Terrazas de sedimentación o de disipación de energía

Planteamiento del Problema

La respuesta fluvial o respuesta morfo dinámica a la construcción de presas para el control de sedimentos en ríos es un problema bastante estudiado (Mahmood, 1987; Morris y Fan, 1998).

Aguas arriba de la presa, el dique transversal que intercepta los flujos aumenta las profundidades del agua y se genera un lago o embalse.

Los efectos de remanso creados por el embalse se extienden aguas arriba e inducen a una reducción en la velocidad del flujo y por ende en su capacidad para transportar el sedimento, lo cual se traduce en la deposición del material arrastrado.

La sedimentación se inicia en el sitio donde el perfil de remanso intercepta el flujo normal aguas arriba, y ocurre en la forma de una pequeña onda, denominada delta, de forma triangular, que crece verticalmente y viaja hacia aguas abajo en un proceso de colmatación progresiva del vaso de la presa hasta alcanzar el cuerpo del dique.

A este fenómeno de sedimentación se le conoce también como agradación del lecho, en donde los niveles del fondo del cauce aumentan progresivamente en el tiempo. Tratamiento para sedimentos producidos por la deposición del material grueso aguas arriba de una presa de retención en un río de montaña

. Un depósito típico de un delta puede dividirse en tres partes: tope, frente y fondo

Los cantos rodados y peñones se depositan en la cola del embalse.

Los depósitos del tope están constituidos por sedimentos gruesos (gravas y arenas gruesas) que son emplazados por deposición fluvial.

Los depósitos del frente son también materiales gruesos que se forman por avalanchas de los sedimentos del tope.

Los sedimentos de fondo son materiales finos (barros) conformados por limos y arcillas, y son emplazados por corrientes de turbidez o de densidades.

En ríos de montaña, como es el caso del río Santo Domingo en el estado Mérida los depósitos del tope y el frente están compuestos de cantos rodados, gravas y arenas gruesas, y los del fondo por arenas finas y barro (limos).

La retención de los sedimentos en el vaso o embalse, produce, durante las crecientes, flujos con menores concentraciones de sedimentos que se desplazan hacia los tramos aguas abajo del dique o cuerpo de la presa.

Estos flujos de aguas claras, hambrientos de sedimentos, tienden a saturarse o satisfacer su capacidad de transporte tomando el sedimento del lecho y márgenes del río, produciéndose entonces un fenómeno de degradación o erosión general del lecho en el tramo aguas abajo del dique.

El problema se complica en los ríos de montaña, donde el análisis de los procesos de agra dación y degradación del cauce de ríos torrenciales, aguas arriba y aguas abajo del sitio de presa, respectivamente, están fuertemente influenciados por el fenómeno de acorazamiento, debido a la gran variedad en los tamaños de los sedimentos que se encuentran en el lecho del cauce, desde las arenas finas de pocos milímetros de diámetro hasta peñones de varios metros de tamaño.

Las partículas más pequeñas pueden quedar escondidas entre las más grandes, y cuando estas últimas cubren una porción significativa del lecho, se genera una coraza protectora que impide el avance del proceso erosivo o degradación.

Adicionalmente, la presencia de una topografía abrupta, con cambios bruscos en la geometría (ancho) de las secciones, y con pendientes pronunciadas del lecho, que en el caso de los torrentes pueden alcanzar valores en el orden de 10%, ocasiona que se puedan generar cambios en el régimen de flujo, de supercrítico a sub crítico y viceversa, generando inestabilidades en la superficie del agua (resaltos hidráulicos), y haciendo aún más complicado el análisis de la respuesta morfo dinámica del lecho a la construcción de presas de retención de sedimentos.

El objetivo del presente trabajo es analizar la respuesta morfo dinámica de un río de montaña a la construcción de presas de retención de sedimentos, a través de observaciones de campo y del uso de modelos matemáticos para simulación del flujo y del transporte de sedimentos, e ilustrar su aplicación en algunos casos prácticos en ríos de Venezuela.

Este trabajo refleja las investigaciones y experiencias del autor durante los últimos 20 años en el estudio de los fenómenos de erosión y sedimentación en ríos de montaña y su interacción con la construcción de presas de retención de sedimentos.

Se presentan dos modelos matemáticos desarrollado por el autor (y colaboradores) para simular la respuesta morfo dinámica del cauce fluvial a la construcción de presas en cursos torrenciales o ríos de montaña. Los modelos permiten determinar las variaciones espaciales y temporales que suceden en el lecho del río, tanto en su composición granulométrica como en sus elevaciones altimétricas.

Especial énfasis se hace en el análisis del proceso de acorazamiento que ocurre en el lecho durante el proceso de degradación, y en la formación del resalto hidráulico en cauces de alta pendiente y su interacción con el delta de sedimentos durante el proceso de agradación del lecho.

RÍOS DE MONTAÑA

Los ríos o corrientes de montaña se caracterizan por tener pendientes pronunciadas del lecho, una gran variabilidad en los tamaños de los sedimentos que se encuentran en su cauce, y profundidades de flujo que son del mismo orden de magnitud que los diámetros máximos de estos sedimentos.

No existe una definición precisa para identificar el límite que separa los ríos de montaña de los ríos de llanura.

Bathurst et al. (1987a) define un río de montaña como una corriente de agua en un área de relieve topográfico pronunciado y pendientes de fondo variando entre 0,1 y 10% o mayores. Jarret (1990) se refiere a ríos de montaña como corrientes de alto radiente hidráulico con pendientes mayores de 0,2%. Cuándo la pendiente del cauce se hace mayor a 5%, se usa el término de torrente o curso torrencial. Lasconfiguraciones o formas de fondo son otra característica que sirve para identificar este tipo de cauce fluvial. Montgomery y Buffington (1993) las clasifican, en orden ascendente de pendiente, en: a) configuraciones de piscinas-rápidos (pools-riffles) con pendientes entre 0,1 y 1%; b) fondo plano con pendientes entre 1 y 3%; c) conjunto de escalones-piscinas (step-pool) para pendientes entre 3 y 10%; y d) cascadas para pendientes mayores del 10%.

Trabajos de construcción de terrazas se realizaron en La Guaira luego del desastre del año 99, dando excelente resultado de protección al controlar los caudales de las quebradas causantes del desastre.

NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE



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Antonio Daza


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