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Aunque tales estructuraso pequenos embalses permiten que pase parte del sedimento, la
porcion que viaja hacia 1!luas abajo es el sedimento mas finamente gradado que no causa
dafios severos. EI sedi~to grueso permanece atrapadoen el embalse. La figura 32
muestra un esquema tipilo de este tipo de estructuras.
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Fig~ 33. Trampas de sedimentos.
En la figura, H es la altura de la presa, m el espaciamiento entre presas, L es la longitud del
tramo a controlar, ctesla pendiente original del terreno 0 perfil dellecho (S = tan C(); (3es
la pendiente del terren~ despues de las obras, 0 perfil final del terren~ . La altura, H Y el
espaciamiento, m se pueden calcular con las siguientes ecuaciones :
H = H1 - H2 = m (tan ex - tan (3 )
n = L (tan ct - tan (3) I H Lim
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En general, es conveniente atrapar los sedimentos cuando la capacidad de transporte del
cauce es menor que la cantidad de sedimentos que esta recibiendo (sobrecarga), 6 cuando
se quiere proteger estructuras 0 proyectos localizados aguas abajo si el cauce tiene una
capacidad de transporte alta. Estas presas se colocan principalmente en las cabeceras de
rios, especial mente en tramos donde la erosion acelerada pueda provocar, aguas abajo,
una sedimentaci6n desfavorable
Se pueden considerar tambien como estructuras de control de gradiente, ya que al
absorver energra del flujo se disminuye la capacidad de este para transportar sedimentos y
se frena asr la degradacion del lecho. Funcionan sumergidos la mayor parte del tiempo.
Se construyen en serie y ' su cresta, altura y espaciamiento puede ser optimizado.
Generalmente se construyen con material permeable para aliviar presiones y permitir el
paso del agua y sedimento fino.
Planta Hidroetectrica del rio Anchicaya. Problema de Sedimentacion del Embalse (Primer
Seminario Latinoamericano sobre presas y embalses, tomo 1).
EI embalse esta ubicado en el canon del rio Anchicaya, en el Valle del Cauca, a 90 km de
Cali y 50 km de Buenaventura. La cuenca de drenaje posee condiciones climatol6g:cas
altamente tropicales, altamente humedas caracterizadas por perfodos lIuviosos muy
intensos durante la mayor parte del ano (4800 mmjano).
Aportan al embalse el rio Anchicaya (65 %) Y el rio Oagua (35 %). EI primero drena una
cuenca de 777 km2, casi en su totalidad cubierta de selva; se clasifica como un rio
torrencial de altas pendientes (caudales pico rapidos y de gran magnitud) . Solo 60 km de
longitud con una diferencia de cotas desde 3.000 msnm en su nacimiento hasta el nivel del
mar en el oceano Pacifico. EI rio Oagua presenta alta erosion debida principal mente a la
deforestacion y a la colonizaci6n por la apertura de la carretera que conduce a Simon
Bolivar.
En el sitio de presa se encuentra rocadura; el resto del embalse y de la cuenca tributaria 10
constituye raca fracttJrada e inestable (esquisto azul) . Las vertientes presentan pendientes
de 450
, con frecuentes deslizamientos, movimientos de piedra grande que no pueden ser
removidos con operaciones de dragado. Todo esto contribuy6 a que se presentaran en el
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embalse altas tasas de sedimentacion que Ie restaron capacidad en una forma
exageradamente rapida.
Desde su puesta en marcha en Abril de 1955, can una capacidad total de 5,1 x 106 m3 y un
volumen util de 2,3 x 106 m3, hasta Octubre de 1957 se habia perdido el 26.5% de la
capacidad total. En ese momenta se iniciaron las acciones para contrarrestar el problema.
Se recomendo construir dos pequerios azudes en el rio· Dagua, para contener aluviones; el
primero de 9 m de altura ya 100 m de la desembocadura en el rio Anchicaya. En el mismo
ario. terminada su construccion en 1958, el nivel de sedimentaci6n subia cuatro metros par
encima del piso original del cauce y tres arias despues, se·lleno totalmente de sedimentos,
habiendo atrapado 125.000 m3. EI segundo azud, can las mismas caracteristicas del
anterior, retuvo 150.000 m3 de grava pesada, gravilla y arena hasta su colmatacion en
1962.
Se propuso luego la instalacion de una draga en el embalse para recuperar la capacidad
inicial, que en 1962 estaba ya reducida en un 40 %. La draga extraia material del embalse
(250-300 m3 de solid as par hora de operacion) desde profundidades de 25 m y 10
depasitaba en un tunel de descarga de la tuberfa. Rapidamente se fueron incrementando
los tiempos de dragado hasta lIegar a una operacion continua. A pesar de la operacion
diaria continua y de la permanente vigilancia y conservacion de la hoya, el problema de
sedimentacion continuo a tasas alarmantes.
En 1973, el embalse estaba practicamente colmatado; solo tenia el 3% de la capacidad
inicial. Entre 1974 y 1976, se electrifico la draga para aumentar su eficiencia y se logro
recuperar el 20 % del volumen inicial.
4.7. CONTROL DE LA NAVEGACION.
La necesidad de un media de transporte mas barato para carga pesada (hierro, acero,
carbon, arenas, gravas, automoviles, etc.), exige 0 demanda la navegabilidad de corrientes.
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EI costo de navegaci6n se mide en $/ton milia. Una ton milia representa el producto de una
tonelada de carga transportada en una milia. Aunque los costos promedios son mas bajos
que cualquier otro medio de trans porte de carga, se tienen las siguientes desventajas:
transporte mas lento; areas grandes sin corrientes navegables; el oleaje ocasiona
inestabilidad en las bancas.
4.7.1. Requerimientos para fa navegabilidad. EI criterio que finalmente controla es la
economfa. Los factores ffsicos son: la profundidad y ancho del canal (limitan el calado y
manga de las embarcaciones) , el alineamiento, el tiempo de transito, la velocidad de la
corriente, las estructuras terminales. EI costo de un viaje entre dos terminales es la suma
del costo de combustible. las cargas fijas y otros costos de operaci6n que dependen del
tiempo de transito.
EI transporte comercial se realiza generalmente por medio de vapores (1 a 10) empujados
por un remolcador. La carga que pueden transportar depende del canal (profundidad en la
secci6n menos profunda de la ruta) .
Los costos de potencia disminuyen en proporci6n inversa con la profundidad 0 distancia
entre el fondo del planch6n y el fondo del canal. La fuerza de arrastre (fue/za de dragado 6
resistencia al movimiento) aumenta cuando el planch6n esta muy cerca del fondo; el costo
de combustible es mayor (para vencer la resistencia).
La velocidad normal de un buque cargado en agua quieta es de 3 m/s; buques no
comerciales pueden alcanzar velocidades hasta de 5.5m/s (20 km/hr) . Si la velocidad es
alta y la profundiad pequefia se crean presiones negativas debajo del bote.
EI alineamiento del canal y el ancho de la secci6n limitan el numero de vapores, asf como el
tiempo en transito. Se requieren entonces canales anchos con radios de curvatura amplios.
4.7.2. Tecnicas de control de la navegabilidad. Si el movimiento lateral del canal esta
restringuido. (controles geol6gicos, urbanos) debe anticiparse el movimiento vertical:
- Dragado en el caso que se presente sobrecarga de sedimentos.
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- Alineamiento para fac:iitar arrastre del material en exceso.
·Contracci6n del can(j para garantizar mayor profundidad.
- Controlar agradaci6n 0 degradaci6n por medio de estructuras 0 procesos de formaci6n
de armaduras; esto se controla conociendo donde, cuando y cuanta grava se
remueve para prop6sitos comerciales.
Pendientes fuertes se pueden mejorar con diques .
.Se debe incorporar material cohesivo en estructuras de control.
EI control hidraulico se garantiza basicamente con una buena geometria. Las orillas y
estructuras de control d~ben estar alineadas en la corriente. EI nivel de banca lIena debe
ser aproximado a la elevaci6n normal de la planicie.
En tramos rectos no hay control natural sobre la direcci6n del flujo y el sedimento se mueve
erraticamente. Se necesitan muchas mas estructuras de control para adecuar los tramos
rectos a las exigencias de la navegaci6n. Cualquier tramo recto presenta problemas de
navegaci6n y entre mas largo sea mayores son los problemas. Puede, por ejemplo, usarse
espolones para dirigir los caudales bajos hacia el centro del canal principal con el fin de
garantizar la estabilidad de puntos de cruce; diques inclinados para aumentar nivel de las
bancas y controles en el ancho del canal.
La longitud del cruce, L, (entre pozos y orillas opuestas) debe ser aproximadamente el
ancho promedio del canal a banca lIena. Los puntos de cruce no deberfan moverse nunca.
En el rio Mississippi el ancho de los cruces es de una milia; la distancia entre pozos es
tambien de una milia.
La barra de aguas abajo es el control principal para la pendiente y para el movimiento de
los sedimentos; por tanto, el radio de curvatura rc, ancho de la barra, elevaci6n de la barra
aguas abajo, no deberian crear curvas de remanso que alteren la pendiente. La barra de
aguas arriba es fuente de sedimentos al cruce; deben eliminarse radios de curvatura que
permitan que los flujos altos se dirigan hacia esa barra.
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EI radio de curvatura debe ser aproximadamente constante. Si rc aumenta 0 disminuye, la
corriente hara su cauce y podra causar divisi6n del flujo. Si rc < rcmax se presentara
socavacion, formatiOn de barras, division del flujo. Si rc > rcmax, se presentara divagaci6n
y canales multiples.
~n alineamiento sinuoso es la mejor forma para un cauce aluvial. La sinuosidad esta
relacionada con la pendiente y el tamafio medio del material del fondo.
4.7.3. Metodos para diseftar canales navegables. Metodo del canal abierto,
canalizaciones, sistema de presas y esclusas 0 una combinacion de . .'os metodos anteriores
ya que raramente se presenta la posibilidad de un solo metoclo en toda la ruta navegable.
4.7.3.1. Metodo del canal abierto. Los requerimientos esenciales son : disponer de
caudales suficientes para garantizar navegabilidad gran parte del ana; de secciones
tranversales amplias 10 suficiente para las maniobras del planch6n; de radios de curvatura
amplios en un alineamiento sinuoso; de pendiente del canal planas para que no se
presenten velocidades excesivas; de un tratamiento satisfactorio del material del lecho y
oancas.
Sin embargo algunos de los facto res admiten controles, por ejemplo, los caudales pueden
ser regulados mediante embalses, los codos pueden ser alineados mediante atajos (pera
se aumentaria la pendiente y la velocidad mas alia de los IImites permisibles).
4.7.3.2. Presas y esclusas. Se usa este sistema cuando hay condiciones desfavorables
para canales abiertos. Consiste en una serie de presas y esclusas que se mantienen si hay
flujo suficiente para suministrar agua para el lIenado de las esclusas y para perdidas por
evaporacion que son apreciables.
Se garantizan bajas velocidades por el efeeto de remanso detras de las presas. No es
reeomendable si se lienen en el canal altas eargas de sedimentos pues eolmatada
rapidamente las piscinas. EI costa es mayor que el metodo anterior principal mente por el
area sujeta a inundaeion.
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Los requerimientos esenciales para este· sistema son: condiciones no favorables para el
metoda de canales abiertos; bajo transporte de sedimentos; sitios favorables para presas.
4.7.3.3. Canalizacion. Se usa cuando al canalizar un tramo corto se abre la posibilidad de
un largo camino de navegaci6n.
4.7.4. Obras y mecanismos de control. Las obras y mecanismos requeridos por los
metodos anteriores comprenden embalses de regulaci6n. dragado. obras de contracci6n.
de estabilizaci6n de bancas. obras para control del alineamiento. obras terminales ..
4.7.4.1. Emba/ses de regu/acion. EI objetivo es garantizar un caudal suficiente durante el
ano para facilitar la navegaci6n.
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Figura 34. Capacidad de un embalse de regulaci6n para navegaci6n
4.7.4.2. Dragado. EI objetivo es limpiar barras y acumulaciones en el canal ; mantener el f.>
f1ujo y la profundidad requeridos en los cruces; controlar la posici6n y la magnitud del
angulo entre aguas altas y aguas bajas.
Para un dragado efectivo se requiere conocer el tamano del material a dragar; disponer el
material dragado en vagones u otros sitios fuera del canal donde no haya riesgo de que
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regrese al canal ni cause problemas en zonas aledarias (inestabilidad); disponer de equipos
necesarios (dragalinas) para garantizar las tasas de dragado requeridas; considerar
impactos ambientales adversos.
4.7.4.3. Obras de contraccion. EI objetivo es contraer el flujo a una secci6n mas estrecha
y mas profunda. Se requieren cuando se tiene material granular grueso, canales anchos y
poco profundos que dan lugar a flujo dividido durante epocas de caudales medios a bajos.
L1 figura 35 muestra un esquema tfpico de las obras requeridas para lograr la contracci6n
del canal. Las estructuras mostradas tambiem funcionan como estructuras de estabilizaci6n
de la banca exterior; en el esquema, la contracci6n se logra mediante diques marginales
permeables cuyo espaciamiento esta controlado por la longitud necesaria para que no haya
flujo hacia el dique ni hacia la banca que se esta protegiendo. La longitud de los diques es
variable y depende del ancho efectivo de la secci6n contrafda. Para lograr un mayor
espaciamiento entre los diques y una contracci6n mas efectiva del ancho de la corriente, se
hincan pilas de madera 0 metal, con material permeable de relleno entre elias.
Pllas con material Diques marQlnale9 ,. permeable de ralieno permeable3 entre eli03.
Figura 35. Obras de contracci6n en un canal navegable.
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4.7.4.4. Estabilizacion de bancas. Los criterios y estructuras requeridas se describen en
la secci6n 4.3. Pueden hacerse mediante diques marginales, revestimiento con placas de
concreto (en el rio Mississippi, 7.5 m de largo, ,1 ,2 m de ancho, 7.5 em de espesor y 2.5 em
de espaciamiento).
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4.7.4.5. Presas y esclusas. Su fin es mantener una profundidad adecuada mejor
almacenar agua; dependiendo de las condicionestopograticas puede utilizarse compuertas
sin presas. EI tamano y diseno de las esclusas depende del sistema de IIenado y vaciado.
La figura 36 muestra un esquema de funcionamiento de unas esclusas
Figura 36. Esquema de funcionamiento de una esclusa
EI canal de Panama fue abierto a la navegaci6n mundial el 15 de agosto de 1914. Tiene una
longitud de 80 km desde las aguas profundas del oceano Atlantico a las del Pacifico.
El promedio de tiempo que permanecen los barcos en aguas del canal es de unas 16
horas. Sus caracterfsticas principales son los dos puertos terminales (Bahfa Limon en el
Atlantico y Balboa en el Pacifico); dos secciones cortas de cauce a nivel del mar, una en
cada extremo; los tres juegos de esclusas gemelas (esclusas de Gatun, esclusas de Pedro
Miguel y esclusas de Miraflores) ; el lago Gatun y el Corte Gaillard, antes Corte Culebra
(excavacion en roca salida) .
Una nave que entra al canal desde el Atlantico, penetra al cauce desde la Bahfa de Limon,
despues de pasar par el rompeolas Crist6bal. La seccion a nivel del mar en el sector del
Atlantico tiene un poco mas de 10 km de largo. Las naves son elevadas (0 bajadas) unos 26
m a traves de las tres camaras de las Esclusas de Gatun . Cada camara tiene 304.8 m de
largo y 33.5 m de ancho. EI largo de las esclusas de Gatun, incluyendo las paredes de
acceso, es de casi dos km.
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Los buques navegan casi 4tl km, desde las esclusas de Gatun hasta el corte Gaillard, a
traves del lago Gatun que es uno de los lagos artificiales mas grandes del mundo, a una
altura de 26 m s n m.
EI recorrido de 15 km a traves del corte Gaillard se inicia en la confluencia del rio Chagres
(que alimenta ellago Gatun) con el cauce del canal, en Gamboa. EI buque en trilnsito entra
a las esclusas de Pedro MigJel , en el extremo sur del Corte Gaillard; allf es bajado unos 8
m en un solo paso, al nivel del Lago Miraflores; este es un embalse que separa los dos
juegos de esclusas del Pacfico. La nave bafa los ultimos dos escalones, hasta el nivel del
mar, en las esclusas de Miraflores que tienen un poco mas de ) 600 m de largo. Las
compuertas de Miraflores son las mas altas de todo el sistema debido a las marcadas
variaciones en las mareas del Pacifico (dos altas y dos bajas cad a dia, con una variaci6n
extrema de poco menos de siete metros, mientras que en el Atlantico la variaci6n extrema
es de poco menos de un metro)
' Cada camara de las esclusas contiene unos 250.000 metros cubicos de agua. No se usan
bombas para IIenar 0 vaciar las camaras de las esclusas . . EI principio que se util iza es la
fuerza de la gravedad del agua que fluye desde el Lago Gatun, que esta a 26 m sobre el
nivel del mar. EI agua f1uye de un nivel a otro a traves de alcantarillas de 5.48 m de
diametro, situadas dentro de las paredes centrales y laterales de las esciusas. Luego, por
una red de alcantarillas un poco mas pequenas, que carren debajo del piso de concreto de
las camaras, el agua surge desde el fondo de las mismas
Las compuertas, situadas a.cada extremo de las camaras, son estructuras de acero de 20 m
de ancho, y mas de dos metros de espesar
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5. CONCLUSIONES
Tradicionalmente, el ingeniero civil ha enfrentado los problemas fluviales apoyandose en las
teorfas .y formulaciones clasicas de la hidraulica de canales abiertos de lecho rigido. Son
muchas las variables que condicionan el comportamiento dinamico de un rio; cuantificarlas
para involucrarlas en un determinado modele matematico que represente el
comportamiento del rio es bastante diffcil y costoso, perc es aun mas diffcil conjugarlas de
tal modo que se pueda obter.ler una buena soluci6n analftica.
Aun los modelos matematicos tienen dificultad para manejar fond os m6viles, erodabilidad
del lecho y orillas, capacidad de transporte de sedimentos y cambios morfol6gicos de un
cauce natural ; es por ,eso que el ingeniero de rios debe apoyarse en la 16gica antes que en
las matematicas para resolver un determinado problema.
Con frecuencia se pide al ingeniero disenar obras de control fluvialpartiencio de una
informaci6n muy escasa (casi nunca se tienen registros de caudal s6lido, par ejemplo), y
general mente el problema requiere una soluci6n inmediata, por 10 cual se acude a analizar
situaciones similares que conllevan a adoptar soluciones trpicas. En la practica, no hay dos
problemas fl.uviales iguales porque cada rio es diferente de otro; cada cuenca tiene su
manera particular de responder ante las acciones naturales y las antr6picas que se Ie han
impuesto. Ademas, en un momenta dado, el rio como eje del sistema fluvial, puede estar en
un proceso de ajuste diferente al de otro rio para el cual, alguna soluci6n impuesta, puede
haber side eficaz.
Un conocimiento hist6rico de los cambios ocurridos en la cuenca (originados por acciones
impuestas natural 0 artificialmente), es necesario para evaluar la respuesta futura del rio a
las nuevas condiciones. Se requiere
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El rio crea sus propias formas de disipar energfa para viajar sin danar su cauce; las
acciones antr6picas interfieren con este proceso y es cuando se da el desequilibrio. Se
requiere conocer el proceso de ajuste que esta viviendo el rio para plantear una solucion
que no interfiera. No hacer nada puede ser mas ventajoso en un determinado momento (si
la corriente no es muy dinamica 0 el proceso de ajuste de ese momento esta casi logrado).
Eso significa que el rio debe recuperarse par si mismo.
La relacion ancho/profundidad es una medida de la eficiencia del rio. Si este parametro
dlsminuye notable mente de una secciorr a otra contigua, indica que el rio esta perdiendo
habilidad para transportar el sedimento que-Ie IIega.
Son los materiales de fondo los que modifican el cauce de una corriente; ellos se depositan
o se dejan arrastrar segun sean las condiciones de flujo. La carga del lecho es una medida
de la capacidad de transporte de una carriente. EI sedimento suspendido (por la acci6n de
las fuerzas del agua en movimiento) no participa en la formaci6n del regimen del rio en el
momento del muestreo, pued·e viajar indefinidamente suspendido en el flujo 0 puede estar
proximo a depositarse. Las medidas de sedimento en sClspension pueden indicar el grado
de erosion aguas arriba. Estructuras de tierra refarzada, eficaces para control de erosion,
armonizan con el medio ambiente.
Una buena geometrfa implica mantenimiento minimo. Con frecuencia los cam bios bruscos
en la geologfa coinciden con los cambios bruscos en la geometrfa; cualquier solucion debe
tener en cuenta tanto los controles geologicos para el cauce como los controles controles
hidraulicos para el f1ujo .
Se debe analizar la respuesta del sistema antes de proponer una alternativa de solucion;
despues que se ha implementado una solucion determinada se debe evaluar
peri6dicamente el trabajo (monitoreo), para verificar que la estructura esta cumpliendo los
objetivos para los cuales fue diseriada. No hay diserio infalible; es posible corregir un
diserio antes de que la estructura pase a ser inadecuada.
Los materiales de construccion y la mana de obra deben ser, en 10 posibJe, de la regi6n.
Se debe minimizar el impacto sobre el medio ambiente. Estructuras dgidas requieren
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