el tiempo, la cuenca entera estara

respondiendo par los cambios ocurridos en ese tramo particular. En la secci6n 4.5 indican

algunos criterios para evaluar cualitativamente dicha respuesta.

1

EI conocimiento del sistema fluvial es la clave para predecir la respuesta del rio en tiempo y

magnitud y lograr asi, un diseno que requiera mantenimiento minimo. Un alto grado de

exito se puede lograr mediante el entendimiento de los cam bios qeol6gicos e hist6ricos en

la cuenca de drenaje y de las fuerzas y controles que actuan en el agua y los sedimentos

de la cuenca.

Cada problema fluvial requiere una soluci6n propia y la respuesta del sistema mostrara

caracteristicas tambien individuales; no hay un diseno infalible. Siempre existe la

posibilidad de que haya un evento que intente destruir cualquier estructura en un rio. Si se

disena para el ultimo evento (evento maximo con periodo de retorno grande), los caudales

de menor magnitud y mas frecuen~es construirian, a largo plazo, un cauce para caudales

bajos que no evacuaria un caudal mayor. La naturaleza compensa estas variaciones

tratando de construir un canal que minimice los problemas y que tienda a garantizar

mantenimiento propio.

. Los parametros mas influyentes que afectan las caracteristicas del cauce de un rio son: el

tamano y la disponibilidad del sedimento, el hidrograma del cauda! ]' la pendiente del valle.

Las actividades humanas modifican la magnitud de estas variables bien sea alterando las

condiciones de la cuenca (cambios en el uso del suelo) 6 utilizando el rio con objetivos

mUltiples. EI capitulo 2 hace un brevecomentario de los usos del rio.

Aunque cada problema fluvial es un caso particular, el procedimiento de analisis debe ser

general; el capitulo 3 describe dicho procedimiento.

En el capitulo 4 se presenta una serie de criterios de tipo general para el diseno de

estructuras en un rio aluvial. Cualquier estructura que modifique la direcci6n del flujo, la

profundidad, la duracion, la velocidad, la pendiente, la geometria de la secci6n causara una

reacci6n al sistema que se propagara tanto aguas arriba como aguas abajo.

2

2. UTILIZACION DE LOS RIOS.

EI uso geomorfico define la funcion natural del rio: IIevar el agua de la cuenca hacia la

desembocadura y transportar la carga de sedimentos que Ie lIega. A menos que el uso

geomorfico sea manejado adecuadamente, los otros usos iniciaran problemas de

mantenimiento costoso.

EI hombre utiliza los rios para diversos propositos como navegacion, control de

inundaciones, recreacion, disposicion de aguas servidas y recursos hidraulicos de multiples

objetivos (hidroelectricidad, irrigacion, suministro de agua, etc).

Toda vida animal y vegetal utiliza los rios. EI hombre. a medida que la civilizacion progresa,

utiliza mas la amplia variedad de los recursos hidraulicos. Cada comunidad tiene intereses

especiales y por tanto, puede desarrollar una opinion unica de como se debe utilizar el rio.

AI utilizar el rio, el hombre normalmente trastornalos planes de la naturaleza, la cual esta

constantemente ajustandose tanto a eventos cambiantes de tipo geologico, biologico,

climatologico como a eventos catastroficos.

EI rio, como parte integral de la cuenc.a de drenaje, responde al uso que la humanidad Ie da

a la cuenca entera. La variedad de usos tiene relacion directa con el movimiento de agua y

de sedimentos.

Oesde el comienzo de la civilizacion ha existido siempre una estrecha relacion entre el

hombre y el rio. Nuestros rios han afectado significativamente el desa,rollo de la

humanidad. La mayorfa de las civilizaciones antiguas se desarrollaron a 10 largo de los

grandes rios y en los valles de estos. Buenos ejemplos son los desarrollos a 10 largo del rio

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