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1.2 Terminología
Hidráulica fluvial. Conceptos generales sobre morfología, dinámica y el transporte de sedimentos en ríos aluviales. Ecuaciones y métodos de uso más extendido para su evaluación y cálculo.


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1.Terminología.

En este apartado del presente capítulo, se presentarán algunas nociones y generalidades básicas y se propondrán algunas definiciones de palabras adoptadas en el tema de la hidráulica fluvial (léxico), esto con el fin de facilitar su adecuada comprensión y utilización.

 

Ábaco de Moody: (Diagrama Universal de Moody).  Diagrama que relaciona el coeficiente de fricción (f) con el Número de Reynolds (Re) y la rugosidad relativa de las paredes de un conducto (e).

 

Ábaco o diagrama de Shields: En el ábaco de Shields se propone una curva de principio del movimiento de las partículas en unos ejes  en las ordenadas, donde: to = tensión cortante de fondo,      (gs - g) = peso específico sumergido y D= tamaño que caracteriza el volumen; y en las abscisas Re*; definido Re* como el número de Reynolds del grano: , Donde: V* = Velocidad de corte del grano; , y n = es  la viscosidad cinemática del fluido.  Por debajo de la curva no hay movimiento y por encima de ella si.  (El ábaco de Shields, publicado en 1936, ha tenido más éxito que otras propuestas y ha desplazado a criterios empíricos de principio del movimiento. El parámetro , en ordenadas del ábaco, se llama también parámetro de Shields.)   [Ver apartado 1.8, Figura 27 ]

 

Abanico aluvial: Depósito aluvial (aluvial: depósitos provenientes de los ríos) en forma de cono formado por la desviación o divagación de los ríos.  Se desarrolla en aquella zona donde ocurre un cambio brusco en la pendiente longitudinal del río.

 

Acarreo: La palabra acarreo se utiliza para referirse a partículas de sedimentos grandes, es decir, partículas mayores a 25.6 cm.  En un sentido parecido se usan las palabras arrastres y aluviones o bien materiales de aluvión.

 

Acorazamiento: Cuando el lecho del río está constituido por una mezcla de diferentes tamaños, cada tamaño tiene una tensión crítica diferente, de manera que la corriente, teóricamente, puede desplazar los finos con más facilidad que los gruesos.  Mediante este razonamiento puede explicarse un desplazamiento selectivo de las partículas más finas que produzca con el tiempo, a partir de un material originalmente bien mezclado, una frecuencia mayor de gruesos en la superficie.  Esta descripción corresponde a la realidad de los lechos de los ríos, ya que son frecuentemente de grano más grueso las capas superficiales que las capas profundas.  A este estado se le llama acorazamiento del lecho.  Existen tres tipos de acorazamiento: acorazamiento observado, estático y dinámico. (Figura No. 1)

 

 

   Figura No.1.   a) Acorazamiento observado, b) Acorazamiento estático y c) Acorazamiento dinámico.  O

 

Albardón: Depósitos aluviales altos que bordean los cauces en las llanuras de inundación.  También suele llamárseles diques aluviales.  Este fenómeno es producto de los permanentes desbordamientos de los ríos que van generando depósitos de sedimentos.

 

Alud: Flujo semiviscoso de escombros a veces de comportamiento torrencial.

 

Aluvión: La palabra aluvión significa también avenida súbita o fuerte de agua. También se define como el sedimento que es arrastrado por las lluvias o las corrientes de agua. (Véase avenidas o crecientes)

 

Antidunas: Formas de fondo en un lecho granular de régimen supercrítico o rápido.  [Ver apartados 1.9 y 1.9.1, Figuras 29 y 31 ]

 

Arcillas: Partículas de sedimentos con tamaños menores a 0.004 mm.

 

Arenas: Partículas de sedimentos con tamaños entre a 0.062 mm y 2.0 mm.

 

Avenidas o crecientes: En general, una creciente es un fenómeno de ocurrencia de caudales relativamente grandes, comparado con el caudal medio de un cauce. Una inundación se caracteriza por la ocurrencia de caudales grandes que se salen del canal de la corriente.  Una creciente o avenida puede no causar inundación, especialmente si se construyen obras para tal fin. El periodo de retorno de una creciente es el tiempo promedio en años en que el valor del caudal pico de una creciente determinada es igualado o superado por lo menos una vez.  Son dos las causas principales de las crecientes: el exceso de lluvia y el desbordamiento de cualquier volumen de agua acumulado aguas arriba.  Esta última causa puede ser debida al rompimiento de la obra que retiene el agua o a la apertura brusca de las compuertas de un embalse.

 

Avulsión: Cambio repentino del cauce de un río, asociado en general con crecientes o con modificaciones artificiales en el mismo.  Estos cambios abruptos del cauce de los ríos se producen sin migración lateral. (Migración lateral: desplazamiento del cauce hacia los lados de la orilla)

 

Balanza de Lane: Analogía que permite explicar el concepto de equilibrio de fondo de un río. (Se dice que un fondo se encuentra en equilibrio en presencia de transporte de sedimentos, en suspensión y por el fondo, cuando no sufre modificación en su cota). Con el propósito de explicar este fenómeno físico, Lane (1955) propuso la analogía de la balanza, en la cual se tienen en cuanta cuatro variables: el caudal líquido (q caudal unitario), el caudal sólido de fondo (qs caudal sólido unitario), la pendiente del cauce del río (i) y el tamaño del sedimento (D).  El desplazamiento del fiel (medidor) de la balanza por peso en exceso (los caudales) o por un brazo en exceso (la pendiente y el tamaño) da lugar a erosión o sedimentación, según sea en uno u otro sentido.  La analogía de la balanza es una herramienta útil para analizar cualitativamente el desequilibrio de un río, por ejemplo por causa de la acción humana. [Ver apartado 1.7.1, Figura 24 ]

 

Basculamiento de fondo: Variación o cambios en la pendiente de fondo de un río. Se busca por medio de esta variación restablecer un equilibrio de fondo perdido, ya que si la pendiente está desequilibrada se generarán fenómenos de erosión o de sedimentación. Si se tiene un desequilibrio de erosión, la pendiente disminuirá y a la inversa, un desequilibrio de sedimentación puede desarrollarse en el sentido de aumentar la pendiente si se mantiene un punto fijo en el fondo aguas abajo.

[Ver apartado 1.7.1, Figura 25 ]

 

Bolos: Partículas de sedimentos con tamaños mayores a 25.6 cm.

 

Carga de lecho o de fondo: Movimiento de partículas en contacto con el lecho del río, las cuales ruedan, deslizan o saltan.

 

Carga en suspensión: Movimiento de partículas en suspensión dentro del flujo en una corriente.  La tendencia de asentamiento de la partícula es continuamente compensada por la acción difusiva del campo de flujo turbulento, es decir, la carga en suspensión se refiere esencialmente al sedimento que es soportado por las componentes hacia arriba de las corrientes turbulentas que mantienen en suspensión el material de sedimentos, (con origen en el fondo del cauce o con origen en la cuenca), un periodo de tiempo considerable. El transporte en suspensión puede representar el 90% o más de todo el transporte sólido de un río y en general son materiales del tamaño de limos y arcillas.

 

Carga de lavado: Acarreo del material más fino transportado por el río proveniente de la cuenca.  El origen en la cuenca significa que simultáneamente al transporte de material del lecho en suspensión con origen en el fondo del cauce, la corriente transporta material con origen en la cuenca u hoya hidrográfica  El material de lavado es suministrado por fuentes externas (erosión de la cuenca) y no depende directamente de las condiciones locales existentes, pero si depende de las condiciones geológicas, edafológicas e hidroclimatológicas de la cuenca y su estimación se realiza a partir de la medición directa en el río, con base en los datos de aforo sólido del material en suspensión.

 La carga de lavado puede solamente ser transportada como carga en suspensión y es generalmente material fino menor de 50mm, que puede representar un porcentaje muy importante del transporte en suspensión.  (Que a su vez es, según la zona geográfica por la cual discurre el río, la mayor cantidad del transporte sólido, por ejemplo si el río está próximo a su desembocadura con el mar, la carga de lavado es alta y si el río se analiza en la zona de origen, esta carga de lavado puede llegar a ser nula).

 

Cauce meandriforme o meándrico: Morfología fluvial típica, que corresponde a  un cauce sinuoso o con meandros.  El cauce es único pero forma curvas, y la ondulación en planta se acompaña de una asimetría en las secciones transversales, ya que el calado o profundidad máxima es mayor junto a la orilla cóncava o exterior y menor junto a la orilla convexa o interior. [Ver apartado 1.4.5.3, Figura 13 ]

 

Cauce trenzado: Morfología fluvial típica, que corresponde en general a un cauce muy ancho, compuesto de una multiplicidad de cauces menores entrelazados o trenzados, dejando islas sumergibles entre si al unirse y separarse.  Son cauces inestables en el sentido en que una avenida o creciente puede cambiarlos considerablemente.

[Ver apartado 1.4.5.2, Figuras 12 y 13 ]

 

Caudal dominante o formativo: El caudal que llena el cauce principal llamado también caudal de cauce lleno o caudal formativo, desarrolla la mayor o más importante acción modeladora sobre el cauce del río (en términos de velocidad v o de tensión tangencial t), puesto que un caudal mayor es menos frecuente y sobretodo apenas incrementa la acción (v o t).  El caudal dominante o formativo es el determinante esencial de la geometría hidráulica del río. [Ver apartado 1.6.2, Figura 22-a ]

 

Caudal ecológico (Qe): El caudal ecológico es el caudal mínimo que se necesita para mantener las especies de flora y fauna existentes en el medio. Este caudal ecológico se toma generalmente entre el 10% y el 20% del caudal líquido total transportado. Según se centre la atención en unas u otras especies, el caudal será diferente y estos valores, en casos especiales, pueden considerablemente ser superados, ya que el medio físico interviene por cuanto no es el caudal el que mantiene las condiciones de vida, sino unas ciertas profundidades y velocidades mínimas en su circulación.

 

Caudal líquido (Q): Es el volumen de agua por unidad de tiempo que cruza una sección transversal dada.  (Q=V/t)

 

Caudal sólido (Qsp): Es la relación del peso o del volumen de sedimentos por unidad de tiempo que cruza una sección transversal dada. 

(Qsp = "sedimentos / t)

 

Caudal sólido unitario en peso (qsp): Es la integración en la vertical del 

producto de las dos variables:  qsp = , y se expresa en (g/s); 

Donde:

c = concentración de sedimentos en suspensión, en (mg/l) y v = velocidad del sedimento en suspensión en (m/seg).  Al peso por unidad de tiempo se le sigue llamando “caudal en peso” y es preferible esta expresión porque las medidas practicables en un río son las velocidades del agua y las concentraciones del material sólido en suspensión expresadas en (mg/l).

Ambas variables tienen una distribución en la vertical predecible o reconocible: la de velocidades v(y) es una distribución logarítmica como se deduce de la teoría de la capa límite; la de concentraciones c(y) es en primera aproximación una función exponencial negativa sobre la coordenada y (profundidad de la lámina de agua en el río).

 

Caudal sólido en volumen (Qs): Es el volumen de sedimentos por unidad de tiempo que cruza una sección transversal dada.

 

Caudal sólido unitario en volumen (qs): Es el volumen de sedimentos por unidad de tiempo que cruza una sección transversal dada por unidad de anchura.  (qs = "s/t/m)

 

Clasificación del transporte de sedimentos: El transporte de sedimentos de un río puede clasificarse atendiendo a dos criterios: según el origen del material y según el modo de transporte.  Según el modo, el sedimento puede transportarse en suspensión, sostenido por la turbulencia del flujo, o bien por el fondo, rodando, deslizando o saltando.

Una partícula inicialmente en reposo puede transportarse a saltos por el fondo cuando se supera el umbral del movimiento, pero si el río sigue creciendo, puede transportarse luego en suspensión.  Cuanto más intensa es la acción de la corriente, mayor es el tamaño del material de fondo puesto en suspensión y transportado de este modo.  Esta noción nos lleva a observar que el transporte de sedimento cuyo origen es el cauce, se reparte entre los dos modos de transporte: en suspensión y de fondo.

 

Concentración de sedimento (c): Cantidad en peso de sedimentos contenido un volumen de agua determinado, se expresa en (mg/l).

 

Contorno de un río: Expresión utilizada para denominar las márgenes de un río.

 

Cortante de fondo (to): Es la fuerza resistente que se genera a partir de la fricción entre el agua y el material de fondo.  Llamada también tensión cortante de fondo.

 

Cuenca: Área definida en general topográficamente y drenada por un curso de agua o un sistema conectado de cursos de agua, de tal modo que todo el caudal efluente es descargado a través de una salida simple. También se denomina: Hoya hidrográfica.

 

Clasificación de los cursos o corrientes de agua: Con base en la constancia de la escorrentía, los cursos o corrientes de agua se pueden dividir en:

 a.      Perennes.

·        Corrientes con agua todo el tiempo.

·        El nivel de agua subterráneo mantiene una alimentación continua y no desciende nunca debajo del lecho del río.

b.     Intermitentes.

·        Corrientes que escurren en estaciones de lluvia y se secan durante el verano.

·        El nivel de agua subterráneo se conserva por encima del nivel del lecho del río sólo en la estación lluviosa.  En verano el escurrimiento cesa, u ocurre solamente durante o inmediatamente después de las tormentas.

c.      Efímeros.

·        Existen apenas durante o inmediatamente después de los periodos de precipitación, y sólo transportan escurrimiento superficial.

·        El nivel de agua subterráneo se encuentra siempre debajo del nivel inferior del lecho de la corriente; no hay, por lo tanto, posibilidad de escurrimiento subterráneo.

 

Curva granulométrica: La manera más común de analizar la distribución de tamaños en el lecho (o granulometría) es tamizar una muestra y pesar la fracción que pasa cada tamiz pero que es retenida en el siguiente.  La representación gráfica de estas fracciones en un histograma es una versión discreta, en clases de tamaños, de una función de densidad de probabilidad de los tamaños. 

La gráfica acumulada en la que se representa la fracción (o tanto por ciento) en peso menor que un tamaño determinado, se obtiene sumando los pesos de todas las clases inferiores. 

Esta curva es una función discreta de la función de distribución acumulada de la variable tamaño D. (Figura No. 2)

  

  Figura No. 2  Distribución discreta o continua de tamaños.  O

 

En esta última representación, conocida también como curva granulométrica, se entiende la nomenclatura empleada para designar un tamaño Dn es el tamaño tal que el (n)% del peso del material es menor que él. 

Con esta nomenclatura, si n1 > n2, entonces Dn1 > Dn2. O también, por ejemplo, D90 significa un tamaño grande o la parte gruesa del material, mientras D10 significa uno pequeño o la parte fina del material (Figura No. 3).

 

Figura No. 3  Curva granulométrica (acumulada) continua.  O

 

Pensando en términos estadísticos, interesa caracterizar la distribución granulométrica o de tamaños por unas medidas de posición y de dispersión.

 

Densidad de drenaje (Dd): Es la relación entre la longitud total de los cursos de agua de la hoya hidrográfica y su área total.

 Dd = L/A, en (km/km²), Donde:

 L = Longitud total de las corrientes de agua en (km) y,

A = Área total de la hoya hidrográfica en (km²).

 

Delta Aluvial: Formación geomorfológica de un río al final de su desembocadura, producido por la depositación de sedimentos, es decir, el material de lavado transportado (carga en suspensión).  Esta formación tiene forma de delta (D), ya que se ramifica en varios ramales en su proximidad al mar.

 

Densidad (rs): La densidad de un fluido o una mezcla representa la masa de fluido o mezcla contenida en la unidad de volumen; r = masa/volumen [ML-3] (kg/m³).  La densidad de los líquidos y las mezclas depende de la temperatura y es prácticamente independiente de la presión.  [Ver apartado 1.3.1, Numeral: (1) ]

 

Densidad relativa (DR o d): Es la relación entre la densidad de una mezcla (puede ser agua con sedimentos) y la densidad del agua;

, esta expresión es adimensional.  

[Ver apartado 1.3.1, Numeral: (1) ]

 

Diámetro característico: Tamaño medio de las partículas con el cual pueden ser caracterizadas para diferentes propósitos.

 

Dunas: Las dunas son formas de fondo en un río, que presentan ondulaciones triangulares pero con taludes diferentes en su formación: el de aguas arriba es muy suave y el de aguas abajo muy pronunciado.  El tamaño de la duna es de un orden de magnitud mayor que el de los ripples o arrugas, pero además está en una proporción constante con el calado.  La superficie libre se ondula suavemente en oposición al fondo (descenso sobre la cresta y ascenso sobre el valle), lo que indica que el régimen hidráulico es lento.  Las dunas migran hacia aguas abajo; su movimiento es el resultado del avance de los granos sobre la pendiente suave para quedar atrapados tras la cresta.  El transporte de fondo en lechos de dunas se puede cuantificar a través de su velocidad de avance.  [Ver apartados 1.9 y 1.9.1, Figuras 29 y 31 ]

 

Encauzamiento: A pesar del amplio uso de la palabra es difícil definir qué se entiende exactamente por encauzamiento. Un encauzamiento, en sentido amplio, es cualquier arreglo o intervención que toma un tramo de río (un tramo de cauce) como su objeto de actuación primordial, a lo que se denomina obra de encauzamiento  Con esta definición se excluyen por ejemplo las obras de aprovechamiento del río (del caudal de agua, principalmente) y las obras de infraestructura (vial o de servicios) que interactúan con el río, todas las cuales pueden llamarse sin embargo, con mayor o menor propiedad, obras fluviales.

 

Erosión en un cauce: La erosión en un cauce es el descenso del fondo, o el retroceso de las orillas, como consecuencia de fenómenos de dinámica fluvial naturales o suscitados por obras civiles del hombre.  Como indica la balanza de Lane, la erosión es también una respuesta del cauce a la falta de equilibrio entre las variables principales.  Ya que una de estas variables, el caudal sólidos es de tan incierta cuantificación, es lógico que la erosión sea extraordinariamente difícil de prever.

 

Erosión general: La erosión general del fondo se puede explicar por la acción de un flujo de agua caracterizado simplemente por una velocidad media.  Afecta a tramos largos del cauce y sería la única o primordial en un cauce recto, prismático y sin ninguna singularidad.

 

Erosión lateral: Se llama erosión lateral al proceso erosivo o de desgaste de las orillas de un río.

 

Erosión local de fondo: La erosión local del fondo se explica por la acción de un flujo más complejo, que en una sección de la corriente (vertical u horizontal) requeriría una descripción bidimensional de las velocidades.  Se presenta asociada a singularidades, como obstáculos.  La erosión local afecta a una pequeña extensión y el flujo local tiene una fuerte turbulencia y desarrolla vórtices. (Remolinos)  También puede hablarse de erosión general de orillas o márgenes en tramos rectos y de erosión local de orillas en tramos rectos.

 

Erosión progresiva: Es la erosión que avanza hacia delante y hacia aguas abajo.

 

Erosión regresiva: Es la erosión que avanza hacia delante y hacia aguas arriba.

 

Erosión transitoria: Es el descenso del fondo durante la fase ascendente de una avenida o creciente.  La erosión transitoria tiene una clasificación temporal de la erosión, a diferencia de la clasificación espacial.

 

Erosión permanente: Erosión a largo plazo ocasionada por un desequilibrio geomorfológico o causado por el hombre.  La obra humana que más señaladamente causa una erosión general a largo plazo es la construcción de un presa.

 

Extradós de la curva de un río: Orilla externa de la curva de un río, en sentido de aguas arriba hacia aguas abajo.  También esta orilla llamada extradós es la curva de mayor longitud.  ((Figura No. 4)  En el caso de la figura, el extradós es la orilla izquierda y el intradós es la orilla derecha en el sentido o dirección del flujo, desde aguas arriba hacia aguas abajo.) 

 

(Intradós: Orilla interior de la curva de un río, curva de menor longitud).

 

 Figura No. 4  Definición de los conceptos de extradós e intradós en las orillas de un río.  O

 

Formas en planta: En la morfología fluvial, se distinguen tres morfologías típicas: la primera es el cauce recto, la segunda es el cauce trenzado y la tercera es la de un cauce sinuoso o meandriforme (ver cauce recto,  trenzado y meandriforme).  Las formas en planta básicamente se refieren a la geomorfología de los ríos analizada en una vista de planta. [Ver apartado 1.4.5, Figura 13 ]

 

Formas de fondo: El fondo de un río con transporte de sedimentos, es decir, habiendo superado el umbral del movimiento, puede presentar una configuración no plana sino ondulada siguiendo las llamadas formas de fondo, las cuales tienen importancia porque participan en el transporte de sedimentos y porque intervienen decisivamente en la resistencia al flujo (rugosidad). Las formas de fondo ocurren con toda propiedad en lechos de arena, mientras que en ríos de grava y en ríos con materiales gruesos de granulometría extendida parece que se presentan limitadamente o no se presentan.  Las formas de fondo más comunes son: rizos o ripples, dunas, fondo plano, antidunas y los rápidos o pozos. [Ver apartados 1.9 y 1.9.1, Figuras 29 y 31 ]

 

Geomorfología: Estudio de la interrelación entre las formas terrestres y el medio que las contiene.  La geomorfología estudia, entre otros, temas relacionados con la morfodinámica de los ríos, que consiste en la relación dinámica entre los procesos transformadores de las superficies de erosión y sedimentación y consecuentemente las geoformas generadas.

 

Grados de libertad de los ríos: El grado de libertad de un río, se define como el número de parámetros que se pueden ajustar libremente con el tiempo, al pasar gastos líquidos y sólidos preestablecidos.  Se pueden establecer cuatro grados de libertad:

· Flujo con un grado de libertad: Hace referencia a la variación de la profundidad d (tirante) de la lámina de agua del río.  Para este grado de libertad, conocido el caudal, se requiere sólo una ecuación para despejar la incógnita, que es d. 

· Flujo con dos grados de libertad: Hace referencia a la variación y ajuste de dos variables geométricas, generalmente la profundidad d y la pendiente longitudinal So para un caudal dado. 

· Flujo con tres grados de libertad: Una corriente con tres grados de libertad es aquella que ajusta libremente tres variables geométricas, generalmente la profundidad d, el ancho B y la pendiente longitudinal So para un caudal dado. 

· Flujo con cuatro grados de libertad: Para algunos autores existe un cuarto grado de libertad, cuando cauces que tienen tres grados de libertad, es decir, que ajustan la profundidad, el ancho y la pendiente, adicionalmente se mueven en el plano horizontal y llegan a desarrollar meandros.

 

Granulometría: Procedimiento para analizar la distribución de tamaños en el lecho de un río. Es también la medida de los diferentes tamaños de las partículas que constituyen el lecho de un río. Los lechos de los ríos pueden ser cohesivos o granulares, pudiéndose estos clasificar de acuerdo con su granulometría, que puede ser en peso o en porcentaje que pasa determinado tamiz.

 

Gravas: Partículas de sedimentos con tamaños entre 2.0 mm y 64.0 mm.

 

Hidráulica Fluvial: El estudio de los ríos, las intervenciones humanas en los ríos, el aprovechamiento de los recursos hídricos y la reducción de riesgos de daño se denomina hidráulica fluvial.

 

Hidráulica torrencial: Rama de la hidráulica fluvial que estudia el flujo en los torrentes. (Torrente: Cursos de agua con pendientes en general superiores al 6%)  En ellos, se abandona la premisa que el flujo tiene una fase sólida y una líquida, ya que es tal la cantidad de sólidos transportados que el comportamiento del fluido es no newtoniano, posiblemente con grandes bolos y una matriz de barro.  El flujo se llama lava torrencial, flujo de derrubios o escombros.  El avance de un flujo como una pared o frente de onda se produce en torrentes y también en ríos de menor pendiente bajo avenidas súbitas.

 

Hidrograma: Se denomina hidrógrafa o hidrograma de caudal, la representación gráfica de la variación del caudal líquido en relación con el tiempo.

 

Hidrología: La hidrología versa sobre el agua de la tierra, su existencia y distribución, sus propiedades físicas y químicas, y su influencia sobre el medio ambiente, incluyendo su relación con los seres vivos.  El dominio de la hidrología abarca la historia completa del agua sobre la tierra. (Definición según el Federal Council for Science and Technology).

 

Inundación: Fenómeno producido por el desbordamiento de un río, generado a partir de una avenida o creciente.  El caudal dominante del río es excedido y por ende se desborda hacia un área colindante, llenando así áreas de terreno que generalmente no tienen presencia de agua. 

 Las inundaciones presentan graves daños directos e indirectos, por ejemplo, a la economía local de una zona.  El daño de dicha inundación pueden calcularse para diferentes probabilidades de ocurrencia, y el daño principalmente es función del calado o profundidad de dicha inundación.

Lámina libre: Estado de flujo, donde este, se transporta por medio de cauces naturales o canales construidos para tal fin.  La lámina de agua esta siempre en contacto directo con la presión atmosférica, y existen fuerzas cortantes con la superficie que lo transporta y con el aire.

 

Lecho cohesivo: Lecho de un río, donde las partículas que constituyen el fondo se componen de materiales cohesivos. La mayoría de los suelos naturales tienen una cierta cantidad de cohesión.  Este factor fluvialmente no se entiende bien, por lo que sólo relaciones empíricas definen esta propiedad.  Cuando el efecto de cohesión es despreciable, el material desprendido o suelto que está en el fondo de los ríos puede tratarse teóricamente.  La hidráulica fluvial relativa a lechos cohesivos está todavía en sus principios.

 

Lecho de un río: Fondo o cauce de un río.  Los lechos de los ríos están compuestos por materiales granulares o cohesivos.  El lecho está constituido por partículas sueltas o en cohesión de distintos tamaños.

 

Lecho fijo: Fondo de un río que no tiene dinámica del transporte de sedimentos.  Este fondo no se presenta en la naturaleza y solo se puede obtener con obras construidas para tal fin, empleando materiales como el concreto y otros que transportan agua libre de sedimentos o que no se depositan.  Es de hacer notar que el fondo fijo no deberá confundirse con un lecho no erosionable.

 

Lecho granular: El lecho de un río está constituido por partículas sueltas de diferentes tamaños.  En los ríos aluviales, éstos lechos suelen ser granulares y son aquellos que discurren sobre materiales transportados por el propio río en su pasado geológico.

 

Lecho móvil: Fondo de un río que tiene dinámica para el transporte de sedimentos.  Este fondo se presenta en la naturaleza geomorfológica de la totalidad de los ríos.  Es de hacer notar que el fondo o lecho móvil tiene relación directa con un lecho erosionable.

 

Leyes de Fargue: Leyes empíricas que explican una aproximación más detallada a la morfología de un meandro, cuyo interés se encontrará en aplicaciones a encauzamientos.  La observación principal de Fargue es en síntesis, que existe una relación entre la curvatura en planta del cauce y la pendiente local del fondo del río. Esta idea relaciona el movimiento horizontal del cauce (planta) con el movimiento vertical del cauce (perfil). [Ver apartado 1.6.3, Figura 23]

 

Limos: Partículas de sedimentos con tamaños entre 0.004 mm y 0.062 mm.

 

Material de Lavado: Materiales más finos del acarreo del río.  El material de lavado solamente puede ser transportado como carga en suspensión y es generalmente material fino menor de 50mm. (Ver Carga de lavado).

 

Meandro: Formación geomorfológica del cauce de un río, cuyo cauce es único pero forma curvas.  La ondulación en planta se acompaña de una asimetría en las secciones transversales, ya que el calado o profundidad es mayor junto a la orilla cóncava o exterior y menor junto a la orilla convexa o interior.  Los meandros presentan una evolución que consiste en la progresión o desplazamiento en dirección aguas abajo y una profundización a costa de las orillas, en dirección perpendicular a la anterior.  El ritmo de esta evolución de los meandros depende de la resistencia de las orillas a la erosión.  [Ver apartado 1.4.5.3, Figura 13 ]

 En el caso de los ríos que discurren por llanos aluviales poco resistentes, donde no existe restricción a la “libertad” de esta evolución, los meandros se mueven grandes distancias.  Los meandros irregulares pueden ser señal de orillas resistentes.  El punto final de la evolución “libre” de un meandro es el encuentro en el “cuello” para desarrollar un corte y el abandono de los lóbulos.

 

Morfología Fluvial: Estudio de las formas que pueden generarse en un río de acuerdo con su dinámica, estas formas pueden ser en planta o en perfil.

 

Número de Froude (Fr): El número de Froude se define como la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas debidas a la gravedad, es decir:

, Donde:

n = Velocidad media del flujo.

g = Aceleración de la gravedad.

l = Profundidad hidráulica (D), que es igual a la relación del área mojada (A) de la sección sobre el ancho superior de la superficie libre o ancho superficial (T), es decir,  D = A/T.

 El número de Froude tiene importancia en flujos con velocidades grandes que ocurren por la acción exclusiva de la gravedad; tal es el caso del flujo turbulento (que es que se presenta en los ríos) a superficie libre, donde los efectos viscosos son despreciables.  A medida que aumenta el número de Froude, mayor es la reacción inercial de cualquier fuerza; en tanto disminuye, mayor es el efecto de la fuerza gravitacional.

 

Número de Reynolds (NRe): El número de Reynolds se define como la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas, es decir:

, Donde:

V = Velocidad característica del flujo,

l = Longitud característica,

r = Densidad de la masa y,

m = Viscosidad del fluido.

n = Viscosidad cinemática.  (n = r/m)

 

Número de Reynolds del grano (Re*): El Número de Reynolds del grano, llamado también Número de Reynolds granular refleja como cociente el valor relativo de las fuerzas de inercia y las viscosas en el entorno de un grano, es decir, el grado de turbulencia. A mayor Re* el movimiento es más turbulento alrededor de la partícula y la curva de Shields tiende a ser horizontal.  El Número de Reynolds granular se expresa como:  Re* =

Donde:

V * = Velocidad característica de corte del grano

D = Longitud característica , y

n = Viscosidad cinemática del fluido.

 

Orden de las corrientes de agua: Orden que ocupa en un sistema de drenaje una corriente de agua.  Refleja el grado de ramificación de las corrientes de agua dentro de una hoya hidrográfica.  Se dividen en:

 a.      Corrientes de primer orden: Pequeños canales que no tienen tributarios.

b.     Corrientes de segundo orden: Cuando dos corrientes de primer orden se unen.

c.      Corrientes de tercer orden: Cuando dos corrientes de segundo orden se unen.

d.     Corrientes de orden n+1: Cuando dos corrientes de orden n se unen.

 

Orillares: Depósitos aluviales asociados con la migración lateral de la orilla de los ríos meándricos trenzados.

 

Paleocauce: Cauce abandonado por un río, también suele llamársele madrevieja.

 

Peso específico (gs): Representa el peso de una sustancia (un fluido por ejemplo) por unidad de volumen. Sus dimensiones son (FL-3).   Los cauces naturales están formados por partículas de rocas y minerales cuyo peso específico tiene poca variación. 

El valor medio para los sedimentos es gs = 2.65 T/m³ o bien el peso específico relativo es gs / g = 2.65.   [Ver apartado 1.3.1, Numeral: (2) ]

 

Piedemonte: Región transicional entre las vertientes y la llanura, dominado por abanicos y terrazas.

 

Potencia de la corriente: Concepto que explica de manera concisa y sencilla, a pesar de las muchas variables que intervienen, la capacidad de “arrastre” de un río. 

El concepto de potencia de la corriente de un río, se define como la cantidad de energía por unidad de área y se expresa por la siguiente ecuación: , Donde:

 P =    Potencia de la corriente, (kg·m/seg/m²)

g =      Peso específico del agua, (kg/m³)

y =    Profundidad de la lámina de agua del río, (m)

So =   Pendiente del fondo del río, (m/m)

V =    Velocidad media de la corriente del río, (m/seg)

 

Precipitación: Agregado de partículas acuosas, líquidas o sólidas, cristalizadas o amorfas que caen de una nube o grupo de nubes y alcanzan el suelo.  Precipitación es, en general, el término que se refiere a todas las formas de humedad emanadas de la atmósfera y depositadas en la superficie terrestre, tales como lluvia, granizo, rocío, neblina, nieve o helada.  Las precipitaciones pueden ser clasificadas de acuerdo con las condiciones que producen movimiento vertical del aire: convectivas, orográficas y de convergencia.

 

Rápidos y Pozos: Formas de fondo que se presentan debido a que la superficie libre del río presenta una fuerte ondulación en consonancia con el fondo, lo que indica que el régimen hidráulico de la corriente es rápido.  La evolución de este régimen conduce a la aparición de crestas y espuma y finalmente verdaderos resaltos hidráulicos.  En ocasiones se añade a la clasificación de formas de fondo una llamada “rápidos y pozos”, que es punto final de la evolución indicada y se presenta en ríos de gran pendiente.  Estos hechos sugieren la idea de que el régimen rápido no ocurre en forma estable y prolongada en los cauces naturales porque el fondo es deformable y móvil.  (De igual forma suele denominárseles en la literatura al rápido, vado y al pozo, foso u hoyo) 

[Ver apartados 1.9 y 1.9.1, Figuras 29 y 31 ]

 

Recursos Hídricos: Capital hídrico con que cuenta una Nación o zona geográfica determinada para su aprovechamiento y desarrollo.  Estos recursos pueden contener las aguas superficiales y subterráneas, además de las regiones costeras.

 

Régimen Hidrológico: Sistema de fenómenos naturales que gobiernan situaciones tales como: las lluvias o precipitaciones, magnitud de caudales líquidos y sólidos y procesos de escorrentía superficial y subterránea.

 

Represamiento: Bloqueo de un drenaje por movimientos en masa, por ejemplo, un deslizamiento.

 

Resistencia al flujo: Fenómeno físico de rozamiento del flujo de agua que corre por una sección determinada con el medio natural que lo contiene.  Esta fuerza de rozamiento se produce al friccionar dos medios diferentes como son: el agua y el lecho del río, y el agua y el aire, ya que la lámina de agua se encuentra a superficie libre.

 

Río Aluvial: Los ríos aluviales son aquellos que discurren sobre materiales transportados por el propio río en el pasado geológico y por ello sus lechos suelen ser granulares.

 

Río torrencial: Se llaman ríos torrenciales los que tienen una pendiente mayor del 1.5% y torrentes los cursos de agua de pendiente mayor que el 6%.

 

Río: Elemento natural que recoge las aguas de una cuenca y las transporta en lámina libre hasta su desembocadura. El río es un sistema de flujo mixto con agua y sedimentos (material que procede del cauce mismo del río o de la hoya hidrográfica a la cual pertenece).  Los ríos a pesar de todas estas variables que los afectan, buscan y permanecen en equilibrio en todos sus cuatro grados de libertad que permiten desarrollar, transportando agua sobre el material del valle, acarreado por el propio río. Este material puede ser movido y arrastrado por el agua, modificándose así los contornos y el fondo o lecho del río mismo, variando además sus secciones transversales de gran manera con el paso del tiempo y dependiendo de las situaciones climáticas a las cuales se haya sometido en ese lapso de tiempo.

 

Ríos efímeros: (Véase Clasificación de los cursos o corrientes de agua).

 

Ríos perennes: (Véase Clasificación de los cursos o corrientes de agua).

 

Rizos o ripples: Pequeñas ondulaciones con altura máxima del orden de centímetros y longitud de onda máxima del orden de decímetros.  Sólo aparecen con arena fina       (< 0.6 mm) y su presencia indica que el movimiento no es turbulento rugoso en el fondo (o sea, la capa límite granular recubre el grano). Se adopta también la palabra arruga (en la literatura española se suele denominar arruga), por imitación del portugués ruga con el mismo significado, para evitar el anglicismo ripple o ripple marks. [Ver apartados 1.9 y 1.9.1, Figuras 29 y 31 ]

 

Rugosidad: Cuando la superficie de un material se amplifica, se puede observar fácilmente que está formada por irregularidades o asperezas de diferentes alturas y con distribución irregular o aleatoria, a esta situación se le denomina rugosidad.  La rugosidad del lecho de un río tiene el mismo principio, ya que el fondo presenta diversas y variadas irregularidades y casi nunca se presenta un lecho plano.

Sedimento: La palabra sedimento designa colectivamente el diferente material en tamaño que conforma un lecho de un río.

 

Sedimentograma: Se denomina hidrograma de caudal sólido o sedimentograma  a la representación gráfica de la variación del caudal sólido (sedimentos) en relación con el tiempo.

 

Sinuosidad de las corrientes de agua (S): Es la relación entre la longitud del río principal medida a lo largo de su cauce, L (km), y la longitud del valle del río principal medida en línea recta o curva, Lt (km).

S = L/Lt (valor adimensional)

 

Sistema de drenaje: Es aquel que está constituido por el río principal y sus tributarios o afluentes.

 

Socavación: La socavación, definida según la ASCE (Manual 43) es “la acción erosiva del agua de una corriente, excavando y transportando el suelo del lecho y de las márgenes”.  La socavación puede tener lugar tanto en suelos sueltos como en rocas sólidas.  La socavación es frecuentemente la causa que deja un puente fuera de servicio, dando lugar al cierre de una carretera, la pérdida de la vida útil del mismo (desde el punto de vista de la cimentación del puente en el río), demoras en el tráfico y grandes costos de reparación. 

La socavación es un fenómeno natural que tiene lugar fundamentalmente en las corrientes aluviales, pero no se limita de ninguna manera a tales corrientes dado que el desplazamiento del lecho en el cauce y del terreno en las márgenes por procesos de socavación es un fenómeno que puede encontrarse en todo tipo de río o corriente.

 

Terraza aluvial: Depósito aluvial correspondiente a un antiguo nivel fluvial, actualmente disectado.

 

Thalweg: Línea que une los puntos de mayor profundidad o calado a lo largo del cauce principal de un río.  En navegación fluvial esta línea, en teoría, resulta ser la línea más adecuada para el transporte fluvial.

 

Torrente: Cursos de agua con pendientes en general superiores al 6%.

 

Transporte de material del lecho:  Transporte de sedimentos en una corriente de agua que tiene su origen en el lecho del río.  Esto significa que el transporte es determinado por las condiciones del lecho y del caudal (puede consistirse en transporte de fondo y en carga en suspensión).  Este movimiento de partículas en contacto con el lecho del río puede realizarse rodando, deslizando o saltando.  Como el origen de este material es en el lecho del río, donde su disponibilidad es prácticamente ilimitada, la carga que puede ser transportada depende de la potencia del flujo y en consecuencia se establece una relación directa entre este tipo de transporte y el caudal líquido.  El transporte de fondo o de material del lecho tiene sin embargo la mayor repercusión morfológica sobre el río mismo, ya que causa sus modificaciones y por ello es de interés en ingeniería fluvial.  El transporte de fondo (y más exactamente el transporte de material del cauce) está ligado a las características hidráulicas del cauce: ancho, pendiente, granulometría, caudal, etc.

 

Transporte por arrastre de fondo:  Transporte de sedimentos donde las partículas están parcialmente sustentadas por el lecho del río.  Se ha supuesto arbitrariamente que este movimiento se desarrolla en una capa delgada de dos diámetros de espesor.  La concentración en esta capa es muy alta y es la fuente para alimentar la suspensión en otros puntos de la vertical.

 

Transporte en saltación: Transporte adicional de material  (sedimentos) por arrastre, que a veces no es tenido en cuenta debido fundamentalmente a su magnitud; este transporte está en una zona por encima de la zona definida para la carga de arrastre y que se mueve por saltación.  Para fines prácticos esta zona se define, por encima del fondo, entre los 5.0 cm y los 30.0 ó 50.0 cm, dependiendo de la profundidad del agua en la sección vertical de aforo, en general se asume como 50.0 cm para profundidades mayores de 3.0 m.

 

Transporte en suspensión: Transporte de material suspendido en la corriente de un río.  El transporte en suspensión puede representar el 90% o más de todo el transporte sólido de un río y dentro de él el material de lavado puede ser una parte grande. Este material de lavado está ligado a las características hidrológicas de la cuenca: la litología, los suelos, las pendientes, la vegetación, la precipitación, la escorrentía, etc.  De hecho la pérdida de suelo de una cuenca podría cuantificarse mediante el material de lavado transportado por el río.  El material transportado en suspensión tiene gran repercusión en la salida o desembocadura de un sistema fluvial: en la formación de los deltas o la colmatación de los embalses. 

 

Transporte Total: La suma total de las descargas de sedimento transportado en suspensión (material del lecho y de lavado),  arrastre (material del lecho) y saltación (material del lecho), constituye la descarga o transporte total. 

 

Umbral o principio del movimiento: Un lecho granular que soporta la circulación de una corriente de agua verá en algún momento desplazada una partícula por la fuerza del arrastre del agua.  Saber en qué condiciones y en que momento ocurre esto, es el problema del umbral del movimiento, principio del movimiento o condición crítica del movimiento de fondo, problema intensamente investigado en hidráulica fluvial, con gran implicación práctica sobre la erosión de fondo.  El conocimiento que se tiene proviene principalmente de ensayos de laboratorio con arenas uniformes. Aunque no hay acuerdo completo, si parece dibujarse un consenso en torno a un resultado conocido como el ábaco de Shields. 

[Ver apartado 1.8]

 

Velocidad de corte (V*): Velocidad característica de fondo, se expresa como: V* = Velocidad característica de corte del grano; lo más interesante de V* es que, como velocidad significativa para el fondo es la más indicada para constituir un Número de Reynolds granular,  

Re* = .  A mayor Re* el movimiento es más turbulento alrededor de la partícula y entonces la curva de Shields tiende a ser horizontal.  Esta velocidad se define convencionalmente a partir de la tensión to, como 

to = r (V*)² o     V* = .  

(El Número de Reynolds granular tiene estrecha relación con el ábaco de Shields).

 

Viscosidad: La viscosidad de un fluido o una mezcla es una medida de su resistencia a fluir como resultado de la interacción y cohesión de sus moléculas. Tiene unidades en (N·seg/m²) o (m²/seg).

 

Volumen neto de caudal sólido: También el transporte de fondo se expresa frecuentemente en peso, además de darse en volumen.  En este caso hay hasta cuatro modos de expresarlo y no deben confundirse. La primera expresión de la magnitud del transporte de fondo es el volumen neto, que corresponde exactamente a la definición del caudal sólido.

 

Volumen bruto o total de caudal sólido: Segunda expresión de la magnitud del transporte de fondo, este incluye los huecos o espacios vacíos que componen el material (sedimentos). Designando por l el índice de huecos o espacios vacíos, que es función de la granulometría del material, 

el volumen bruto es:  veces el volumen neto.  También se denomina a 

este concepto volumen de empaquetamiento del material

 

Volumen en peso seco de caudal sólido: Tercera expresión para la magnitud del transporte de fondo, cuya relación con el volumen neto es el peso específico (2650 kp/m³ en materiales naturales).

 

Volumen en peso sumergido de caudal sólido: Cuarta expresión de la magnitud del transporte de fondo, cuya relación con el volumen neto es el peso específico sumergido (1650 kp/m³).  

 


 

 

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Escuela Colombiana de Ingeniería. Centro de Estudios Hidráulicos y Ambientales.
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