modelado fluvial - Facultad de Ingeniería

FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
CÁTEDRA DE FOTOINTERPRETACIÓN
Mgter. Ing. Indiana Basterra
MODELADO FLUVIAL.
1) Conceptos preliminares
Los ríos y las formas del relieve que ellos originan son de importancia fundamental
para muchas obras de Ingeniería, especialmente en las áreas de llanura y por supuesto en el
Nordeste Argentino. Es por ello que el reconocimiento de ambos en las fotografías aéreas
es uno de los aspectos básicos de la Fotointerpretación y en general se pueden distinguir
con suficiente facilidad.
Pero el término “río” o “fluvio” es un genérico no siempre bien entendido,
especialmente teniendo en cuenta que el tamaño de éstos y sus cuencas varían muchísimo,
desde niveles subcontinentales a pequeños arroyos. Comparemos por ejemplo el río y la
Cuenca del Paraná con los del río Sena en Francia
Un río es un sistema de transporte (de agua y sedimentos) en equilibrio dinámico y
cuya función es transportar toda el agua y los sedimentos que le llegan desde su cuenca.
Es por ello que presenta un (o varios) canales definidos y relativamente estables en el
espacio y el tiempo y tienen mecanismos internos (homeóstatos) que le permiten
autocontrolarse para cumplir su función.
La existencia de un escurrimiento encauzado (en el canal) es su rasgo característico
y permite distinguir en la superficie terrestre las áreas de fluvios y las situadas entre ellos:
los interfluvios (que ocupan la mayor parte de la superficie y donde los escurrimientos son
laminares o transicionales, como veremos más adelante) (Fig.1)
FIGURA 1: Escurrimiento encauzado. Fluvios – interfluvios.
Toda el área que aporta superficial o subterráneamente agua a un curso se denomina
cuenca fluvial. Puede distinguirse una cuenca hidrográfica, que queda delimitada por la
divisoria de aguas y una cuenca hidrológica que está constituida por toda el área de aporte
y no siempre coinciden.
Los valles fluviales pueden presentar una sección transversal simple o muy
compleja, en el primer caso el canal ocupa todo el fondo y el agua se extiende de ladera a
ladera, dando lugar a un típico cañón, a veces de paredes abruptas, casi verticales o bien
presentando un perfil en “V” y pueden llegar a tener cientos de metros de profundidad.
Los valles más complejos presentan una gran variedad de formas fluviales conforme a
la dinámica del escurrimiento, a su historia evolutiva y a las condiciones geológicas.
Además, los cursos fluviales pueden desembocar en el mar (exorreicos) o no
(endorreicos) y responder a las condiciones climáticas locales (autóctonos) o lejanas
(alóctonos) (como el río Nilo)
En las zonas llanas y con importantes y regulares precipitaciones los valles son
frecuentemente muy complejos ya que con frecuencia su modelo también responde a
condiciones climáticas anteriores que el clima actual está modificando.
El escurrimiento en el canal fluvial es frecuentemente turbulento, de manera que los
vectores velocidad cambian en el espacio y el tiempo, pero a los fines prácticos vamos a
esquematizar un escurrimiento laminar y luego haremos algunas aclaraciones
Es importante definir dos parámetros hidráulicos de un perfil transversal: sección
mojada (W) y el perímetro mojado (p), cuyo cociente se denomina radio hidráulico R=
W/p que físicamente representa la velocidad con que pierde energía el curso. (Fig.2)
FIGURA 2: Parámetros hidráulicos de un perfil transversal.
Si consideramos un tramo recto de canal, el valor máximo de la velocidad se obtiene
en el eje medio y a una cierta profundidad (aproximadamente 60 % del tirante o altura del
agua) y las velocidades de la margen derecha e izquierda son iguales.
Como resultado de ello la máxima profundidad se tiene en el eje medio y ello define
la línea del talweg o baguada (que nuestro país toma como límite político), originando un
perfil transversal simétrico
Si el canal desarrolla una curva, las velocidades se distribuyen de otra manera, siendo
mayores en la margen cóncava y menores en la convexa, en tanto que la máxima se
desplaza hacia la primera y de la misma manera lo hace la línea de baguada (Fig. 3)
Como resultado de ello se tiende a producir erosión sobre la primera y sedimentación
sobre la segunda, a causa de una especie de rotación del agua.
FIGURA 3: Distribución de velocidades en un río meándrico.
Como se puede apreciar en esta simplificación del escurrimiento fluvial, la velocidad
varía de un punto a otro en la sección mojada y la velocidad media se puede determinar por
la siguiente fórmula:
1 w
Vm =
*i
 p
Donde R es el radio hidráulico, “i” la pendiente y “C” el coeficiente de Chezy
(igual a la inversa de la rugosidad ( ρ ).
La cantidad de agua que atraviesa la sección mojada en la unidad de tiempo se
denomina caudal y se expresa en m3/seg. Pero en realidad el caudal comprende el agua
(caudal líquido y el sólido (caudal sólido)
El caudal sólido puede ser transportado de diferentes maneras: por tracción
(arrastrándose por el fondo), por rodamiento, por saltación y en flotación (Fig. 8-8), pero
también puede ir en solución por ejemplo en forma de (CO3 H)2 Ca (Bicarbonato de
calcio).
Como el río tiene en cada punto una cierta cantidad de energía disponible para el
transporte de agua y sedimentos también dispone de un cierto caudal sólido límite. Por lo
tanto, si en la realidad el caudal sólido que transporta realmente es superior, habrá
tendencia a la sedimentación y si es menor a la erosión.
Pero esto no significa que lo haga, ya que el río debe cumplir con su función y para
llevar más caudal sólido necesita mayor velocidad y esto puede lograrse modificando
cualquiera o varias de las variables de la fórmula vista.
Es decir que puede variar la rugosidad, la sección mojada, el perímetro mojado o la
pendiente o algunos simultáneamente.
2) Morfología fluvial
Cuando el canal realiza una curva simétrica con su eje medio, ese arco se denomina
meandro (del río Meandros, en el Asia Menor) (Fig. 3) y en la ladera convexa se forman
una especie de barras de sedimentos denominadas espiras meándricas.
FIGURA 4: Morfología fluvial, río Negro – sector AMGR.
En las fotografías aéreas se reconoce con facilidad, ya que frecuentemente carece de
vegetación o solamente se presentan cordones de algunas hidrófilas sobre las espiras
meándricas y el modelo es el de las estrías de un músculo.
En las áreas de llanura esos meandros son frecuentemente libres, es decir que no
obedecen a ningún control estructural y están condicionados por la dinámica hídrica. En
otros casos, comúnmente en áreas de mesetas o montañas, los meandros son controlados
por las características estructurales y se denominan controlados presentando tramos rectos
y cambios bruscos de dirección, asociados con fallas o geoclasas.
Si las aguas del curso desbordan el canal de estiaje (al que se encuentra reducido el
río durante las bajantes) el brusco aumento de sección y consiguiente disminución brusca
de la velocidad, da lugar a que se depositen los sedimentos, originando lo que se denomina
albardón emplazado a ambos lados del la planicie menor En nuestra región frecuentemente
soportan una densa vegetación galería y ello hace fácil su reconocimiento en las fotografías
aéreas.(Fig. 5)
FIGURA 5: Albardones.
En los ríos con regímenes torrenciales, especialmente de zonas áridas o semiáridas, el
modelo de meandros es reemplazado por otro denominado anastomosado o trenzado,
formado por varios canales que se entrecruzan. (Fig. 6)
FIGURA 6: Modelo trenzado o anastomosado.
Cuando las aguas desbordan durante las crecientes o avenidas los sedimentos también
se depositan a los costados, pero dejando un depósito mucho mayor y más extenso que los
albardones, a los cuales se denomina derrames laterales.
En aquellos casos en los cuales el canal de estiaje presenten meandros, estos tienden a
migrar aguas abajo, hasta que se produce un estrechamiento denominado cuello de cisne
(Fig.4) y finalmente, el curso puede cambiar de posición y dejando meandros
abandonados, los cuales forman lagunas esteros o cañadas, que se reconocen en las
fotografías aéreas por su forma de arcos o curvas cerradas o en herradura, con vegetación
hidrófila.
Existe, no obstante, una faja dentro de la cual el curso puede cambiar de posición y
cuyos límites son restos de albardones de diferentes etapas o posiciones, los cuales se
denominan diques marginales. Dicha zona de divagación recibe el nombre de faja
meándrica y puede ser muy amplia fácilmente reconocible en las fotografías aéreas
Este sector no debería ser ocupado bajo ningún aspecto, ni ser atravesado por
terraplenes de acceso a los puentes, ya que el río necesita esa área o sección para funcionar
normalmente. (Fig. 7)
FIGURA 9: Elementos de la morfología fluvial.
El sector entre los diques marginales, o en su defecto los albardones o derrames
laterales, según el caso, se conoce como lecho menor y las aguas pueden superarlo
llegando más allá de ellos. Como al descender el nivel esas aguas no pueden volver al curso
quedan retenidas, formando áreas más o menos extensas denominadas Backswamps o
pantanos marginales, que corresponden a la terraza T 0 y hasta allí se extiende el lecho
mayor ordinario, ya que puede ser cubierto anualmente durante las crecientes. Estas áreas
son zonas de sedimentación lenta por decantación y acumulación de biomasa flotante o
arraigada, que al morir se acumula en el fondo originando suelos frecuentemente
expansivos o orgánicos con arcillas tixotrópicas
Todo este sector del valle forma en su conjunto lo que se denomina planicie fluvial y
puede llegar a ser muy ancha en los grandes ríos, como el Paraná, el Amazonas, etc. y no
debería ser ocupado, lo cual frecuentemente no ocurre.
Si se deben construir terraplenes de acceso a puentes o puertos, deben preverse
suficientes obras de arte menores, que no provoque un estrechamiento de la lámina líquida
y un remanso aguas arriba, es decir asegurar una transparencia suficiente mediante luces
amplias. Existen demasiados ejemplos de colapso de estas obras por no cumplir las
condiciones mencionadas.
Los cursos fluviales tienen capacidad de incidir o entallar el relieve o de ensanchar
su propio valle a medida que trascurre el tiempo. Si durante la historia geomorfológica del
río el relieve se levanta por factores geodinámicos, el río entallará su valle, cortando la
planicie fluvial, la cual quedará suspendida formando una terraza, mientras que el curso irá
modelando una nueva a un nivel más bajo.
Esto puede originarse también por un cambio climático que permita al río un mayor
poder de erosión lineal y el fenómeno puede repetirse formándose varias terrazas
escalonadas, las cuales se numeran de abajo hacia arriba, es decir T 1, T2, T3, etc, lo cual es
frecuente en áreas tectónicamente inestables.
En estos procesos puede suceder que la nueva terraza quede colgada, sin contacto con
los sedimentos actuales y se denominan entonces terrazas suspendidas. También puede
ocurrir que el encajamiento no haya sido muy grande y entonces la nueva terraza está
embutida en la anterior, lo cual debe tenerse en cuenta cuando se realizan perforaciones en
estos valles.
En nuestra región Resistencia y Goya se encuentran en la Terraza T 2 y Barranqueras
en la T1 del valle del río Paraná.
3) El modelado fluvial
Como hemos visto el curso tiene en cada punto una cierta energía disponible para
cumplir su función de transportar el caudal líquido y el sólido y una velocidad que
determina su capacidad de arrastre. A través del tiempo el curso tiende a ir modificando su
perfil longitudinal tratando lograr un perfil de equilibrio y esto lo consigue mediante un
proceso de erosión hacia atrás o de sus cabeceras a medida que va profundizando el relieve.
Este procesos se denomina erosión remontante, retrocedente o regresiva, con lo
cual la cuenca también se va extendiendo hasta que se logra el perfil de equilibrio, donde el
sistema gasta el mínimo de energía compatible con sus características y puede transportar
sin problema todo el material líquido y sólido que le aporta la cuenca.
Como las precipitaciones no son constantes en realidad el perfil de equilibrio no es
estático sino que oscila con relación a la media para responder a los ingresos de materia y
se puede suponer que está controlado por un nivel terminal llamado nivel de base hídrico.
Puede ser la superficie del mar (nivel de base global) (cursos exorreicos) o bien el lago o
curso en el cual desemboca denominado nivel de base local.
Pero las condiciones de la litología a lo largo de un curso difícilmente son
homogéneas, de manera que pueden existir niveles de base locales constituido por rocas
resistentes, o un perfil compuesto por tramos asociados con las diferencias litológicas de las
áreas por las cuales corre el río.
La capacidad de erosión de un curso está asociada con la velocidad de la corriente y
con el material transportado, en el primer caso decimos que se trata de un proceso de
erosión hídica y en el segundo de corrasión.
En las áreas montañosas con pendientes muy fuertes y regímenes turbulentos, los
materiales trasportados entran en rotación y pueden originar depresiones (en algunos casos
muy grandes en forma de ollas denominadas marmitas de gigantes o provocar socavación
de la base de una catarata, son una forma de erosión regresiva y de busca del perfil de
equilibrio.
En los denominados ríos a lecho móvil los sedimentos transportados por el curso, no
pueden tener granulometría superior a la del fondo, de manera que, si los materiales
transportados son mayores que los de fondo, se retira el material más pequeño y se deposita
el más pesado. De esta manera hay una continua remoción y redepositación y los
materiales terminan por formar lentes o lentejas a lo largo y lo hacho de los depósitos.
Como durante las crecientes el cursos transporta materiales más gruesos y en la
bajantes deposita finos, cuanto más irregular sea el régimen fluvial mas variable será la
sedimentación y las crecientes tienden a mantener limpio el canal en tanto que las bajantes
a colmatarlo, formar islas y bajofondos.
También en el lecho se forman dunas de diferentes formas y tamaños que tienden a
migrar aguas abajo, especialmente durante las crecientes.
La acción lateral del agua tiende especialmente en las laderas cóncavas a erosionar las
laderas, originando varios de los movimientos colectivos indicados en otro capítulo
4) Las ventajas del empleo de las fotografías aéreas
La primera de las ventajas es la de poder determinar la cuenca hidrográfica con
exactitud, especialmente en las llanuras, donde las divisorias de aguas presentan muy poco
desnivel y con frecuencia las equidistancias de las cartas no permiten apreciarlas
En dichas áreas muchas veces es necesario recurrir a la caracterización de las
fisonomías vegetales o de ser posible a las especies vegetales, ya que en las divisorias se
encuentran tipos que corresponde a áreas no inundables. Un ejemplo es el de los
ferrocarriles del Chaco, construido por los ingleses, que siguen las divisorias, como
consecuencia de que los equipos de topógrafos eran acompañados por un biólogo
Es necesario recordar que en estas zonas frecuentemente la divisoria suele estar poco
definida y según el nivel de las aguas de cuencas aledañas estas pueden dirigirse hacia una
u otra, proceso que se denomina transfluencia y complica el cálculo de caudales.
Otra ventaja es la determinación correcta de la red de drenaje, hasta en los menores
afluentes y la localización de áreas inundadas e inundables, como esteros, cañadas y
lagunas, en que frecuentemente nacen muchos cursos de llanura, o que se encuentran dentro
de la cuenca.
La determinación de la morfología fluvial es otra de las ventajas, ya que es fácilmente
reconocible ayudado por la visión en relieve que permiten los pares aerofotográficos y con
ello determinar el o los canales de estiaje, el lecho menor y las terrazas, elementos
fundamentales para el diseño de las obras de ingeniería y para el planeamiento territorial,
existiendo una fuerte correlación entre estos elementos y las crecientes ordinarias,
extraordinarias y excepcionales.
También es posible establecer las áreas de erosión y sedimentación, los pantanos
marginales (backwamps) de suelos expansivos y mediante fotografías de distinta época
estudiar los desplazamientos del canal de estiaje a fin de localizar las áreas más estables
para fundaciones
Si no se dispone de cartografía adecuada se pueden trazar, mediante lo aprendido en
diferencia de paralaje, curvas de forma o aún más, mediante otros métodos, curvas de nivel.
En la figura 8-31 se puede observar un trabajo de determinación de curvas de forma con
equidistancia de 1 m.
Recordemos además, que mucha de la morfología fluvial está asociada con
yacimientos de materiales para obras de ingeniería y su determinación a partir de las
fotografías aéreas permite disminuir significativamente los costos de explotación
Para el emplazamiento de obras viales que atraviesen los valles fluviales, el diseño del
o los canales de estiaje donde se instalan las obras principales es determinante, además de
poder reconocer las zonas de posibles erosiones o cambios de cauce.
De igual manera la determinación de la faja o zona meándrica, con sus meandros
abandonados y albardones influye definidamente en la localización de las obras de arte
secundarias, al igual que las áreas de backswamps
La morfología fluvial es, lógicamente, determinante en la localización de obras
portuarias, obras de defensas de márgenes y posibles rectificaciones del cause.
En las áreas de montaña o mesetas el conocimiento de esa morfología y las
condiciones geológicas de las laderas influye decididamente en la elección del sitio de
emplazamiento de las obra de embalse, el volumen de almacenamiento y el emplazamiento
de obras accesorias tales como vertederos, esclusas de navegación, etc.