TEMA VIII RÉGIMEN DE ESTUARIOS

 


TEMA VIII RÉGIMEN DE ESTUARIOS

OBJETIVO: Analizar el funcionamiento hidráulico de estuarios y la estabilidad de los accesos costeros.
VIII.1 Origen, morfología y terminología estuarina.
VIII.2 Régimen de vasos a marea libre.
VIII.3 Corrientes de densidad y cuña salina.
VIII.4 Estabilidad de accesos costeros.


VIII.1 Origen, morfología y terminología estuarina

 En geografía un estuario es la parte más ancha y profunda de la desembocadura de un río en el mar abierto o en el océano, generalmente en zonas donde las mareas tienen amplitud u oscilación. La desembocadura en estuario está formada por un solo brazo ancho y profundo en forma de embudo ensanchado. Suele tener playas a ambos lados, en las que la retirada de las aguas permite el crecimiento de algunas especies vegetales que soportan aguas salinas.

Estuario del río Massa, en el corazón del Parque Nacional de Souss-Massa, Marruecos

Los estuarios se originan porque la entrada de aguas marinas durante la pleamar, retiene las aguas del río, mientras que durante la bajamar, todas las aguas comienzan a entrar a gran velocidad en el mar u océano, lo que contribuye a limpiar y profundizar su cauce, dejando a menudo, grandes zonas de marismas.

Las mareas de mayor amplitud en el mundo tienen lugar en los estuarios del noroeste de Francia y, sobre todo, en la costa oriental del Canadá (bahía de Fundy, unos 16 metros). El río Rance (Francia) tiene un sistema de producción hidroeléctrica, usando la fuerza de las mareas en el estuario de su desembocadura, tanto con la pleamar como cuando se produce la bajamar. Los ecosistemas de los estuarios suelen caracterizarse por una alta productividad biológica y por su gran biodiversidad.



El estuario del río Tajo en su desembocadura, visto desde Lisboa.

Los estuarios en la zona ecuatorial son muy escasos, incluso en los océanos, debido a la baja amplitud de las mareas y a la gran cantidad de sedimentos que arrastran los ríos. Es así como la desembocadura del Níger, el Amazonas, el Orinoco y muchos otros ríos próximos al ecuador terrestre son deltas en vez de estuarios, a pesar de encontrarse en océanos abiertos.

Un ejemplo de estuario es el Mar de la Paja, la parte final y más ancha del río Tajo, en cuya margen se sitúa la ciudad de Lisboa. Otro ejemplo es el formado por el Río de la Plata, frontera entre la República Argentina y la República Oriental del Uruguay.

VIII.2 Régimen de vasos a marea libre

Tipos de mareas:
Según su altura: - Pleamar. Es el nivel superior de la marea.- Bajamar. Es el nivel inferior de la marea.
Según su movimiento vertical: - Marea creciente o que sube.- Marea menguante o que baja.
Según su movimiento horizontal o corriente de marea: - Flujo o marea entrante o creciente.- Reflujo o marea saliente o vaciante.
Según la geografía del lugar y el tipo de vientos predominantes: - Semidiurnas: es el tipo de mareas del Río de la Plata, hay dos pleas y dos bajas, en el transcurso de un día lunar. En el caso específico del Río de la Plata de desigualdades diurnas por no ser coincidentes los valores de las dos pleas entre sí ni de las dos bajamares. Considerando que el día lunar tiene una duración de 24 h 50 min, teóricamente cada 6 h 13 min se produce una pleamar o una bajamar. -Diurnas: características en las latitudes bajas, con una pleamar y una bajamar en el transcurso del día lunar. considerando que el día lunar es de 24 h 50 min se producirá una pleamar y una bajamar cada 12 h 25 min -Diurnas irregulares: con dos ciclos por día lunar pero con marcadas diferencias en las alturas y en los períodos de tiempo. -Mareas mixtas: régimen de tipo intermedio, durante un día lunar se presentan dos pleamares y una bajamar o dos bajamares y una pleamar.

VIII.3 Corrientes de densidad y cuña salina.

Corriente de densidad: se produce una variación de densidad entre las masas de agua situadas en distintas profundidades debido a diferencias de temperatura y salinidad entre ellas. La tendencia natural es a compensar esta diferencia de densidad, por lo que una de las masas se desplaza hacia la otra a una velocidad proporcional a la diferencia de densidad. Estas corrientes generalmente son suaves. Las aguas más frías o con mayor salinidad son más densas y tienden a hundirse, mientras que las aguas más cálidas o menos salinas tienden a ascender. De esta forma se generan corrientes verticales unidas por desplazamientos horizontales para reemplazar el agua movida. Por ejemplo, el agua de la superficie puede sufrir un aumento de salinidad por evaporación y a partir de esto originarse una corriente en el sitio.




                      

Cuña salina

Fenómeno de entrada de agua marina en un río, acuífero, etc. En zonas de contacto entre agua dulce y agua salina, el agua dulce fluye sobre el agua marina debido a su diferencia de densidades y se separan por una zona de contacto difusa, la interfaz. Los perfiles verticales de salinidad por consiguiente, muestran salinidad cero en la superficie y salinidad oceánica cerca del fondo. Si hay una alteración del sistema, como por ejemplo una disminución del caudal del río, esta interfaz se traslada al interior, penetrando el agua marina debajo del agua dulce. 

En estos estuarios de cuña salina, el agua dulce (que es mucho menos densa) fluye sobre el agua marina (que es mucho más densa) en una capa delgada. Toda la mezcla se restringe a una delgada capa de transición entre el agua dulce en la parte superior y la cuña de agua salada en la parte inferior. La figura a continuación ilustra la situación.

Los perfiles verticales de salinidad, por consiguiente, muestran salinidad cero en la superficie y salinidad similar a la oceánica cerca del fondo a lo largo de todo el estuario. La profundidad de la interfase decrece lentamente conforme el extremo final del estuario se va aproximando, como se muestra en las figuras a continuación, que corresponden a simulaciones numéricas realizadas en el CIMA/CONICET-UBA para el estuario del Río de la Plata.

VIII.4 Estabilidad de accesos costeros.

Los estuarios constituyen los “criaderos” (lugares donde los juveniles crecen con rapidez) de la mayor parte de moluscos, crustáceos, peces costeros que se cosechan no sólo en el estuario sino también mar adentro. (Odum & Sarmiento 1997).

Esta propiedad natural de los estuarios podría ser aprovechada por el hombre para el cultivo de estas especies, que de manera natural, se desarrollan fácilmente en este tipo de ecosistemas.

Para el establecimiento de estas áreas de acuicultura es importante estudiar las características del medio. Éstas son básicamente 3: heterogeneidad, variabilidad y diversidad.

A la heterogeneidad del medio marino debida a su propia inmensidad (variación de temperatura en sus distintas latitudes, relieve submarino, diferencias de salinidad según la evaporación o aporte de aguas de lluvias...) hay que añadir la heterogeneidad en la zona litoral constituida por el flujo de aguas dulces procedentes de los ríos, aguas menos densas y generalmente más calidad. Por otra parte podríamos imaginar que donde se produjeran mareas se darían fenómenos de remoción de agua que homogeneizaran el medio, pero realmente no es así ya que las masas de agua se deslizan unas sobre otras en un movimiento horizontal, mientras los movimientos verticales son muy limitados.

Estos medios son también muy variables ya que los aportes de aguas dulces son fluctuantes en el espacio y en el tiempo (varían tanto en estaciones como en la zona de vaciado, ya que son aguas muy ligeras que se ven desplazadas por acción de los vientos, desplazándose de la zona).

Son ecosistemas muy diversos poblacionalmente. La densidad de especies es máxima en la capa superficial (0-10m) y decrece con la profundidad.

Sin embargo estos medios tan diversificados y productivos, en principio receptivos al cultivo, son muy frágiles, ya que están expuestos a múltiples perturbaciones, de modo que la producción de organismos cultivados puede estar limitada por las características naturales del medio en cuanto a la utilización y ocupación del litoral. Por ello conviene administrar y estudiar estos espacios y más concretamente analizar los factores que inciden, no sólo en su calidad, sino también aquellos que van a ser decisivos para el éxito o fracaso de cualquier tipo de explotación acuícola, como son las propiedades del agua, la prevención sobre los fenómenos accidentales, tales como la proliferación de especies fitoplanctónicas, mareas rojas, fenómenos de anoxia, etc..., como también definir las tasas de contaminación ordinaria de los organismos representativos de las poblaciones locales.

Asimismo para la elección de la zona de cultivo se tendrá en cuenta las condiciones geomorfológicas y climáticas. Así para la acuicultura del molusco o de algas se utilizarán zonas cerradas protegidas de los temporales con moderada tasa de renovación del agua y nutricionalmente ricos. Y para el cultivo de peces y crustáceos se favorecerá el sustrato arcilloso para el cultivo en tierra, así como los regímenes hidráulicos definidos por el ritmo de la marea.

Un buen conocimiento de la riqueza orgánica de los fondos (parques intermareales, marismas, etc...), es la base de una buena gestión del medio. (Corral et al 2000). Así vemos que existen varios tipos de agua a lo largo de un ciclo de marea; al inicio de la bajada de la marea son aguas mixtas, saladas y a veces dulces, provenientes de las marismas, recalentadas en verano y refrigeradas en invierno. En el medio de la bajada son aguas dulces cargadas de materia orgánica y enriquecida en oxígeno por el flujo turbulento en superficie. Al final de la bajada son aguas de chorreo sobre la superficie del depósito, son muy turbias, aveces muy ricas en amoníaco, en definitiva poco favorables para la acuicultura.

                                       

TEMA VII SOCAVACIÓN Y ENCAUZAMIENTO

 

 

 

 

 

TEMA VII SOCAVACIÓN Y ENCAUZAMIENTO
OBJETIVO: Evaluar los diferentes tipos de socavación que se producen en cauces y pérdidas de suelo en cuencas.

VII.1 Socavación general de un cauce natural.
VII.2 Socavación transversal, en curvas y locales.
VII.3 Pérdida de suelo en cuencas.
VII.4 Obras para control de socavación, en márgenes del cauce y locales al pie de estructuras.
VII.5 Encauzamiento.


VII.1 Socavación general de un cauce natural.

"La socavación es el resultado de la acción erosiva del flujo de agua que arranca y acarrea material de lecho y de las bancas de un cauce, convirtiéndose en una de las causas más comunes de falla en puentes. Un autor británico, Smith en 1976, estudió los casos de 143 puentes que habían fallado total o parcialmente, encontrando entre sus causas las siguientes: 1 falla debida a corrosión en las estructuras metálicas; 4 fallas debidas a fatiga de los materiales; 4 fallas debidas al viento; 5 fallas debidas a diseños inadecuados; 11 fallas debidas a terremotos; 12 fallas debidas a un procedimiento no adecuado durante la construcción; 14 fallas debidas a sobrecargas y choques de embarcaciones; 22 fallas debidas a materiales defectuosos y finalmente, 70 fallas debidas a que las profundidades de socavación en una o varias pilas, alcanzaron niveles inferiores a los que llegaban las cimentaciones de las mismas. Todo esto muestra la importancia de un buen análisis hidráulico para el diseño de puente. Parámetros como la creciente máxima esperada, la profundidad de flujo, características del lecho, forma, separación y dirección de las pilas, entre otros, se vuelven de gran relevancia."

                                

VII.2 Socavación transversal, en curvas y locales.

 

TIPOS DE SOCAVACIÓN

A. Socavación normal o general: Se entiende por socavación general el descenso del fondo de un río que se produce al presentarse una creciente y es debida al aumento de la capacidad de arrastre de material sólido que en ese momento adquiere la corriente, en virtud de su mayor velocidad.

La erosión del fondo de un cauce definido por el cual discurre una corriente es una cuestión de equilibrio entre el aporte sólido que pueda traer el agua a una cierta sección y el material que sea removido por el agua de esa sección y al aumentar la velocidad del agua, aumenta también la capacidad de arrastre.

B. Socavación en estrechamientos: Se entiende por socavación en estrechamientos la que se produce por el aumento en la capacidad de arrastre de sólidos que adquiere una corriente cuando su velocidad aumenta por efecto de una reducción de área hidráulica en su cauce. El efecto es muy importante en puentes, donde por lo común y por razones de economía suelen ocurrir las mencionadas reducciones, si bien puede presentarse en otros lugares del curso del río, en que un estrechamiento más o menos brusco tenga lugar.Los cambios que la presencia de un puente impone a la corriente son principalmente los siguientes:
Cambio de la velocidad del flujo del agua en el cauce principal.
Cambio en la pendiente de la superficie libre del agua, hacia arriba y hacia abajo del puente. Esto origina un mayor arrastre del material del fondo en la sección del cauce y, cuando ello es posible, un ensanchamiento del cauce.

C. Socavación en curvas: Cuando un río describe una curva existe una tendencia en los filetes líquidos situados más lejos del centro de curvatura a caminar más aprisa que los situados más hacia el interior; como consecuencia, la capacidad de arrastre de sólidos de los primeros es mayor que la de los segundos y la profundidad de erosión es mayor en la parte del cauce exterior a la curva que en la interior. El efecto es importante y ha de ser tenido en cuenta en la construcción de puentes en curvas de río o en el diseño de enrocamientos de protección en los mismos lugares pues al disminuir la velocidad la curva aumenta el depósito en esta zona y, por ello, disminuye la zona útil para el flujo del agua y al aumentar la profundidad y el área hidráulica, aumenta el gasto.

D. Socavación local en estribos: Desde el punto de vista de definición, la socavación local en estribos es análoga a la que se presenta en las pilas de los puentes, sin embargo, se le distingue por existir algunas diferencias en los métodos teóricos y aun experimentales para su evaluación.

E. Socavación local en pilas: Cuando se coloca una pila de puente en la corriente de un río se produce un cambio en las condiciones hidráulicas de ésta, y, por lo tanto, en su capacidad para producir arrastre sólido. Si la capacidad de arrastre supera localmente el aporte del gasto sólido del río, ocurrirá en la pila una socavación local.

Es evidente que el conocimiento de la profundidad a que puede llegar este efecto erosivo es de fundamental importancia en el diseño de cimentaciones poco profundas para puentes, pues una falla seria de juicio en esta cuestión conlleva la destrucción total de la estructura o la adopción de profundidades antieconómicas y excesivas, que complican seriamente los procedimientos de construcción.

    
                                                   

VII.3 Pérdida de suelo en cuencas.

VII.4 Obras para control de socavación, en márgenes del cauce y locales al pie de estructuras.

OBRAS DE CONTROL.

El diseño de las obras apropiadas a cada caso debe hacerse luego de que se conozcan los resultados de los estudios hidráulicos y geomorfológicos del tramo que recibe la influencia de la construcción de dichas obras. Los resultados de los estudios hidráulicos y geomorfológicos presentan pronósticos sobre la evolución futura de la corriente y estimativos sobre magnitudes de los caudales medios, mínimos y de creciente, niveles mínimos, máximos y medios, posibles zonas de inundación, velocidades de flujo, capacidad de transporte de sedimentos, socavación y agradación.

Las obras más comunes en corrientes naturales son las siguientes:
Obras transversales para control torrencial. Operan como pequeñas presas vertedero. Su objetivo principal es el de reducir la velocidad del flujo en un tramo específico, aguas arriba de la obra. Actúan como estructura de control. Pueden fallar por mala cimentación, o por socavación generada inmediatamente aguas abajo.

Espolones para desviación de líneas de flujo. Son estructuras agresivas que, en lo posible, deben evitarse porque pueden producir problemas erosivos sobre las márgenes del tramo aguas abajo.

Espolones para favorecer los procesos de sedimentación. Son efectivos cuando se colocan en un sector de alto volumen de transporte de sedimentos en suspensión. Son estructuras permeables, cuyo objetivo es inducir la sedimentación en un tramo adyacente, aguas arriba de las obras. Pueden fallar por erosión en la punta del espolón o en el tramo inmediatamente aguas abajo.

Obras marginales de encauzamiento. Son obras que se construyen para encauzar una corriente natural hacia una estructura de paso, por ejemplo un puente, box-culvert, alcantarilla, etc. Deben tener transiciones de entrada y salida. En el diseño debe considerarse que estas obras de encauzamiento producen un aumento en la velocidad del agua con el consiguiente incremento en la socavación del lecho.

Obras longitudinales de protección de márgenes contra la socavación. Son muros o revestimientos, suficientemente resistentes a las fuerzas desarrolladas por el agua. En algunos casos también deben diseñarse como muros de contención. Pueden fallar por mala cimentación, volcamiento y deslizamiento.

Acorazamiento del fondo. Consisten en refuerzo del lecho con material de tamaño adecuado, debidamente asegurado, que no pueda ser transportado como carga de fondo. Algunas veces la dinámica del río produce tramos acorazados en forma natural. El fondo acorazado es un control de la geometría del cáuce.

Protección contra las inundaciones. Son obras que controlan el nivel máximo esperado dentro de la llanura de inundación. Pueden ser embalses reguladores, canales adicionales, dragados y limpieza de cáuces, o jarillones. Estas obras pueden ser efectivas para el área particular que se va a defender, pero cambian el régimen natural del flujo y tienen efectos sobre áreas aledañas, los cuales deben ser analizados antes de construir las obras.

Los materiales de uso frecuente en este tipo de obras son los siguientes:

Concreto: ciclópeo, simple o reforzado.
Gaviones, colchonetas.
Piedra suelta, piedra pegada.
Tablestacas metálicas o de madera.
Pilotes metálicos, de concreto o de madera.
Bolsacretos, sacos de suelo-cemento, sacos de arena.
Fajinas de guadua.
Elementos prefabricados de concreto: Bloques, exápodos, etc.

El diseño de las obras combina varias disciplinas, Hidráulica Fluvial, Geotecnia y Estructuras. La primera, como ya se ha explicado, suministra la información básica que permite determinar las condiciones de cimentación y la magnitud de las fuerzas que van a actuar sobre las obras que se proyecten.

                   

VII.5 Encauzamiento.   

El encauzamiento de ríos a base de hormigón y venga muros y diques es un arma de matar para las generaciones futuras. En la fotografía el río Limia en Xinzo, no dejaron ni orillas.

Es la estructura más simple para la contención de tierras, de una altura hasta 5 m , también se utiliza como muro de encauzamiento de ríos 3: 4 m, de altura.
El paramento normalmente es vertical para su empleo de contención o de talud 1/10 : 1/5 en muros de contrariberas.
La platea está en el trasdos del prefabricado en su base, con un volumen reducido , que se une con el panel, resultando una solución fructífera, teórico-experimental.
Su colocación es muy sencilla, el hormigonado de la platea debe cubrir la armadura, junto con las esperas salientes del prefabricado, que se complementan con las de la jaula.