Morfologia de Rios (Capitulo 6)

5/13/2018 Morfologia de Rios (Capitulo 6) - slidepdf.com

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MORFOLOGiADE Rios

Capitulo 11 del Manual de Ingenieria de Rios *

JESUS GRACIA SANCHEZ **

JOSE ANTONIO MAZA ALVAREZ ***

'" Version actualizada del capitulo 11 del Manual de Ingenieria de Riosque el lnstituto de Ingenieria elaboro para la Comision Nacional del Agua

"'* Investigador, Instituto de Ingenieria, UNAM

** * Profesor, Division de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingenieria, UNAM



RESUMEN iv

11. MORFOLOGIA DE Rios 1

11.1 Casificacion de los rlos 1

11.2 Caracteristicas flsicas 9

11.3 Meandros 20

11.4 Curvas 27

11.5 Transiciones 31

11.6 Abanicos aluviales 31

11.7 Deltas 33

11.8 Ejemplo numerico 34

11.9 Referencias 37

FOTOGRAFIAS 39



ABSTRACT

The basic ideas are presented to understand the behaviour of the rivers. This includes their

classification, physical characteristics, meanders formation, development of. bends,

transitions, alluvial fans and delta formations..Numerical examples are included.

III



RESUMEN

Se presentan los conceptos basicos para comprender el comportamiento de los rios. Esto

incluye su clasificacion, caracteristicas fisicas, formacion de meandros, desarrollo de

_cufYas,_transiciones,abanicos fluviales y.deltas., Be incluyen ejemplos numericos. _

IV



11. MORFOLOGiADE Rios

La morfologia d~ rios estudiala estructura y forma de los rios, incluyendo la configuraci6n

del cauce en planta, la geometria de las secciones transversales, la forma del fondo y las

caracteristicas del perfil. En esencia, las teorias y planteamientos analiticos para riosse han

desarrollado para casos idealizados, Los datos empleados, ya seande campo oe

laboratorio, corresponden a canales rectos consecciones transversales casi invariantes, en los

cuales se supone que el gasto es casi constante y se mantiene por grandes periodos.

Efectivamente, los rios reales muestran muchas de las caracteristicas idealizadas en los

canales estables; sin embargo existen varias diferencias entre ambos, que es necesario

conocer para aplicaci6n satisfactoria de dichas teorlas. Por ello, en este capitulo se presenta

un estudio general de,aquellos aspectos que estan relacionados con la forma y caracteristicas

de un rio a 1 0 largo de su recorrido.

11.1 Clasificacidnde los rios

Para facilitar el estudio de la morfologia de rios, se ha clasificadoa los mismos desde

diferentes puntos de vista. Esto permite ubicar facilmente cualquier cauce para determinar

sus principales caracteristicas. Sin embargo, conviene tener siempre en cuenta que en la

naturaleza se puede presentar cualquier condici6n intermedia entre las definidas en una

clasificaci6n.

1



2

11.1.1 Segun su edad

Geologicamente, los rios son clasificados como jovenes, maduros y viejos. Los rios jovenes

se encuentran en los cauces de montana; tienen pendientes altas y seccion transversal tipo

"V". Son muy irregulares y estan generalmente en proceso de degradacion, veanse las fotos

11.1 a 11.4. Los rios maduros se presentan en valles amplios y tienen pendientes

relativamente bajas; la erosion de las margenes ha reemplazado a la erosion del fondo. Los

rios maduros son estables, y la seccion transversal en cada tramo es capaz de transportar la

carga de sedimento en todo su recorrido, veanse las fotos 11.5 y 11.6. Los rios viejos se

encuentran en valles ampJios y planicies cuyo ancho es 15a 20 veces mayor que el ancho de

los meandros, y las pendientes son muybajas. En estos rios se forman depositos naturales de

sedimentos, a 1 0 largo de las rnargenes, fotos 11.7 a 11.9. Frecuentemente se forman amplias .-~------~~-~~-----~~~--~---- . - -. - - - - -- - - -

planicies y pantanos en las zonas vecinas a las margenes del rio. Los rios viejos no tienen

rapidas 0 caidas, pero cerca de ellos pueden haber lagos con forma de cuemo 0 herradura,

que son restos de meandros abandonados y que se cortaron en forma natural.

11.1.2 Por condicion de estabilidad

En los rios sedistinguen trescondicioues de estabilidad: estatica, dinamica y morfologica,

a. Estdt ica. Un cauce tiene estabilidad estatica, cuando la corriente es capaz de arrastrar-

sedimentos, pero no puede mover y arrastrar las particulas 0 los elementos de las orillas.

Como ejemplo se tienen los tramos de rios en que las margenes son rocosas 0 tienen muy

alta cohesion, foto 11.10.

. .

h. Diruimica. Un cauce tiene estabilidad dinarnica cuando las variaciones de la corriente, los

materiales de la plantilla y de las orillas, y los sedimentos transportadoshan formado una

pendiente y una seccion que no cambian apreciablemente ano con ano. En esta condicion, el

rio sufre desplazarnientos laterales continuos en las curvas, con erosiones en las margenes



exteriores y deposito de sedimento en las interiores. Todos los gastos, antes de producirse un

desbordamiento, escurren por un unico cauce que no tiene islas 0 bifurcaciones. Como

ejemplo se tienen los rios de planicie formados por un unico cauce; fotos 11.2, 11.7 y 11.8.

c. In es ta bi lid ad d in dm i ca . El rioescurre por un solo cauce, como se indic6 para la

estabilidad dinamica, pero se presenta cuando el desplazamiento lateral de los meandros es

muy intensa y por 10 tanto, el corte natural de ellos ocurre muy frecuentemente. Por una

parte, el rio trata de alcanzar su pendiente de equilibrio al desarrollar sus meandros y por otra

. estos se estrangulan rapidamente y se cortan. Debido a 10 sefialado el tramo de rio no

alcanza a estabilizar su pendiente.

d. Morfologico. Este grado de estabilidad es el concepto mas amplio; es decir, en cualquier

cauce natural, la pendiente de un tramo cualquiera, el ancho y el tirante de su secci6n

transversal, asi como el numero de brazos en que se divida el cauce, dependen del gasto

liquido que escurre anualmente y de su distribucion, de las caracteristicas fisicas de los

materiales que forman el fondo y orillas, y de lacalidad y cantidad del sedimento, que es

transportado; este llega al tramo, tanto procedente de aguas arriba como de aportaciones

laterales. En otras palabras, cualquier corriente natural no alterada por factores humanos

tiene estabilidad morfologica, por ello uncauce que en forma natural tiene estabilidad

estatica 0 dinamica, tambien la tiene morfologica, veanse las fotos 11.1 a 11.3y 11.5 a 11.8.

Como complementoa 1 0 expuesto vease el apartado 12.7 del capitulo E sta bilid ad d e c au ce s

de este mismo manual.

11.1.3 Por tramos

Una clasificacion por tramos a 10 largo del recorrido de un rio fue propuesta por Lojtin yes

la siguiente:



4

TIPO DE CAUCE D /S o Fr

Alta montana >10 >1

Montana >7 0.7 a 1

Faldas de montana >6 0.045 aO.7

Intennedio >5 0.2 a 0.45

Planicie (cauce arenoso)

a) Rio caudaloso >2 0.14 a 0.44

b) Rio poco caudaloso >1 0.44 a 0.55

Nota: D diametro medio de las particulas del fondo en m. So pendiente hidraulica, en mlm y

Fr numero de Froude expresado como

UFr =--

.Jid(11.1)

donde U y d son la velocidad media y el tirante, de la corriente, asociados al gasto formativo.

11.1.4 Segun los grados de libertad

a. Un grado de libertad.

--_Cuando al variarel gastoen un cauce 0 canal solo varia eltirante; se dice que existe un grado

de libertad. Esto ocurre si el fondo, las paredes y la pendiente no cambian al variar el gasto;

por ejemplo, un canal revestido. Cuando se tiene un grado de libertad no existe transporte de

. sedimentos.

b. Dos grados de libertad.

Cuando solo pueden variar el tirante y la pendiente, se dice que el cauce tiene dos grados de

libertad. Esto puede ocurrir cuando las margenes son muy resistentes pero el fondo no,

vease foto 11.10.



5

c. Tres grados de libertad .

.Si ademas del tirante y la pendiente, tambien pueden alterarse las mar-genes y ajustarse al

ancho, se dice que el cauce tiene tres grados de libertad, veanse fotos 11.7 y 11.8.

Esto se trata con mas detalle en el apartado 12.2.2 del cap. 1 2 , Estabilidad de cauces de este

mismo manual.

11 .1 .5 Por el material de las mar-genes y el fondo

a. Cohesivo. Son los cauces alojados en materiales predominantemente arcillosos.

b. No cohesivos. Ocurre en los cauces alojados en material que no desarrolla cohesion,

sino que esta formado por partfculas sueltas. Se clasifican a su vez, segun el predominio del

material grueso, en boleo y cantos rodados si D m > 64' mm, 0 en grava y arena si 64 > Dm > 2

mm y en arenoso si 2 >D m > 0.062 mm. Siendo D m el diametro medio de las partfculas.

c. Acorazados. Son aquellos cauces donde debido a 1 0 extendido de la granulometrfa

(erg> 3), puede ocurrlr el arrastre de las particulas mas finas, 10 que permite la formacion de

una capa protectora 0 coraza de mate~ial grueso en sus superficie, la cual mantiene debajo de" .

ella a toda la granulometria original incluyendo los granos mas finos, veanse fotos 1 1 . 1 1 y

11 . 12 .

d. Bien graduados 0 con granulometrla extendida. Son aquellos en que la desviaci6n

estandar de los diametros es mayor que 3 (erg> 3). Entran en estaclasificacion los

sedimentos del fondo compuestos por una gran variedad de tamafios.

e. Mal graduados 0 de granulometrla uniforme. Ello ocurre si er g < 3. Cuando los

tamafios de las particulas siguen una distribucion log-normal 0 logaritmica, la desviacion

estandar geometrica , erg vale:



6

=[ D 8 4 ] }Dl6

(11.2)

Siendo D , el diametro de la muestra en que el porcentaje i en peso, es menor que ese tamafio.

11.1.6 Por geometria

a. Rectos. Normalmente esto ocurre en pequefios tramos y son transitorios, ya que con

cualquier irregularidad en la forma del cauce 0 en su alineamiento, 0 con la formacion de

bancos, 0 bien alguna obstruccion temporal, se originan disturbios locales que producen

flujos transversales que inician la formacion de curvas y meandros. Un criterio para definir----~---- ~-------.------ - ---. -_ --- --- ----- -------- - -- ---- -- -

cauces rectos indica que la sinuosidad no debe ser mayor de 1.2 (ref. 9). La definicion de

sinuosidad se muestra en la ec 11.27, veanse las fotos 11.2 y 11.13. Los tramos rectos 0 casi

rectos se presentan tambien cuando el rio escurre a 1 0 largo de una falla geologica.

b. Sinuosos. La sinuosidad es mayor de 1.2 pero menor de 1.5, vease foto 11.2.

c. C on m ea ndr os. Son aquellos en que la sinuosidad es mayor que 1.5. Los cauces

presentan curvas altemadas unidas por tramos rectos y cortos, vease la fig 11.1.b0 foto 11.8.

Normalmente la pendiente es baja. Estos cauces pueden presentar erosion en las mar-genes

exteriores de las curvas, principalmente en los tramos de aguas abajo. Existen profundas

depresiones del fondo en las curvas y altas velocidades en la cercania de las mar-genes

concavas. Los tirantes en las transiciones son menos profundos si se comparan con los que

ocurren en las curvas.

Los cauces con meandros pueden a su vez clasificarse como: a) con curvas "superjicia/es" y

b) con curvas en "trinchera". Los primeros cambian su curso en el transcurso del tiempo, y

los segundos permanecen fijos ya que generalmente son cavados en materiales resistentes.



7

Los meandros segun su movimiento hacia aguas abajo, y si los cortes ocurren en una misma

zona, pueden clasificarse en estables 0muy inestables.

d. Trenzados. A este tipo pertenecen aquellos que no presentan un solo cauce, sino por el.

contrario, continuamente a 1 0 largo de su recorrido, se dividen en varios cauces que se

entrelazan y se vuelven a separar. Estos cauces son amplios y las margenes no estan bien

definidas. Con gastos bajos, existen dos 0mas cauces principales entrelazados y se forman

cauces secundarios, vease la fig II.I.c. En las crecientes, el agua cubre todos los cauces y. " " ' .,

grandes cantidades d e ~edimento se depositan rellenando los cauces antiguos. Por eUo, en la

siguiente epoca de estiaje se forman nuevos cauces entrelazados. Generalmente estos cauces

tienen pendientes altas, el material es grueso y llegan a ellos grandes cantidades de

sedimentos. La principal caracteristica de los rios trenzados es que estan sujetos a un

proceso de sedimentaci6n.

e. Can Islas. Son los cauces que presentan islas en su interior, las cuales pueden

desplazarse hacia aguas abajo. Cuando una isla permanece uno 0 mas afios ensu mismo

sitio es cubierta por vegetaci6n, veanse fotos 11.6, 11.7 y 11.14.

f. En estuario. Estos se presentan en las desembocaduras a los oceanos y estan altamente

influenciados por las mareas ycontener estratos 0mezcla de agua salada.

g. En pantano. Los cauces de estos rios, normalmente son muy amplios por no existir

pendiente 0 ser muy pequefia, edemas presentan zonas muertas y saturadas por altos niveles

freaticos. Los tirantes son reducidos y se crea un ambiente favorable para el crecimiento de

la vegetaci6n.



8

.:...' ••,••t-;

,~ .. ."..

'. . . . . . . . . . . . . _---'.:"• •, ',e

- - -. . . . .'.,.....'••••., ..

. ..' . . ':..'.:'....... ~

. . . . . . . . . . - - - - - - - _ _ ,.

-a) Recto

b) Con meandros

c) Trenzado

Fig. 11.1 ConfiguraciOn de rios



9

h. Deltas. Pertenecen a este tipo de rios, aquellos que arrastran grandes cantidades de

sedimento y que desembocan en el mar con mareas reducidas. El material depositado forma. '. " . .

inicialmente flechas paralelas al flujo que delimitan las margenes del cauce dentro del mar.

Posteriormente el material que se sigue depositando y la acci6n del oleaje incrementan el

ancho de las flechas. Por otraparte, al ocurrir grandes avenidas 0 tormentas, las flechas se

rO.mpenen algun sitio por donde encuentra salida parte del flujo y el procesodescrito se

repite en ese nuevo cauce. Este proceso produce un abanico de sedimentaci6n cuya forma se

asemeja a la letra griega D, de donde viene su nombre. Los deltas presentan siempre varios

brazos.

11.1.? Por condici6n de transporte

En terminos generales se considera que los tramos de los rios pueden estar sujetos a un

proceso de erosi6n 0 sedimentaci6n 0 en equilibrio. Una clasificaci6n importante de los rios

relacionada con estos aspectos, es la propuesta por Schumm (1963), la cual esta basada en la

carga de sedimento, pues considera que dicho factor afecta significativamente la estabilidad

del cauce, su forma y su sinuosidad. Establece tres tipos principales de cauces: estable,

erosionable .y depositante, y propone. subclases dependiendo del modo de transporte del

sedimento, ya sea en la capa del fondo, mixto y en suspension. En la tabla 11.1, se

reproduce dicha cIasificaci6n.

11 .2 Carac te r is ti ca s f ls ica s

La morfologia de los cauces cambia con el tiempo y es afectada principalmente por el gasto

Q , material transportado del fondo QOT , diametro representativo del material del fondo D,

pendiente del lecho S~relaci6n entre el ancho de la superficie libre B y el tirante d de la

secci6n transversal F =Bid, Y la configuraci6n de curvas, ya sea sinuosidad 0 m~andreo en

planta P. Se puede considerar que F y P son variables dependientes, en tanto que Q y d son

independientes. Sin embargo, existe incertidumbre enel caso de QO T y S. Si se trata de la



10

parte inicial de un rio, la pendiente es detenninada por factores geol6gicos, por 10 cual es una

variable independiente, y por consiguiente, Q, S y d detenninan la magnitud del transporte

de sedimentos Q B T , siendo esta ultima una variable dependiente. Sin embargo, si se trata de

la parte final del rio, Q , Q BT YD son independientes y por 10 tanto, S dependera de F y P.

Cada tramo de un rio tiene diferentes alineamientos, fonnas de secci6n transversal de cauce,

materiales en el fondo y en las margenes, pendiente y caracteristicas del valle a 10 largo del

cual escurre. Existen factores que afectan directa 0 indirectamente a la configuraci6n de un

rio, ref. 6, las mas importantes son el gasto, pendiente longitudinal, transporte de sedimentos,

resistencia de las margenes y del fondo al movimiento del agua, vegetaci6n, temperatura,

geologia y actividades humanas. Es necesario hacer notar que muchas veces, en los factores

anteriores, son mas importantes sus interrelaciones, que la influencia de cada uno por

_-- -separa<io.-Asi por - e j e m p l o , - l a pendiente-longitudlnal-, Ia carga de sedimento y la re~i~t~~~i~--

de las margenes y del fondo al movimiento, son interdependientes, pues estan estrechamente

ligadas entre si,

11 .2.1 ' Velocidades

El punto de maxima velocidad en la secci6n transversal de un rio es nonnalmente de un 25 a

un 30% mas grande que la velocidad promedio. En cauces arenosos de planicie, la velocidad

media maxima corresponde a la velocidad promedio durante una avenida y varia de 2 a 3

--mls. La velocidad media minima corresponde a lavelocidad promediodel gasto base y varia

de cero a 0.6-1.0 mls.

11.2.2 Pendientes

Las pendientes varian principalmente con el gasto y las caracteristicas fisiograficas.

Disminuye a 1 0 largo del recorridodel rio y como esto se asocia con el aumento del gasto, la

pendiente disminuira al aumentar el caudal del rio. Para el caso particular de los rios de

Alberta, Bray en 1973, propuso la siguiente ecuaci6n para calcular la pendiente



11

(11.3)

siendo Q r n el gasto medio anual, en m3Is y M el porcentaje de sedimento transportado menor

de 0.074 mm, tornado de la curva granulometrica correspondiente. Conviene tener en mente

que 0.074 n u n es la apertura de la malla 200.. EI sedimentotransportado menor que 0.074 m

se denomina transporte de lavado.

Como puede observarse, al aumentar Q r n disminuye S. Esto tambien ocurre al disminuir el

tamafio del material solido.

Tabla 11.1 Clasificacion de cauces segun Schumm

Estabilidad del cauce

Forma del transporte de M% Estable Can dep6sito Can e ro si 6n

sedirnento

E n su spensi6 n d el 85 al 1 0 0 F<7 EI principal dep6sito Predom ina la erosi6n

1 0 0% P>2.1 ocurre en las margenes del fondo. Poca

S baja que origina el amplia cio n d e

e st re chamiento del mar ge ne s ..

cau ce. E I dep6 sito enel fo nd o es m en or.

. E n suspensi6n del 65 al 30 7 <F> 25 Es irnportante el E s irn po rt an te la

85% y en el fondo del 1 .5 <P>21 dep6sito en las erosi6n del fondo y la

15%aI35% S moder ada ma rg en es p er o tamb ie n ampJ ia ci6 nd e la s

e l d el f on do . margenes, . .

D e fondo del 35 al 7 0% <5 F>25 D ep6sito en el fondo y L a erosi6 n del fond o es.. . , .. I <P> 1 .5 formaci6n de islas. baja, pero la

Salta ampliac i6 n d el c au ce es

muy impo rt an te .

do nde: F =BId; B a nc ho d e la s up erfic ie lib re , d tiran te d e la c orn en te

P =S in uo sid ad , v er ec 1 2 .2 7

S =Pend ie nt e longi tu d in al d el f ondo

Ejemplo 1: Se tiene una cuenca donde se estima que el coeficiente de escurrimiento

aumentara enlos proximos afios. Actualmente el gasto medio anual es de 100 m3/s y M =

5.13, pero se calcula que el nuevo gasto aumentara a 150 m3Is. Si se supone que M no

cambiara, l,cuM sera la nueva pendiente a la que tendera ajustarse el rio?



12

Empleando la ec 11.3 se tiene

S = 0.003634(5.13)"°·38 (150)-0·32 =0.00039m/m

AI tratar sobre los cambios que se producen en los cauces naturales conviene tener en mente

que ocurren en diferentes lapsos. Asi un cambio en el gasto produce un cambio inmediato

en el tirante. Si la variaci6n del gasto fuera permanente, por ejemplo por la construcci6n de

una presa el tirante cambia en segundos. No ocurre 1 0 mismo con el ancho, el se ajustara

despues de algunos afios y para que se ajuste la nueva pendiente se requerira un tiempo

mayor. Si las margenes de los rios estan formadas con material poco resistente y hay mucho

transporte de sedimentos, el ajuste del ancho y pendiente puede ocurrir casi simultaneamente

si el tramo tiene una longitud reducida.

11.2.3 Secci6n transversal

En corrientes no perennes, la secci6n transversal tipica es amplia, superficial y de forma

rectangular con relaci6n ancho-tirante de 50 0 m a s . Los fondos con grava, generalmente se

presentan en rios de montana, en faldas de montana e intermedios. Generalmente el fondo

esta formado por material muy bien graduado que se encuentra bajo el lecho acorazado con

material grueso. Los rios con fondo de grava, tienden a ser de tipo rectangular, con grandes

relaciones ancho-tirante. Bray en 1982; indico que larelacion ancho-gasto; para este tipo de

cauces, esta mejor definido que la relacion pendiente-gasto y propone las siguientes

ecuaciones

B = 4.75 tr" (11.4)

d = 0.266 QII.m (11.5)



1 3

Siendo B el ancho promedio de la seccion, en m, Q el gasto, en m3Is para una avenida con

periodo de retorno de dos aiios yd el tirante promedio del agua, en m.

Ejemp/o 2. En un rio con fondo de grava, cuyo gasto promedio para una avenida con periodo

de retorno de dos afios es de 150 m3Is , calcular el ancho y el tirante promedio de la seccion

transversal.

B = 4.75 (150 l 5 2 7 = 66.6 m

d = 0.266 (150 fW = 1.4 m

F = Bid = 47.6

Para entender mejor el significado delgasto Q definido en este ejemplo vease el inciso

11.2.6 y el cap. 12 "Estabilidad de cauces" de este mismo manual.

Otro criterio general que ademas toma en cuenta la presencia de material solido es el

siguiente.

B = 43. 7 M.Q·39 Q~;38

d = 0.514 A t· 342 Q~,29

(11.6)

(11.7)

siendo Q m el gasto medio anual, en m3Is , Bel ancho de la superficie libre, en m, del tirante,

en m, ambos en condiciones de seccion transversal llena y M el porcentaje de sedimento

transportado menorde 0.074 nun .

. Ejemplo 3. Calcular la relacion ancho tirante para un rio que transporta un gasto inedio

anual de20 m3/s, sabiendo que el material fino (D <0.074 nun) es menor de 10%

B = 43.7 (20/38 (10),°·39 = 55.6 m



1 4

d = 0.514(10/34 2 (20/29 ::: 2.7m

F = BI d = 20.6

Otras relaciones entre el ancho y el tirante en funci6n del gasto, se muestran a 1 0 largo del

capitulo 12, Estabilidad de cauces de este mismo inanual.

11.2.4 Mar-genes

Los materiales de las mar-genes cambian con la longitud recorrida por el rio. En el inicio

generalmente estan constituidos por roca 0 grandes cantos rodados. Al continuar hacia aguas

__ ~~~j~'_~!'E3:~eri~_~~}~margenes cambiaagravas, arenas.Iimos Y arcillas, C()nvieI!e hacer

notar que las mar-genes no siempre estan compuestas por material uniforme en todo el

estrato, sino que pueden estar estratificadas en capas. Las mar-genes generalmente se

clasifican en cohesivas, no-cohesivas y estratificadas. Estas ultimas estan compuestas de

capas de materiales con diferente tamafio, permeabilidad y caracteristicas cohesivas. Si el

material que predomina es la arciIIa se denominan cohesivas.

Las mar-genes formadas con materiales cohesivos son mas resistentes a la erosi6n que las no-

cohesivas 0 estratificadas y tienden a formar cauces estrechos mientras que las no-cohesivas

estan asociadas corminmente a cauces anchos, vease foto 11 . 15 .

Las mar-genes de una corriente cambian continuamente en forma y dimensi6n, debido a la

variaci6n de la velocidad, tirante, pendiente, densidad, viscosidad de la mezcla agua-

sedimento, concentraci6n del material del fondo y en suspensi6n, caracteristicas del material

del fondo y geometria del cauce.

Estimaciones recientes de la erosi6n de mar-genes en rios de E.U. indican que 575,000 millas

de mar-genes estan en continua erosi6n. Los costos para protegerlas por metodos

convencionales normalmente exceden a los beneficios, por 1 0 que son obras no rentables



1 5

desde el punto de vista econom ico. S in em bargo, dichas estim aciones tam bien indican que

en c orrien tesp eq uefias, c on ad ec uad os meto dos de c on tro l, se p ued en o bte ne r so lu cio nes c on

bajo costo. Vease el cap. 1 4, Estabilizacion y rectificacion de rlos de este m ism o m anual.

L a erosion de las m argenes es causada principalm ente por la com binacion de los siguientes

fa cto re s, re f. 6 .

1 . R em ocion de las particulas de la superficie de las m argenes, y sobre todo al pie del talud,

. y a sea en form a con tin ua 0 intermitente.• 0

2 . F allas sec uen ciales d e p eq uefio s 0 g ran des tramos de l material en la s marg en es,

La causa mas corm in de la falla de una margen es el ataque de la corriente a su base. A l

ocurrir esto, el m aterial erosionado es transportado hacia aguas abajo y la m argen se vuelve

in estable hasta q ue falla. E sto pu ede ocu rrir a trav es de u na serie de fallas peq uefias 0 como

una falla en masa de un gran tramo. En ambos casos, la falla puede ocurrir como un

desplome 0 como deslizam iento. La primera ocurre cuando en una margen' cohesiva

.saturada, sin drenaje libre, desciende rapidam ente el tirante del agua. E l deslizarniento sepresen ta cu an do el peso del m aterial, de la m arg en h um eda, ex cede la resisten cia al c ortan te

d e. la s p artic ulas so lid as y falla el talu d, 0 cuando al subir el nivel del agua, en cauces

aren osos, pasa de la con dicion de suelo satu rado a sumerg ido .

.1 1 . 2.5 T r an sporte d e ma te ria l so lid o

EI tam afio del m aterial transportado por el fondodecrece hacia aguas abajo. Ello se debe

principal m ente al decaim iento de la capacidad de transporte del fondo ocasionada por los

c amb io s d e p en die nte y seccion y por la abrasion. Por' tanto, en el inicio del rio es com un

que existan boleos y c an to s ro dado s y conform e avanza en su recorrido predom inaran

.g rav as~ lu eg o las a ren as.y fin almen te ellimo y las arc illas. L os d os u ltimos mate riales so lo se

encuentran en los rios viejos, en su zona de planicie. E I cam bio del tam afio del m aterial y la



16

reducci6n de la pendiente, hacen que conforme avanza el rio, cambie tambien el modo de

transporte de sedimento. Por tanto, en el inicio de su recorrido, el transporte en la capa del

fondo es el mas importante, en tanto que en sus tramos finales 1 0 es el del material del fonda

en suspension y el transporte de lavado. Vease el cap. 10,Transporte de sedimentos de este

mismo manual.

Se ha determinado que la forma de las secciones transversales esta bien correlacionada con la

cantidad de limo y arcilla en el cauce. Asi, la ecuaci6n propuesta por Schumm en 1960,

indica que

F = BI d = 255 M-1,08 (11.8)

11.2.6 Gasto formativo

Una gran cantidad de ecuaciones de estabilidad de cauces han side planteadas para canales

donde el gasto puede considerarse constante. En las corrientes naturales la variacion del

gasto tanto solido como liquido, puede ser muy amplia. En muchas corrientes la relaci6n

entre el gasto maximo y el minimo puede ser de 10000mas. Por esta razon, Inglis introdujo

el concepto del gasto formativo, que puede definirse como el gasto hipotetico que producira

los mismos efectos, en la configuraci6n del cauce, que la variaci6n de los gastos reales.

Existen diversos criterios para determinar el gasto formativo vease Garde et at (1977) y el

inciso 12.3 del cap. 12, "Estabilidad de cauces" de este mismo manual. Sin embargo, el

propuesto por Schaffemak, conocido con el nombre de gasto dominante y modificado por el

USBR, parece ser el mas aceptable. Dicho criterio puede resumirse a traves del siguiente

ejemplo. Supongase que del registro historico de una corriente, se conoce la distribucion de

los gastos medios de 274 avenidas, vease la fig 11.2a, asi como tambien la re1aci6n entre el

gasto liquido y solido, vease la fig 11.2b, el gasto para el que se obtenga el mayor transporte

de sedimento sera el gasto dominante. Dicho gasto es el correspondiente al valor mas grande



17

del producto QBT DF, tal como se muestra en la figura 11.2c. N6tese que la curva de la fig

11.2c, se forma con los productos de las abscisas de las dos graficas anteriores,

3a, en m /s

30, en m Is

160160

3a, en m /s

200 200

120 1203

120 00= 100m Is

----------

8080

80

40 4040

20 20

20

20 40 60 2 4 6 10 20 30 40 50

3 3 3 3a) b.F (No. de veces) b)a T , en 10 kg/m c) a T 6F,en 10 kg/m 6F

Fig. 11.2 Gasto formativo



18

Otros criterios m a s sencillos como el de Inglis, indican que el gasto formativo puede elegirse

entre la mitad y los dos tercios del gasto maximo. Blench propone que sea el gasto igualado

o superado el 15% del tiempo de una avenida.

11.2.7 Analisis cualitativo

De 10 presentado en los capitulos anteriores, se puede establecer que, cuando el gasto escurre

por un solo cauce, el ancho de Ia superficie libre del agua B, el tirante d, y la Iongitud de

onda de los meandros ML, estan relacionados directamente con el gasto Q, y con la pendiente

s . Por tanto, se pueden establecer las relaciones (ref. 9)

Q ~ B , d,ML

S

Q~ B , S . MLBT d P,

(11.9)

(11.10)

y tambienB

F = ~d

Q

M

(11.11)

donde QBT es el transporte del material del fondo, M el porcentaje de material fino

transportado y P la sinuosidad, vease la ec 11.27. Adelante se mostrara que P varia de forma

.. .inversa. conQ, ec 11.21 yen formadirecta con Mkec.J 1.20.ELsignificado .de ML se;

muestra en la fig 11.3. De acuerdo con 1 0 anterior, se pueden establecer las siguientes

ecuaciones para el analisis cualitativo. EI signo It+t indica incremento y el It-It decremento

de la variable

Q+ ~ B+ , a', ML s (11.12)

Q- ~ B-, a. u., S + (11.13)

QBT ~ B+, a. M~, S+ , r (11.14)

a; ~ B- , r,u: S -, r' (11.15)

F+ = Bv d» Q-, M- (11.16)



1 9

EI empleo de las ecuaciones anteriores, puede ilustrarse observando los siguiente ejemplos.

Ejemplo 4. Se ha desforestado una cuenca y se estima que el gasto y el material transportado

aumentaran en los proximos mos. Se desea saber cuales son los cambios morfologicos que

deben esperarse en el rio principal de dicha cuenca.

Empleando las ecs 11.12, 11.14 y 11.16 se puede establecer que

(11.17)

Por tanto es de esperarse que el ancho, la longitud de los meandros, y la relaci6n ancho-

tirante aumenten. Observese que el tirante y la pendiente pueden aumentar 0 disminuir, sin

embargo, como la relaci6n ancho tirante esta muy influenciada por el tipo de material y

dicha relaci6n aumenta, es de esperarse que el tirante disminuya 0 al menos se mantenga

constante dado el aumento de By F. En cuanto ala pendiente, esta probablemente aumente

ya que la sinuosidad disminuye. N6tese que si los gastos solido y liquido disminuyeran,

como ocurre aguas abajo de una presa, el analisis seria similar pero habria que cambiar los

signos de la ec 11.17

(11.17a)

Ejemp/o 5. Sup6ngase que se construye una presa en un rio, la cual retendra gran cantidad

del sedimento transportado. Por tanto, en el primer tramo, aguas abajo de la obra, el gasto

solido disminuira notablemente, pero elliquido no.

Empleando las ecs 11.12, 11.15 Y 11.16 se obtiene

B+ - d+ M+ - S - r' F -, L , , . , (11.18)



20

Notese que como decrece el transporte de material solido, el tirante y la sinuosidad crecen,

en tanto que la pendiente y la relacion ancho - tirante disminuyen. Como F disminuye, es

muy probable que el ancho tambien disminuya, 1 0 cual generalmente ocurre. La longitud de

onda de los meandros probablemente permanecera constante, sin embargo, como la

sinuosidad aumenta, se puede suponer que ML disminuira,

Como se ha podido observar, el empleo de analisis cualitativo permite anticipar los cambios

que se pueden esperar al alterar las condiciones de una corriente natural estable. Esto es

importante, porque permite decidir las medidas a seguir durante el gran periodo de

inestabilidad que requiere una corriente para adaptarse a las nuevas condiciones.

11.3 Meandros

La evolucion de los meandros puede clasificarse en dos categorias: a) la migracion hacia

aguas abajo de todo el meandro y b) la expansion de la curvatura del meandro, su

estrangulamiento y finalmente el corte del mismo. Sin embargo, ambos efectos pueden

presentarse simultaneamente en algunos sitios, vease la fig 11.5 Yfoto 11.8.

EI desarrollo de meandros incrementa la longitud del rio y por consiguiente disminuye la

pendiente.

11.3.1 Parametres principales

EI meandreo esel mecanismo por el cual un rio ajusta su pendiente, cuando la del valle por

donde fluye es mayor que la que requiere. La configuracion y geometria de un cauce con

meandros esta determinada por la erosion y socavacion de la margen exterior 0 concava y el

deposito de sedimentos a 10 largo de la margen interior 0 convexa. En la fig 11.3 se

muestran los principales parametres a tener en cuenta al estudiar un meandro, y son el ancho

del meandro MB, la longitud de onda Mbel ancho del cauce B y la sinuosidad P, dada por la



21

ec 11.27. Con gastos altos, la socavaci6n del cauce ocurre en la parte exterior de la margen

c6ncava y al pie de su talud. El dep6sito de este material ocurre en las transiciones y en la

zona interior de las eurvas, vease la fig 11.3. Con gastos bajos hay dep6sitoen las eurvas, y

las transieiones tienden a soeavarse y profundizarse.

Lane en 1957 analiza. 144 rios y establece una relaci6n entre elgasto medio, la pendiente, el

material del fondo y de las margenes y de la forma del rio en planta. La eeuaci6n que

propone para rios con meandros y trenzados si el fondo es de arena, es la siguiente

s = ( _ _ £ )Q"O.25

2.44(11.19)

siendo S pendiente, en mlm, Q gasto medio anuaI, en m3Is y K un eoefieiente que toma en

cuenta la forma del eauee en planta. En la fig 11.4 se muestra Ia grafica de la ecuaci6n

anterior, y se incluyen los valores K. Dieha grafica debe usarse de la siguiente manera:

conocido el gasto medio anual y la pendiente del rio, se ubiea un punto en dieha grafica. Si

el punto queda bajo la recta de K =0.0017, el rio sera meandreante, si esta sobre la recta de

K = 0.01 sera trenzado y si esta entre las dos se tendra un easointermedio.

Ejemplo 6. Si se tiene una eorriente euya pendiente es de 0.0001, y se caleula que el gasto

medio anual aumentara de 80 a 100 m3Is,se desea saber la posibilidad de que pudiera

convertirse en trenzado.

Empleando la grafica de la fig 11.4para Q = 100 m3/s, se puede observar que el punto se

ubica por debajo de la linea con K =0.0017, por 1 0 eual se concluye que el rio continuara

siendo sinuoso, y practicamente seria imposible que eonesa pendiente se volviera trenzado.

En contraste con el meandro libre de una eorriente, hay una gran cantidad de rios, donde

debido a su origen y a la resistencia del material donde se alojan, el meandreo es



22

.---- ---------- -- - ---- - -- -- Fig -11:3 Meaildros

E- -EcQ)

Q)

o: : : J

~

0.1

0.01

s = 0.01

~ 2.44ra- _ - _- - - trenzado

- - S -;" 0.001.7 - - - - -- _ _ .:,:

2.444'0 - __' I " ' " _ _ • .

Qi"0 - o.oor - ----Q)

. . . . . .cQ)

'UcQ)

a . . .0.0001 con meandros

0.00001 '-- __ --'- _,____ --L ~ __ ____

0.1 1 . 100 1,0000

.. Ejemplo

_j_

10,000

Fig. 11.4 Relaci6n entre el gasta media anual y la pendiente



23

practicamente fijo; es decir, .s e trata de un cauce con meandros en trinchera. En 1977, Dury

concluye que los meandros atrincherados tienden a ser geometricamente similares en planta

a los meandros en material aluvial.

Existen diversos criterios para detenninar las interrelaciones de los parametres principales de

los meandros,entre enos destacan los siguientes:

Schumm en 1972, propone calcular la longitud de onda de los meandros ML y la sinuosidad

Pcomo

.:.,,'.

p :=·0.94 U O · 25

(11.20)

(11.21)

siendo Q m el gasto medio anual, en m 3/s .

Carlston propone

. M = 166 QO.46L HI

(11.22)

tambien en sistema mks.

Inglis usando los datos de Jefferson, propone para meandros superficiales en material grueso

que (ref. 1)

M/, = 53.6 gil = 6.06 B

u, = 153.4 Q I I2 = 17.38B

(11.23)

(11.24)

y para rios en trinchera:

M L = 46.0 QI12 = 11.45 B

M B = 102.0 QI12 = 27.30 B

(11.25)

(11.26)



24

En lasecs 11.23 a 11.26, el sistema de unidades a emplear es el mks. EI gasto y ancho

corresponden a las condiciones de seccion transversalllena.

11.3.2 Cortes y cauces piloto

En la evolucion de un meandro, las curvas aumentan su longitud, pero debido a la erosion de

las margenes exteriores de las curvas, se produce un acercamiento entre las margenes

concavas hasta que ocurre un estrangulamiento y este se corta, vease la fig 11.5 (tomada de

la ref. 8). Esto sucede en una avenida grande cuando se excede la capacidad del cauce y el

agua pasa sobre la parte mas estrecha, erosionando las margenes y produciendo asi un canal

mas corto llamado tambien corte orectificacion, Eventualmente este nuevo cauce amplio y

profundo, aIsiaar-ailiiguo-meandro dejfutdolo como - 0 0 lago con forma de -cuerno 0

herradura.

original

I

a Separaclon original

b Separacion al momento del corte (estrangulamiento)

IIIJJ Corte (rectificaclcn)

Fig 11.5 Corte (estrangulamiento) de un rneandro



25

En ocasiones se requiere controlar el corte de un meandro, bien sea paraevitar W1aruptura

violenta, que altere de manera importante el regimen ya establecido del rio, 0 bien, para

acortar 0 mejorar la navegaci6n en ciertos tramos .. Dicho control puede requerir desde la

construcci6n completa del corte necesario para rectificar al rio, hasta solamente la

excavaci6n de uncanal 0 cauce piloto, que posteriormente el propio rio agrande hasta

alcanzar su equilibrio y conducir el escurrimiento completo. Evidentemente tambien existe

el caso intermedio de cortes por donde s610 se desvie permanentemente, parte del

escurrimiento total.

El disefio de los cortes artificiales, obliga a tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

a. El alineamiento de los dos extremos del corte debe ser tangencial a la direcci6n del flujo

principal.

b. La entrada al corte debe ser acampanada.

c. En 10posible debe realizarse la excavaci6n en material aluvial, es decir, en los sitios de

dep6sito del propio rio. Se debe cuidar que la energia a la salida, sea al menos igual a la

de la corriente principal de ese sitio.

El fondo del cauce piloto a la entrada y salida del mismo, coincide con la ele~aci6n delt.~_"

fondo del rio en esos sitios. Laprofundidad de excavacion del cauce piloto se lleva hasta la

linea recta te6rica que une esas dos elevaciones.

El ancho del corte es el mayor valor obtenido de los siguientes criterios: a) el ancho debe ser

como minimo igual ados veces la altura del corte, ya que si parte del flujo tiene W1aacci6n

erosiva elevada y se desliza una parte de la margen, se evita que el cauce piloto secierre,

b) el ancho que garantice un radio hidraulico minimo que cumpla con la condici6n de que el

esfuerzo cortante en el fondo, 'to = yRS sea mayor que tres veces el esfuerzo cortante

critico para iniciar el movimiento de las particulas.



26

Todolo anterior implica que el criterio para determinar las dimensiones de los cauces

pilotos, sea el de la seccion mas economica que asegure la ampliacion y el buen desarrollo

del corte por el propio rio. El calculo hidraulico debe hacerse teniendo en cuenta la

compatibilidad de los perfiles y gradientes de energia, tanto con el tramo aguas arriba como

con el de aguas abajo del corte.

Esto se realizara para diferentes gastos de desvio y junto con el aspecto economico, se

elegira el mas economico. Es evidente que las ecuaciones de disefio de cauces son utiles en

este caso, salvo que se emplearian tratando de que, mientras se esta ampliando el cauce

piloto, sf exista arrastre del material solido. . En las refs. 3 y 6 se presentan algunas

experiencias en la construccion de cauces pilotos y en la 5 un metodo para su disefio.

11.3.3 Sinuosidad y tortuosidad

La sinuosidad P de una corriente, se define como la relacion que existe entre la longitud del

thalweg y la longitud del valle 0 sea

L ong. th alw egp=

L on g. va lle(11.27)

-y la tortuosidadse expresa como -

Tortuosidad = Long. thalweg - Long. valle xlOO

L on g. va lle(11.28)

Leopold y Wolman en 1957 (ref. 1), proponen que una corriente sea considerada

meandreante, cuando la sinuosidad sea mayor que 15. En los EU la sinuosidad de los rios

varia de 1 a 2.8 y en la India de 1.02 a 1.45. En terminos generales se acepta que la

sinuosidad sea baja si esta entre 1-1.3, moderada de 1.3-2.0 y alta si es mayor que 2.0.



27

11.4 Curvas

L as .cu rv as se c la sifican e n: su perficiales, en trin ch era y en defo rmada s 0 lim itadas. La

forma de la s eccion .va ria mucho e ntre ·d ife re nte s rio s y aun en los tramos de una m isma

corriente.

U na curva superficial es una curva cortada en m aterial depositado y el r io normalmente

m eandrea. La pendiente de la corriente es com unm ente m as baja que la del fondo del valle y

la longitud del cauce es m uch o m as grande q ue la longitud del v alle.

U na c urv a en trin ch era co rta p ro fu nd am en te ellec ho o rig in al y sig ue la cu rv atu ra de l v alle,

por 1 0 cuallas paredes del v alle form an parte de las m argenes de la corriente .. L a pendiente y

la longitud son las m ism as para el v alle y la corr ien te .

Richardson et al en 1 975 (ref. 1 ), clasificaron las curvas en los rios naturales com o curvas

l ibres super ficiales, l imi tadas 0 e n trin ch era y fo rz ad as 0 d efo rmada s. L os v alo re s p ro rn ed io

de la relacion entre el radio de curv atura r y el anch o B , para seccion transv ersaillena, de los

tre s tip os d e c urv as so n lo s sig uie nte s

.T i po d e c urv as

limitadas

libres

forzadas

rIB

7.0-8.0

4.5-5.0

25...5

E I radio de curv atura es m edido al centro del cauce.



28

11.4.1 Tirante en las curvas

En las curvas de tipo libre y limitado, el tirante crece gradualmente desde la transicionde

aguas arriba de la curva, alcanzando un maximo aguas abajode apice de la curva. En curvas, . .

forzadas, el tirante crece rapidamente al comienzo de la curva hasta un maximo en la parte

media de la misma, luego decrece gradualmente hacia aguas abajo. El tirante maximo en la

curva puede calcularse con el criterio de Altunin (ref. 4), cuya ecuacion principal es la

siguiente

dmax = E d r m (11.29)

donde: Q~-;= - . ptofundidad maxima en leicurva, en m - _ . - . . - . .

dnn = profundidad media en el tramo recto situado aguas arriba, en m

E = coeficiente que depende del ancho de la superficie libre B y del radio de curva-

tura r, ambos en m. En la tabla 11.2 se muestran los valores de E para

diferentes relaciones (riB).

TABLA 11.2 Valores de E

rIB 00 6 5 4 3 2

E 1.27 1.48 1.84 2.20 2.57 3.00

Como complemento a 1 0 expuesto vease el apartado 13.4 del cap. 13, "Erosion en rios y

obras de proteccion", de este mismo manual. En las ecs 13.30 se muestran dos formulas

para valuar E •

Ejemp/o 7. En la curva de un rio se han medido los tirantes maximos y son de 6 m; en el

tramo recto inmediato anterior el tirante tiene 2 m. Si el ancho de la superficie libre es de 25

m, l,cual es el radio de curvatura?



Empleando la ec 1J .29

E=612=3

29

de la tabla 11.2, para E = 3se tiene rIB = 2; por tanto el radio de curvatura mide

r = 2B = 2 (25) = 50 m

11.4.2 Flujo helicoidal en curvas

La fuerza centrifuga que actua a 1 0 largo de un escurrimiento en una curva, produce una

sobreelevaci6n de la superficie libre en la margen c6ncava y un descenso en la margen

convexa, ref. 2. Esta sobreelevaci6n asociada a una perdida de energia a 1 0 largo del fondo,

produce un flujo helicoidal cuya velocidad transversal mueve la carga del fondo hacia la

margen convexa donde se acumula. La fig 11.6 muestra este flujo en forma esquematica.

Perfiles

~c"curva~

B :L s '

Flujo helicoidal

~'

curva.~

Fig 11.6 Seccienes tipicas de una transici6n entre des curvas .



30

E xis te n v ario s c rite rio s p ara c alc ula r la so bre ele va ci6 n e n el extrad6s delas curvas (IlZ ), ref.

8; sin em bargo, las diferencias en los resultados ob tenidos con cada criterio son peq ueiios,

ref. 9. L a ecuaci6 n propuesta por R ich ardson en 1 975 para flujo estab lecido es la siguiente

gr( 11 .30)

donde: IlZ = sob reelev aci6 n en la curv a, en m

U =v elo cid ad m ed ia d el flu jo , en mls

g = a celeraci6 n d e la g rav ed ad , en mlsr =radio de curv atura m edido al centro del cauce, en m

B =an ch o d e Jasu peificie Iib re , en in

Ejemp/o 8. S e tiene una corriente que transporta un gasto de 50 m 3/s con una velocidad

media de 1 mis, en una curva con r = 50 m . S i el ancho de la superficie libre es de 25 m ,

d ete rm in ar la so bre ele va ci6 n d el tira nte e n d ic ha c urv a.

E mpleando la ec 1 1 .30

IlZ = (1 / (25) = 0.051 m·9.81*50

L a sob reelev aci6 n del agua en la m argen exterior sera d e aproxim adam ente 5 cm .

1 1 .4 .3 E ro si6 n y d ep 6sito e n c urv as

. C om o antes se habia indicado, las velocidades son norm alm ente m a s altas en la m argen

exterior 0 c6ncava de una curva durante el escurrim iento norm al, aunque en una avenida

grande las v elocid ades m as altas se presentan cerca de la parte interior 0 m argen convexa de



31

la curva. Las observaciones de campo indican que el 90% de la erosi6n de las margenes

ocurre durante las avenidas.

11.5 Transiciones

Las transiciones se localizan entre las curvas que son donde el flujo cambia de una margen a

la opuesta, vease la fig 11.6, y son de secci6n casi rectangular en contraste con la forma

triangular 0 trapeciai en las curvas. La pendiente de la superficie del agua en el inicio de la

transicion es normalmente plana yalta debido al dep6sito de material, sin embargo, a la

salida, se vuelve mas pronunciada la pendiente.

Entre una seccion curva y una transicion, el tirante maximo decrece, asi como tambien el

ancho. En la fig 11.6 se muestran las secciones transversales tfpicas entre una curva y una

transici6n.

11.6 Abanicos aluviales

Los abanicos aluviales son depositos de sedimento cuya forma semeja un segmento de

seccion conica, visto en planta parece un abanico y tiene una pendiente casi uniforme desde

el apice hasta el borde final, vease la fig 11.7. Se presentan normalmente en areas aridas y

montafiosas con pendientes fuertes, aunque en ocasiones tambien se encuentran en zonas

hiimedas. Ocurren en el punto donde la corriente pasa de un cauce estrechoa otro muy

amplio, 0 bien cuando la pendiente se disminuye abruptamente como se muestra en la fig

11.7.

En el apice del abanico, donde las velocidades decrecen repentinamente, la corriente deposita

grandes .cantidades de material,parte del cual es arrastrado por las siguientes avenidas.

Dicho material continua moviendose al ser transportado por el agua, 0 bien como.una masa

de lodo.



32

c:'0

'0It S

>Q)

w

Secoion par eje del cauce

Terreno natural

Fonda del cauce

Distancia

Fig. 11.7 Abanico fluvial

Los canales que se forman en los abanicos aluviales son general mente en trinchera, y sobre

todo en el apice, pero enmuchos casos son efimeros 0 intermitentes, aunque tambien los hay

perennes. EI flujo en estos canales ocurre con tirante y velocidad mayor que la critica. Es



33

posible que el transporte de sedimento sea inestable y que continuamente el regimen cambie

de inferior a superior (al hablar de transporte y ondulaciones en el fondo).

11.7 Deltas

Los deltas estan formados por el deposito de material generalmente fino. Ocurren donde la

velocidad se reduce repentinamente por la entrada de la corriente a un gran cuerpo de agua

comopuede ser un lago, un embalse 0 el mar. Los deltas tienen una forma generalmente

triangular y la corriente descarga a traves de un gran. sistema de cauces de diferentes

dimensiones. Las principales variables que interviencn en su formacion son la temperatura,

gasto,carga de sedimento, salinidad y la pendiente del rio. En el caso especial de los

embalses, el material grueso constituye la mayor parte del delta y el material fino se deposita

aguas abajo deeste.

Como ejemplos de grandes deltas formados con las descargas al mar se encuentran los de los

nos Mississippi, Colorado, Nilo, Ganges y Niger y en descargas lacustres como las del Rio

Catatumbo en el lago Maracaibo en Venezuela. Los principales problemas que se pueden

originar por la presencia de un delta son los siguientes:

a) Subsidencia del suelo y deterioro de niveles.

b) Danos por inundaci6n aguas arriba e intrusiones salinas.

c) Deterioro del medio ambiente.

Desdeel punto de vista hidraulico laalteraci6n de los perfiles de e sc ur rim i en to y el deposito

del material del fondo son los aspectos mas relevantes de la formaci6n de un delta. En

terminos generales, la pendiente y el tamafio del material del fondo decrece en la direccion

aguas abajo. .Esto es debido a que la fuerza tractiva no es suficiente para mover los



34

materiales mas gruesos hacia aguas abajo. En el capitulo 18, Sedimentacion de embalses de

este mismo manual, se presentael criterio de calculo del delta en un embalse formado por

una presa, vease foto 11.13.

Existen algunos casos donde conforme la pendiente decrece, el gasto y la carga de

sedimentos aumentan, debido al aporte de rios tributarios. Richards en 1982 propone la'

existencia de una relacion entre el grado de concavidad del perfil longitudinal de un rio y el

incremento del gasto en la direccion aguas abajo. Sin embargo, el cambio de la pendiente no .

siempre es sistematico.

Los materiales del fondo son depositados en el siguiente orden: boleos, gravas, limos y

11.8 Ejemp/o numerico

Se tiene un rio que drena una cuenca, que actualmente se encuentra en condiciones estables,

pero se pretende abrir una gran zona al cultivo de temporal, e instalar represas para el control

del sedimento grueso, por 1 0 cual se estima que en el futuro cambiaran significativamente las

condiciones de aporte de sedimento y de escurrimiento.

En las condiciones actuales el rio transporta un gasto promedio anual de 60 m3/s y el

material fino acarreado es el 5% del total. Se calcula que en las nuevas condiciones, el rio

transportara 80 m3/s y que la carga de sedimento fino aumentara a un 50% del total

transportado. Determinar los cambios morfologicos que probablemente ocurriran en las

nuevas condiciones.



35

A lgunos datos adicionales en las condiciones actuales son los siguientes. S inuosidad = 1 .4 .

La longitud del valle del tramo de rio que interesa analizar, hasta su desembocadura al mar,

es de 50 km .

E n los siguientes calculos se designara a las condiciones actuales con la letra "a" y a las

fu tu ra s co n "f".

a) Caracteristicas de la seccion transversal (ecs 1 1.4 y 1 1.6).

B,=

4 3.7 (6 0 )° .3 8 (5 )"°·3 9= 1 1 1 m

d,=0 . 514 ( 5) °· 342 (60 )° ·29=2.92 m

Fa= 38

Bc= 4 3.7 (80 )°·3 8 ( 50 )-0 ·3 9= 5 0.2 m

df= 0 .5 14 (5 0)°·3 42 ( 80 )°·2 0 = 7 m

Fa=7 .17

b) S inuosidad (ec 1 1 .21 )

P, = 1 .4

Pc= 0 .9 4 (5 0 )° ·2 5 =25

c) Pendiente (ec 1 1 .3)

S~ =0 . 0 03634 ( 5) "° ·38( 60 ) "° .32=0 . 0 0 053

S f= 0 .0 0 36 34 (5 0)"°.3 8 (80 )-0 ·3 2= 0 .0 0 0 2 ----- - ~

d) Longitud del thalw eg (ec 1 1 .27)

LT a = 1 .4 (5 0 00 0 ) = 70 0 0 0 m



36

LT r= 2.S (SO O O O )= 12S 0 0 0 m

Incremento de la longitud del thalweg =55000 m

e) Longitud de onda y ancho de los meandros (ecs 1 1 .2 0, 1 1 .2 3 y 11.24)

MLa = 1935 (60 ) °. 34 (S ) -O ·74=2366 m

M Lf= 1935 (80)° .34 (50) -0 ·74=475 m

como MLIMB » 0 .35 (dividiendo 11 .23 entre 11.24)

MBa = 2366/0.35 = 6760 m

M B f= 47510.35 = 1 357 m

r, = 4.75 (1 1 1 ) = 527.3 m

rf= 4.75 (50 .2) =238.45 m

g) Configuracion en planta

Usando la fig 11 .4 con S = 0 .0 00 53 Y Q = 60 m 3/s , se puede observar que esta lejos se ser

trenzado y como baja la pendiente para las condiciones futuras, se deshecha dicha

- _.posibilidad. - - .- -_

h) Clasificacion

De acuerdo con las clasificaciones propuestas en el apartado 11 .2 , se trata de un rio viejo,

meandreante, estable, en el que actualmente el principal transporte es de fondo. En las

condiciones futuras, transportara principalmente material en suspension el cual se depositara

en las margenes y erosionara el fondo.



37

i) Analisis cualitativo

EI comportamiento calculado del rio en las nuevas condiciones, comprueba el resultado del

segundo ejemplo del apartado 11.1.7, ec 11.18, donde se concluy6 que el tirante y la

sinuosidad crecen, d varia de 2.29 a 7 m y P de 1.4 a 2.5; la pendiente y la relaci6n ancho-

tirante disminuyen, asiS cambia de 0.00053 a 0.0002 y F de 38 a 7.14. Por ultimo, el ancho

y la longitud de onda tambien disminuyen; B de 11 a S O m y ML de 2366 a 475 m.

j) En funci6n de los resultados anteriores seria posible determinar las afectaciones que

pueden causarse aguas abajo. Por ejemplo, si el rio es navegable en la actualidad,

probablemente en las condiciones futuras causara problemas importantes, pues aunque

aumenta el tirante, disminuyen significativamente el ancho y aumentan la sinuosidad y la

longitud de recorrido.

11.9 Referencias

1. Garde, R. J y Ranga Raju, K. G., 1977, "Mechanics of sediment transportation and

. alluvial stream problems", Halsted, India.

2. Jansen, P., 1983, sl "Principles of River Engineering", Pitman, London.

3. Joglekar, D. V., 1971, "Manual on river behaviour control and training", Publication

No 60, Central Board ofIrrigation and Power, New Delhi.

4. Maza, J. A., 1987, "Introduction to river engineering", Divisi6n de Estudios de Posgrado,

Facultad de Ingenieria UNAM.

5. Maza, J. A. y Mancebo del Castillo, U.; 1974, "Calculo de las dimensiones 6ptimas para

un cauce piloto al cortar un meandro". Revista, Recursos Hidraulicos, Vol III, No 2,

pp 160-168, Mexico, D.F.



38

6 . P eterse n, M . S ., 1 98 6, " Riv er E ng in eerin g", P rectice H all, U S A

7. S chum m, S . A , 1 972, "R iver M orphology ", D o wden H utchinson R oss, U SA

8. S hen, H . W ., 1 979, "M odelling of riv ers", Joh n W iley & S on s, U S A

9. S im ons, L., 1 9 82 , " En gin ee rin g An aly sis" , S imons Lia nd A sso cia te s, USA .



39

Foto 11.1

Cauce en la zona de montaiia. El material del fondo estabien graduado. Las margenes son

resistentes a la erosion, y por tanto el cauce tiene dos.grados de libertad.

Foto 11.2

Valle en V producto de la

erosion fluvial. La parte inferior

del valle se encuentra cubierta

de material aluvial y el rio

escurre sobre el. El rio esta

formadopor un solo cauce .

estable. El cauce principal de

estiaje y el cauce de avenidas se

aprecian claramente.



40

Foto 11.3

El material grueso que no puede ser arrastrado en estiaje,llega a formar rapidas como la que

se aprecia en la fotografia. Debido a las fuertes pendientes, el flujo es supercritico en

algunas zonas. Los afluentes estan bajo un proceso de erosi6n aunque lento, debido a la

resistencia~del~material·que-Ios~fonna~

Fot.oJJA· _._... ".. ... .. _ 0 , ••••• '. , •

Cauce con dos grados de libertad, que escurre en el fondo de un valle en V. EI material

removido para la foimaci6n de los caminos y que ha sido arrojado al rio ha formado la

alteraci6n que se muestra en la fotografia.



41

. Foto 11.5

Tramo de rio donde haycambiodependiente y por tantodonde se deposita material. Dicho

tramo seencuentra-bajo.ua proceso de sedimentacion. En estiaje el caucees trenzado.

Foto 1 1.6

Banco de arena que emerge durante elestiaje. Lasmargenes del rio estan constituidas con

material mas resistente ala erosion que el materialdel fondo.



42

.Foto 11.'7 '; ,

,Cauce coil estabilidad dinamicados afios antes el rio escurria por el extremo izquierdo ,

inferior de .la fotografia y a 10 largo del dique longitudinal que se aprecia en la seccion media' '

'del ladoizquierdo. Movimientos posteriores del cauce favorecenla sedimentacion del'

material.que ~eaprecia en.la parte inferior, con el consiguiente corrimiento del cauce. . '

priricipal hacia la derecha. ' .

Fot611.8

Meandros. Las orillas exteriores de las curvas estan siendo erosionadas, mientras que en l~

margen interior hay sedimentacion del material aluvial. Los depositos recientes aun no se

cubren con vegetacion. Al.continuar este proceso uno de los dos meandros se cortara en

.forma natural. '



43

Foto 11.9

Proteccion de tina margen con espigones. Se aprecia el deposito de sedimentos aguas abajo

de ellas. Debido a.los cambios producidos aguas arriba, la corriente ha dejado de atacar la .

margen protegida y se inicia una etapa de sedimentacion, .I .

Fotoil.l0

Cauce con grados de libertad, ya que elancho es constante debido a la resistencia de las

margenes, Unicamente el fondo puede ser erosionado, aunqueen la etapa actual esta en

equilibrio. '



44

Foto 11.11

Rio fonnado por un solo cauce. El material de las orillas esta bien graduado ycubierto

parcialmente de vegetacion que 1 0 protege. En el fondo hay grava y arena que .llega

acorazarse en algunos tramos.

Foto 11.12.,

Cauce con margenes resistentes y fondo formado con material no cohesivo. Parte del fondo

se encuentra acorazado. Todo'el gasto de avenidas pasa por un solo'cauce,aunque con

gastos muy pequefiosafloran algunas zonas delfondo.



45

Foto 11.13

Depositos producidos en la parte final del embalse de una presa. En epoca de avenidas se

encuentrancubiertos por el agua. En estiaje se forma elcauce observado en la fotografia.

Foto 11.14

Aspecto de un cauce en que se ha desarrollado una isla. Esta se encuentra ya parcialmente

cubierta por vegetaci6n. Ello incrementa el coeficiente de rugosidad, disminuye las

velocidades de los escurrimientos y favorece el dep6sito de material arrastrado en

suspensi6n, con 10 que afio con afio se incrementa la elevaci6n de la isla tendiendo a la

misma elevaci6n de la planicie. .



46

Foto 11.15

Margen sujeta aerosi6n. Se aprecian los derrumbes del material que\constituye la orilla.

Aguas abajo se observa dicha orilla cubierta con vegetaci6n que no ha sido erosionada.

Morfologia de Rios (Capitulo 6)

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