miércoles, 21 de noviembre de 2012

TEMA VIII REGIMEN DE ESTUARIOS


OBJETIVO: Analizar el funcionamiento hidráulico de estuarios y la estabilidad de los accesos costeros.

ESTUARIOS
El elemento más sencillo de este sistema está constituido por la mezcla gradual de agua dulce y agua del mar, según el eje del estuario o la desembocadura del río. 
Ecológicamente es la manifestación de un proceso de mezcla. El agua dulce se mueve hacia fuera en superficie y se mezcla progresivamente con agua del mar, generándose como composición una corriente profunda de agua marina en dirección al río. De esta forma el río afecta a la ascensión de aguas marinas que pueden ser ricas en nutrimento y en particular, la combinación de este estuario positivo con un afloramiento costero potencia o acelera la aportación de nutrimento a la zona fótica marina. (Margalef,1983).
En estas aguas próximas a la superficie, los calentamientos y enfriamientos producen amplios cambios de temperatura tanto en el agua del río como en las aguas marinas. Las bajas temperaturas coinciden frecuentemente con una salinidad muy pequeña porque en el invierno el flujo de agua dulce puede incrementarse grandemente por las lluvias o por la rápida fusión de la nieve.  En el verano, las altas temperaturas y las salinidades elevadas coexisten durante los periodos en que se reduce la cantidad de agua dulce; al mismo tiempo el sol calienta y el agua se evapora (R.V. Tait,1971).
Los aportes orgánicos del río, la deriva, fertilizan directamente estuarios y marismas. Mucha materia orgánica que el agua dulce lleva consigo, al mezclarse con agua del mar coagula y precipita. Partículas minerales como las arcillas, resultan estar menos cargadas al llegar al agua del mar y se comportan diferentemente, la superficie de las partículas calizas, las relaciones entre Ca y Mg varían fuertemente sobre una distancia corta y contribuyen a las especiales características del ambiente bentónico local. (Margalef, 1983)

Al final del estuario en la dirección del mar se produce siempre alguna penetración por las especies marinas y las costas del estuario próximas a la boca están habitadas generalmente por formas ordinarias del litoral, por ejemplo, Balanus balanoides, Chthamalus stellatus, Elminius modestus, Patella vulgata, Littorina littorea, L. Saxatilis, Mytilus edulis, Cardium edulis, Thais lapillus, Crangon vulgaris, Arenícola marina, Carcinus maenas.
La distancia a que se extiende hacia arriba depende en parte de las posibilidades de ajuste de su presión osmótica  o sea de su osmo-regulación, y en parte también de la protección que les confieren sus vainas, tubos o profundas habitaciones a las que muchas especies se retiran durante cierto tiempo cuando la salinidad está por debajo de sus niveles idóneos. Es dentro de los estuarios donde se producen fluctuaciones de salinidad más amplia y rápidamente, tan solo las formas extremadamente eurosalinas pueden sobrevivir.
En comunidades típicas de los estuarios se incluyen a menudo a la Enteromorpha intestinalis, Fucus ceranoides, Corophium volutator,  Hydrobia ulvae, Nereis diversicolor, Scrobicularia plana, Macoma baltica, Carcinus maenas, Shpaeroma rugicaudata, Gammarus zaddachi, G. Duebeni y Balanus improvisus. Ciertos mísidos son muy numerosos en las aguas salobres, por ejemplo, Neomysis integer, y en algunos estuarios existen con frecuencia pequeños boqueroncillos, es decir, arenques y sardinetas.
El plancton contiene a veces densas planchas del copépodo Eurytemora hirundoides.
La distribución de muchas especies de los estuarios cambia con la estación. El lenguado Flesus flesus, pez común del estuario, migra corriente arriba en el verano pero vuelve al mar durante los meses fríos para desovar. El Carcinus maenas  y el Crangon vulgaris también se desplazan hacia arriba en los estuarios en verano y regresan al mar en invierno, sus movimientos pueden estar influidos por cambios de temperatura y salinidad porque estas especies tienen un poder osmoregulador menos efectivo cuando la temperatura es baja. Otros realizan los movimientos a la inversa. El Pandulus montagui se desplaza hacia fuera, en dirección al mar, en verano, y hacia el interior de los estuarios en invierno.
La plataforma continental ocupa casi el 7% del fondo de los mares. La acumulación de importantes espesores de sedimentos en las plataformas parece haberse hecho, a veces, entre la costa y un levantamiento del fondo, que puede ser un abombamiento tectónico, una sucesión de domos diapíricos o construcciones de arrecifes. Su pendiente media es débil, aunque tiene numerosas irregularidades, que pueden ser antiguos relieves subaéreos, pues la plataforma ha sido en gran parte emergida y sumergida al ritmo de las regresiones y transgresiones glacioeustáticas cuaternarias. (Derruau, 1978)

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL EDASARROLLO DE ESTUARIOS
La diversidad de tamaños, forma, régimen de salinidad, sistema circulación, y biota en un estuario es debida a la interacción de numerosos factores que puede sintetizarse en dos clases:

1.    Factores inherentes a los principales rasgos geológicos (tipo de rocas, morfología costera.) que controlan el tamaño y forma de la cuenca del estuario y la naturaleza de los sedimentos aportados a ella.

2.    Factores contemporáneos con la naturaleza de los procesos (corrientes de marea, descarga fluvial) que influyen en los modos de sedimentación, hidrodinámica y biota del estuario.
Las configuraciones de un estuario y su grado de relleno son bastante variables; todos los estuarios tendón a rellenarse con sedimentos, la masa de agua y la profundidad decrece con el tiempo y, como resultado las características hidrologías y la comunidades biológicas cambian.
Los diferentes tipo de estuarios presentan un estilo de sedimentación, de salinidad, régimen de circulación de aguas y distribución de comunidades bentónicas en función de las condiciones características que presenta la entrada al estuario, ya desde el momento de su formación.
Los movimientos de las masas de agua en la entrada de un estuario, generalmente han sido descritos en términos referentes al área de la sección transversales, prisma de marea, descarga y velocidad.
El prisma de marea es comunmente interpretado como respuesta a la candización de entrada (O’Brien, Brunm y Gerritsen).
En contraste Nielsen y Gordon enfatizan en como las corrientes litorales y el desarrollo de bancos arenosos en la costa abierta afectan al flujo mareal en la boca del estuario.

En función de los procesos marinos que han actuado en la boca del estuario se distinguen los principales tipo:
1)    estuarios con entradas relativamente anchas y profundas, con un intercambio mareal completo.
2)    estuarios con entradas formadas por estrechos canales, en los que las          mareas son atenuadas.
3)    estuarios que tienen su entrada cerrada bajo la mayor parte de las condiciones
Estos tipos surgen de los controles primarios que actúan de manera jerárquica. Primariamente, el inherente a la topografía costera que controla el modo de sedimentación de arenas marinas en valles costeros sumergidos: los primeros tipos de estuarios descritos tienen deltas mareales subacuáticos, mientras que los estuarios con entradas estrechas o mayormente cerradas, aparecen detrás de barreras arenosas costeras que se elevan por encima del nivel marino. En segundo lugar, las descargas fluviales, en combinación con los procesos marinos que actúan en la boca del estuario, determina cuando la entrada de los canales a través de las barreras costeras permanecen abiertas o cerradas por largos periodos.
Existen tipos muy contrastados de sedimentación marina. En entrantes costeros, amplios y someros, la migración hacia tierra de arenas cesa prácticamente y se estabilizan los depósitos dentro de la boca de la bahía cuando se estabiliza el nivel marino.
La continua adición de arenas marinas da como resultado una progradación de la barrera hacia el mar.
Los estuarios que surgen detrás de estas barreras están conectados con el mar a través de reducidas canales con un intercambio mareal muy restringido.
En entrantes, estrecho y profundos se construyen barreras subáreas por acción de olas, pero en aquellas áreas protegida, las corrientes de marea transportan arenas formando barreras subacuáticas.
Estas barreras arenosas migran hacia tierra como deltas de flujo de marea durante la fase de estabilización marina. La descarga fluvial, también, juega un importante papel para determinar el tipo de estuario.
Aquellos estuarios con pequeños cursos de agua presentan entradas que están cerradas durante largos periodos, mientras que aquellos con grandes ríos tienen entradas que están permanentes o mayormente abiertas.

CLASIFICACION DE ESTUARIOS
En función de las condiciones existentes En las entradas de los estuarios se pueden establecer tres tipos básicos:
1)     estuario de valle fluvial hundido y inundado (tipo ría)
2)     estuario barreras (lagoones estuarinos)
3)     lagoones costeros salinos
Los primeros tienen bocas abiertas con deltas mareales subacuáticos y un rango de marea homogéneo. Los estuarios barrera y los lagoones costeros se forman detrás de barreras arenosas costeras. Todos ellos tienen canales de entrada, si bien únicamente en los dos primeros casos permanecen la mayor parte del tiempo abiertos, en el último presentan una bocana pequeña y efímera, y normalmente no son mereales.
Los valles ocupados por estuarios sumergidos son profundos, estrecho y con lados rocosos abruptos.
Los cuerpos arenosos se extienden desde la boca hasta la parte interna del estuario, en donde pueden llegas a constituir una barrera de atrapamiento de sedimentos fluviales finos.
Estos cuerpos arenosos presentan una morfología de delta mareal, con pendientes deposicionales en su carta activa que oscilan entre 20 y 30º, que en ocasiones pueden avanzar sobre sedimentos fangosos estuarios.
Agua arriba de la zona de acumulación de fangos, los depósitos fluviales arenosos y/o fangosos progradan sobre la cabecera del estuario.
 Los estuarios barrera están caracterizados pro la presencia de estrechas entradas construidas a través de una barrera arenosas costera, cuya canalización finaliza con el crecimiento de deltas, que exigen un importante control de la dinámica mareal.
Estas superficies deltaicas son someras y frecuentemente terminan por cubrirse densamente con plantas marina.
Los aportes fluviales también originan lóbulos deltaicos que progradan sobre los fangos de la cuenca.

Los flujos mareales son fuertes en la entrada del canal, pero progresivamente reducidos por efectos de fricción. En términos de circulación de aguas en la parte interna de este tipo de estuarios son tanto o más importantes inducidos por vientos sobre la masa de aguas, que las corrientes mareales propiamente dichas.
El tercer tipo, la lagunas costeras, salinas, lo constituyen pequeñas cuencas costeras que en sus orígenes, geológicamente presentan muchas similitudes con los estuarios barreras.
Los aportes fluviales son muy escasos, por lo que casi permanentemente la barrera arenosa es continua, y únicamente se abren bocanas efímeras durante periodos de temporal por acción de batida de las olas sobre ella.
PROCESO DEL ESTUARIO
Los procesos que intervienen en un estuario son muy complejos; factores dinámicos, químicos y biológicos, aparecen en clara relación con los mecanismos de sedimentación.
Estos mecanismos están determinados por la disipación de la energía de los flujos fluviales, gradientes de densidad, la marea, las olas y fuerzas meteorológicas.
En la medida que la energía se disipa, los sedimentos son transportados, mezclados, intercambiados o acumulados y la geometría del fundo se modifica.
Los procesos dominantes y su relación con las características sedimentaria resultantes son: los procesos de erosión, transporte, deposición y consolidación; esos dependen de la dinámica el fluido y de las propiedades de las partículas, su tamaño, forma, densidad y composición.
En sedimentos cohesivos las fuerzas hidrodinámicas actúan de forma muy diferente a como lo hacen en los no cohesivos, tal como los granos de arena: mientras que en los primeros las partículas, menor de 125ц, aumentan su grado de cohesión, con el aumento de contenido orgánico, tal como partículas de secreciones mucosas o plaetizaciones biogénicas, los no cohesivos, dependen del peso de la partícula en el fondo, como principal fuerza estabilizadora. En el comportamiento de los sedimentos en suspensión son considerados procesos de pequeña y gran escala:
-Los primeros tales como los gravitacionales, operan sobre las particulares individuales, y siguiendo la Ley de Stockes, la velocidad de caída de las partículas en un fluido dependerá de la diferencia entre la fuerza de gravedad que actúan en la partícula y la capacidad de flotación del liquido.

Por otra parte, la puesta en suspensión de las partículas está determinada por las condiciones hidráulicas locales y las características de las partículas, es decir, velocidad de la corriente y tamaño de las mismas.
Los procesos de gran escala son considerados propiedades de un medio local y que pueden modificar e influir en los mecanismos anteriores; procesos tale como las diferencias de densidad entre las masas de agua y las velocidades de la corriente.
Las diferencias de densidad entre las masa de agua dulce y la masa salinas ocasionan una separación de las mismas; las aguas salinas más densas, por debajo de las aguas dulces.
En ausencia de fuertes velocidades de corriente, la mezcla de las dos masas de agua estaría limitada a procesos de difusión entre las dos.
Por el contrario, en presencia de fuerte corrientes los procesos de mezcla son más efectivos.
Todos los diferentes procesos que tiene lugar en un estuario afectan a la acumulación de los sedimentos en suspensión.
Las diferencias de densidad entre las masa de agua modifican la velocidad de decantación de stokes, de las partículas en suspensión. Por otra parte, las aguas salinas también intervienen en las velocidades de decantación de diferente minerales de arcilla, por procesos fisico-químicos de floculación.
Otros procesos pueden ser físicos, es decir, aquellos que explican como en función de crecimiento de las corrientes mareales, las partículas en suspensión comienzan a depositarse antes de iniciarse el giro de la marea.
Debido a ello las acumulaciones de sedimentos finos en un estuario están en relación con las variaciones del alcance máximo de la marea y los grados de descarga fluviales. Lateralmente se pasa de sector dominada por ambientes fluviales en una dirección a otro dominados por ambientes marinos.
El límite del sector fluvial viene enmarcado por las transiciones de aguas dulces-aguas salinas. Dinámicamente se caracteriza por una afluencia de aguas dulce, que suministra significativas cantidades de sedimentos al estuario. Estas afluencias mantienen los gradientes longitudinales y transversales de la salinidad, que en suma, conducen al tipo de circulación estuarina para la dispersión de sedimentos.

La distribución superficial de sedimentos varía según la relación existente la morfología del fondo, tipo de sedimentos y las fuerzas dinámicas que actúan.
Básicamente los sedimentos consisten en limos, arcillas con intercalaciones de lechos arenosos y barras arenosas disectadas por canales secundarios que lateralmente pasan a arenas fangosas en las llanuras intermareales. La acción de las corrientes mareales aumenta en importancia aguas abajo, si bien en momentos de flujo alto del río puede ser dominante la acción fluvial; la retención de sedimentos, así como la formación y migración de las distintas formas de lechos arenosos, está muy relacionada con la reducción de la amplitud de la marea y las velocidades de corriente aguas arriba del estuario: Cuando la mareas se propagan en los estuarios se modifican y dan lugar al transporte de sedimentos hacia tierra y hacia el mar, a través de tres tipos de procesos:

1)     por fricción en el fondo
2)     por convergencia o constricción en el canal
3)     reflexión en bajos

En general cualquier efecto de fricción tiende a disminuir la amplitud de la marea aguas arriba, disminuyendo la velocidad de las corrientes.
Los sedimentos finos son finalmente depositados agua arriba del estuario. Sin embargo, y aunque el efecto de fricción disminuye la amplitud de la marea, una diseminación de la sección del canal puede originar una concentración de energía y por ello un aumento de amplitud.
En este caso la Floch diferencia tres tipos de modelos:
a) cuando la convergencia supera la disipación por fricción hablamos de un estuario hipersincrónico
b) si la convergencia es igual a la fricción, el estuario se denomina    sincrónico
c) si la convergencia es menor que la fricción el estuario se denomina liposicrónico
La mayor parte de los estuarios son hipersincrónicos (la amplitud mareal aumenta aguas arriba antes de su disminución hacia el río) y las corrientes maréales alcanzan su máxima fuerza en la parte central o alta del estuario. La reflexión de la onda de marea sobre los bajíos puede igualmente aumentar la amplitud.

Finalmente, en la entrada del estuario, la acción de olas es dominante, provocando efectos tanto deposicionales como erosivos. En la medida que las olas oceánicas invaden las zonas de agua someras tiene lugar un rozamiento con el fondo y se inicia el transporte de arena.
La morfología de la entrada ejerce un importante control de las rutas de transporte de los sedimentos arenosos; en zonas con bajos arenosos, las dos se disipan, mientras que en canales profundos pueden continuar avanzando. Morfológicamente este sector se caracteriza por grandes depósitos de cuerpos arenosos modelados por las corrientes maréales y el régimen de olas.
En estuarios mesomareales, estos depósitos se generan en las zonas adyacentes a las bocanas de marea, en forma de deltas de marea de flujo y de reflujo, según ocupen una posición interna o externa con respecto a la bocana de marea.
Mas hacia el interior de la bocana, predominan canales meandriforme en los que aparecen cuerpos arenosos intermareales que pueden estar aislados, como es el caso de la Bahía de Fundy, o adosados a llanuras intermareales formando parte de la zona baja de la llanura mareal.

EVOLUCION DE LOS ESTUARIOS
Bajo condiciones estables del nivel marino, la evolución de los estuarios sucede a consecuencia del relleno por sedimentos, dando origen a una serie de etapas progresivas desde el estadio juvenil a la madurez. El relleno se realiza desde el mar por aportes de arenas,  o desde tierra por arenas o fangos fluviales. Restos calcáreos de animales y materias orgánicas de plantas son incorporados a los sedimentos durante o después de los momentos de deposición. El tipo de estuario, tamaño de la cuenca y sedimentos aportados, condiciona el grado de relleno del estuario.
Los estuarios mejor formados son los de valles fluviales o entrantes costeros inundados, sumergidos recientemente por aguas marinas. Existen ejemplos de evidencias claras de inundación de valles fluviales, como el caso de Cheaspeake Bay (EEUU), y un cierto numero de pequeños estuarios y ríos de la Costa de Galicia.
Los estuarios actuales fueron formados durante la ultima elevación del nivel marino hacia aproximadamente 15000 años.

El progresivo relleno de los estuarios conduce a una reducción de las masas de agua y un decrecimiento de la profundidad, extendiéndose las llanuras de inundación del táicas, aumentando la canalización de los cuerpos de agua estuarinos, acelerándose el proceso con estrechamiento de las bocanas por crecimiento de barreras arenosas.
La formación y desarrollo de un estuario depende del balance existente entre la elevación del nivel marino en relación con la morfología de la costra y el grado de acumulación de sedimentos. Si el primero excede al segundo, como es el caso de Cheasepeake Bay, los estuarios están bien desarrollados. Cuando el nivel marino es estable, como es el caso de la Gironde (Francia), la captación de sedimentos puede exceder a la elevación del nivel marino, acelerándose entonces el proceso de relleno.
Teniendo en cuenta las condiciones de entrada de uno estuario se pueden diferenciar varios estados físicos en su evolución:

     a)    Estuarios  de valle fluvial hundido y inundado

En los momentos iniciales  de su desarrollo, al amparo de los deltas mareales se desarrollan extensas cuencas que actúan como trampas de sedimentos fangosos. El grado de sedimentación en frentes deltaicos de este tipo son rápidos. La acumulación de fango depende de los aportes fluviales, siendo del orden de 1-2 mm/año. Con estas condiciones los fondos arenosos de los condes son progresivamente remplazados por depósitos de llanura de inundación y de “Levees”.
Los sedimentos de los canales se hacen de tamaño de grano mas fino y más fangoso en dirección agua abajo, llegando a desarrollarse llanuras intermareales en el frente deltaico.
En un estadio de evolución mas avanzado, los depósitos fluviales pueden llegar  a rellenar la totalidad de la cuenca, progradando hacia el mar sobre el delta mareal, quedando los canales restringidos por bordes de levees y llanuras intermareales. Bajo condiciones de flujos normales, los canales permanecen con fuerte influencia mareal, alcanzando el sector fluvial con cierta atenuación en dirección aguas arriba.
Finalmente la acción de olas retrobaja estos sedimentos dando lugar a cuerpos arenosos progradantes en el interior de la bahía.

Los sedimentos muestran secuencias transgresivas en la parte externa del estuario, en donde los fangos estuarinos y arenas típicamente marinas pueden alcanzar espesores considerables. La llanura de inundación forma delgados depósitos superficiales sobre depósitos de arena y fangos arenosos de los canales fluviales.

      b)    Los estuarios barreras

En la medida que se rellenan, pierden la irregularidad de los bordes de su costa, desarrollando bordes sedimentarios y lóbulos deltaicos con canales bifurcados.
El estadio final de relleno está  caracterizado por canales siemosos con suaves bordes de levees.
Los estuarios barrera ocupan valles mas someras que los de la valle fluvial, y se rellenan con sedimentos fino fluviales que frecuentemente alcanzan menor espesor. Dos tipos de faces son dominantes: los fangos de la cuenca y los fangos arenosos del frente deltaico.
      
      c)    Los lagoones costeras salinas

Inicialmente tienen similar configuración y distribución de sedimentos que los estuarios barrera. Sin embargo, los cuerpos de agua son más pequeños y los depósitos arenosos están menos desarrollados.
En lagos costeros con poco aporte fluvial, las condiciones salinas se mantienen durante largos periodos y las facies fangosas y bioclásticas se acumulan en la cuenca de la baja energía y ambientes deltaicos. La vegetación houlofítica coloniza los márgenes avanza en la medida que la cuenca se rellena. Al mismo tiempo las variaciones de salinidad aumentan y se prolongan las condiciones de aguas dulces a salobres.
Como resultado, las plantas más salinas son progresivamente remplazadas por especies más tolerantes al agua dulce; se desarrollan extensas ciénagas de juncos y los sedimentos son remplazados por fangos ricos en materias orgánicas debidos a aguas dulces.

Estos tres tipos pueden aparecer asociados, tal como sucede en la costa de Galicia.

Desde el punto de vista del origen de los sedimentos que rellenan una depresión en la que se ha formado un estuario, en horizontal, se pasará longitudinalmente de secuencias fluvio-estuáricas a estuáricas, a finalmente estuarico-marinas. En vertical, las secuencias sedimentarias conservadas están asociados con fenómenos de subvergencia y transgresiones: en la parte baja del estuario se pasará de depósitos arenosos del borde a llanuras fango-arenosas submareales a depósitos de arenas gruesas de fondo de canal.(Arche, 1989)

POSIBILIDADES Y USOS

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.
Estas zonas bien gestionadas pueden constituir una fuente generadora de riqueza para los habitantes de las mismas. Las especies pesqueras, que ya se encuentran de forma natural, pueden verse incrementadas mediante el desarrollo de prácticas de cultivo contribuyendo al mantenimiento de unas poblaciones permanentes sobre los territorios.
Muchas veces también un estuario es una eficiente trampa de nutrientes, en parte física (las diferencias de salinidad retardan el mezclado vertical de masas de agua pero no el horizontal) y en parte biológica. Esta propiedad contribuye a la capacidad del estuario de absorber nutrientes de desecho, siempre que la materia orgánica haya sido reducida por tratamiento secundario. (Odum y Sarmiento 1997).

Tradicionalmente los esturarios se han utilizado mucho (pero apreciado poco) como alcantarillados gratuitos de ciudades costeras. Así es un buen ejemplo el caso de Nueva York.
Afortunadamente desde 1970 se ha aumentado la conciencia y la investigación sobre el valor de los estuarios, y la mayoría de países han promulgado leyes para proteger estos ambientes.

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.

SOCAVACION
"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."(XIII Seminario Nacional de Hidráulica e Hidrología, Cali – Colombia).
CONTENIDO
Para poder analizar el problema de la socavación en pilas de puentes, es necesario tener en cuenta las variables que influyen en el problema. Se ha demostrado que la profundidad máxima de socavación (ds) depende de los siguientes factores:
  • Densidad del agua (r ).
  • Velocidad de aproximación del flujo (V).
  •  Profundidad de flujo (Y).
  • Diámetro medio de los sedimentos (D).
  • Ancho efectivo de la pila (b).
  • Aceleración de la gravedad (g).
  • Viscosidad cinemática del fluido (n ).
  • Gravedad específica del material del lecho (Gs).
  • Desviación estándar de la gradación del material (s g).
  • Forma de la pila (Kf).
  • Alineamiento de la pila con la dirección del flujo.
  • Para el estudio de las pilas, éstas se clasifican según su tipo y la conducción de transporte de sedimentos.

Según el tipo, las pilas se clasifican en:
     1.    Circulares.
     2.    Rectangulares.
     3.    Semicirculares.
     4.    Biselada.
     5.    Según el transporte de sedimentos:
     6.    Umbral de movimiento.
     7.    Agua clara.
     8.    Transporte generalizado de sedimentos.

Profundidad máxima posible de socavación en pilas de puentes: Los estudios sobre ésta dan énfasis a la relación (ds/b) y han determinado que la profundidad máxima de socavación es:
ds/b = 2,4 si (Y/b) > 1,2 ds/b = 2Y si (Y/b) <= 1,2

Parámetros que afectan la profundidad de socavación:

 v  La profundidad de socavación alrededor de pilas de puentes se ve influenciada por el tipo de transporte de sedimentos, ya sea, Agua clara, Umbral de movimiento o transporte generalizado de sedimentos y es el parámetro (V/Vc) el que marca la diferencia, donde Vc es la velocidad crítica.

 v  El número de Froude es uno de los parámetros que mayor influencia muestra en el fenómeno de socavación local.

 v  No se encuentra una clara influencia del número de Reynolds. Ya que la mayor parte de las investigaciones han demostrado que Re no es un número relevante en el cálculo de la socavación, no se tiene en cuenta.

 v  Formas de socavación: Dependiendo de si existe o no movimiento de sedimentos en el cauce, se pueden presentar dos formas:
·         Socavación en lecho móvil: Se presenta cuando hay transporte de sedimentos desde el lecho aguas arriba hasta el sitio del ponteadero, quedando por lo tanto parte de este sedimento atrapado en el hueco de socavación.
·    
           Socavación en agua clara: Se presenta cuando no hay transporte de sedimentos desde el lecho aguas arriba, al sitio del ponteadero, por lo cual no hay reabastecimiento del hueco socavado.
TIPOS DE SOCAVACION
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.
Los estudios realizados hasta la fecha permiten decidir que los parámetros que, en mayor o menor grado, influyen en la socavación local al pie de pilas de puente son los que se mencionan a continuación:
Parámetros Hidráulicos:
  • Velocidad media de la corriente
  • Tirante frente a la pila
  • Distribución de velocidades
  • Dirección de la corriente respecto al eje de la pila

  • Parámetros de Fondo:
  • Diámetro de los granos
  • Distribución granulométrica del material del fondo
  • Forma de los granos
  • Grado de cohesión o cementación
  • Peso específico sumergido
  • Estratificación del subsuelo

Parámetros Geométricos:
·         Ancho
·         Relación largo-ancho
·         Perfil de la sección horizontal
Parámetros de ubicación del puente:
·         Contracción en la sección
·         Forma del río en planta
·         Obras de control de gasto que se haya construido aguas arriba o aguas abajo.
Es interesante notar que para una misma pila, colocada en el mismo lugar, la socavación máxima producida no siempre se presenta en el mismo punto de la pila; depende de la velocidad del agua.
RECOMENDACIONES
De los investigadores de todo el mundo interesados en este tema se emprendieron estudios para obtener mecanismos que redujeron en gran porcentaje la profundidad de equilibrio, de los cuales resultaron los siguientes datos:
1.    Diseño de la pila con formas biseladas con el fin de disminuir la zona de separación y la formación de la vorticidad causante de la socavación.
2.    Disposición de material granular resistente a la erosión en el lecho, cuyo diámetro medio se obtiene con la ecuación de la velocidad crítica.
3.    Ubicación de la pila en sitios donde el lecho tenga características de no erodabilidad.
4.    Reducción de vorticidad y corrientes secundarias. Esto se logra disminuyendo los agentes enrodantes como las fuertes corrientes secundarias en el flujo, que ocasionan el arrastre del material del fondo.
Para lograr estas reducciones se utilizan elementos protectores no estructurales.
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.
La segunda solución es la que se debiera implantar en Galicia. Pero no es viable. Se pierden terrenos para especualr y el dinero es lo más importante

TIPO N
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.

martes, 20 de noviembre de 2012

TEMA VI TRANSPORTE DE SEDIMENTOS


OBJETIVO: Cuantificar el gasto sólido en un cauce en sus diferentes formas.

Todos los materiales sedimentados, después de cierto acarreo finalmente son depositados a lo largo de los propios cauces, en lagos, en presas de almacenamiento, en la planicie y hasta el mar.


FUENTES DE SEDIMENTOS

Fuente principal: suelos y rocas que se encuentran en la cuenca Principales agentes de erosión y transporte: agua y viento.

Se pueden dar del tipo:

NATURALES: Erosión de la superficie del terreno, Erosión del cauce principal y sus tributarios y deslizamientos naturales del terreno.

ARTIFICIALES: Destrucción de la vegetación  sitios de construcción (vías de comunicación  ciudades), Explotación de minas y desechos urbanos e industriales.




TRANSPORTE DE SEDIMENTOS POR CORRIENTE
Cuando el sedimento es transportado por el flujo se diferencian dos grandes grupos de sedimentos:

•SEDIMENTO DE LAVADO: partículas muy finas como limos y arcillas y que el agua transporta en suspensión.

•SEDIMENTO DE FONDO: partículas mayores a 0.062 mm y pueden ir dentro de la capa de fondo (arrastre) o en suspensión (según Einstein la capa de fondo es aquella cuya altura es igual a 2 veces el diámetro de la partícula).

El transporte de fondo depende de las características hidráulicas de la corriente (hidráulica fluvial) y en cambio un rió puede transportar tanto material de suspensión como llegue a el, independientemente de sus características hidráulicas.

SEDIMENTOS EN SUSPENSIÓN

Todas las corrientes llevan materiales suspendidos, los cuales tienden a tranquilizarse en el fondo del canal, o bien dichas partículas llegan a un embalse donde su velocidad y turbulencia son reducidos.

Las partículas pequeñas pueden permanecer en suspensión por un tiempo largo y algunas veces cruzan la presa a través de compuertas, turbinas o vertedores para determinar la cantidad de sedimentos suspendidos se
Realizan mediciones en las corrientes y dichas muestras son llevadas a un laboratorio. La muestra es filtrada para separar los sedimentos. Los sedimentos son secados y pesados expresando su concentración en el agua en unidades de en partes por millón (ppm). El programa bandas reporta concentraciones de sedimentos en los ríos.

El ultimo destino de todos los sedimentos son los fondos de los embalses. Grandes producciones de sedimentos acortan la vida útil de un embalse.
Para determinar la capacidad muerta de un embalse (para azolves) se debe considerar la producción de sedimentos para los n años de vida útil planeada para el embalse.
El peso específico del sedimento varia de acuerdo a la edad del deposito (t  en años) y del tipo de sedimento.

TEMA V: PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS EN UN CAUCE


Objetivo: Analizar las principales propiedades del binomio agua-suelo, que permitan estudiar los problemas fundamentales de la hidráulica fluvial.

 

SEDIMENTOS:

• DEFINICIÓN: Reciben este nombre las partículas procedentes de las rocas o suelos y que son acarreadas por las aguas de los escurrimientos y por el viento.
• FUENTES DE LOS SEDIMENTOS: De acuerdo con lo dicho antes, la fuente principal la constituyen los suelos y las rocas que se encuentran en su cuenca. Siendo el agua y el viento los agentes de erosión y transporte.

Las fuentes de los sedimentos pueden clasificarse en naturales y artificiales.

NATURALES:
• Erosión de la superficie de la tierra: Debida a la acción del viento (transporte eólico) y la lluvia (transporte por escurrimiento superficial).
•Erosión del cauce principal y sus tributarios: Provocada por la potencia erosiva del flujo, lo que ocasiona cambios en su perfil longitudinal, sección transversal y en su forma en planta. Siendo el material arrastrado aguas abajo donde podría depositarse o bien seguir su recorrido hacia los cuerpos de agua o al mar.

ARTIFICIALES:
• Destrucción de la vegetación: la deforestación de bosques originada por el hombre, con fines de cultivo, para desarrollo urbano o industrial.
• Obras de ingeniería: Construcción de caminos, vías férreas y presas entre otras, originan que grandes volúmenes de material sean removidos y queden más sueltos que en su estado original.


•CLASIFICACION DE LOS SEDIMENTOS

De acuerdo a su resistencia a ser arrastrados y de su comportamiento al ser transportados por una corriente se tienen dos clases de sedimento: COHESIVOS Y NO COHESIVOS.

•Sedimento NO COHESIVO o FRICCIONANTE: Es conocido también como material granular, está constituido por granos gruesos o partículas sueltas como las gravas y las arenas. Siendo el peso de las partículas quien se opone a las fuerzas de arrastre de la corriente.

•Sedimento COHESIVO: Está constituido por partículas de grano muy fino como las arcillas. En este caso la fuerza de cohesión es mucho más grande que el peso de cada grano por lo que es la que se opone a las fuerzas de arrastre de la corriente.

En los cursos naturales abundan mas los materiales no cohesivos. 

LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UN SEDIMENTO NO COHESIVO SON:

• Densidad y peso específico
• Tamaño
• Forma

DENSIDAD

Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un material: su densidad.
La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido un un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

PESO ESPECÍFICO

Suele llamarse peso específico al cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. Para calcularlo se divide el peso del cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa

TAMAÑO

El tamaño de las partículas es una de las propiedades de los sedimentos más importante y más utilizada. Definirlo no es fácil debido a que las formas que presentan es irregular. No obstante, suele definirse en términos de su volumen o de su velocidad de caída, o por la abertura de la malla de una criba o por sus dimensiones triaxiales.

El tamaño de las  partículas sedimentarias se obtiene normalmente midiendo en forma directa los fragmentos rocosos, cribando las arenas y las gravas y  sedimentando los limos y las arcillas.

FORMA

La forma describe el aspecto o la apariencia de las partículas, independientemente de su tamaño,  densidad o composición mineralógica. La forma es una característica importante dada su influencia en el movimiento de las partículas que caen o se desplazan dentro del seno de un fluido.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SEDIMENTOS
La superficie de la tierra es atacada principalmente por dos agentes, el aire y el  agua. Dichos agentes son el detonante de los diversos procesos físicos y químicos que destruyen y transforman las rocas. Cuando esto ocurre se dice que la roca ha quedado intemperizada.

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE INTEMPERIZACION

•Los que causan la desintegración física o mecánica de las rocas.
•Los que originan descomposición química.

LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA COMPRENDE:

•Cambios periódicos de temperatura: Calentamiento y enfriamiento debido a cambios De temperatura diurnos o estacionales.
•Congelación: Al quedar atrapada el agua en los poros y fisura de la roca, al Congelarse se dilata provocando la fractura de la roca.

Productos Esperados: Gravas y Arenas Principalmente, en ocasiones limos (La roca es quebrada y luego se va fragmentando).

LA DESCOMPOSICIÓN QUÍMICA COMPRENDE:

• Oxidación: adición de iones oxígeno a los minerales de las rocas.
• REDUCCIÓN: Extracción de iones de oxígeno de los minerales que constituyen las rocas.
• Hidratación: Adición de agua a los minerales que forman las rocas.
• Carbonatación: Disolución del material de la roca por agua que contiene una cantidad importante de dióxido de carbono.

Productos esperados: Arcillas Principalmente.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES TRANSPORTADOS:

• Los transportados y depositados por el agua son conocidos como Material aluvial
•los transportados por el viento principalmente finos, ceniza Volcánica se denominan material eólico.



  • DISEÑO DE CAUCES SIN ARRASTRE.
La metodología existente para el diseño de canales cubre principalmente la selección adecuada de la sección hidráulica por donde fluye el agua, en condiciones de flujo uniforme y caudal máximo. Con este objeto algunos criterios se han presentado, aplicables a canales con y sin recubrimiento y aunque los criterios de diseño se dedujeron para las condiciones de flujo uniforme, su aplicación se puede extender en buena medida a las de flujo variado en cualquiera de sus formas.

Cualquiera que sea el canal por diseñar, el ingeniero debe conocer las propiedades del material que constituirá la plantilla y taludes después de efectuar la excavación  Dicho material formara el cuerpo del canal cuando no se recubra o servirá para soportar el recubrimiento cuando se utilice. También es importante conocer las propiedades del sedimento proveniente de otros sitios, que el agua va a transportar en suspensión  Estos aspectos son tratados con amplitud en este capitulo, para entender mejor los métodos de diseño de canales no revestidos,  así como el transporte de sedimentos que se expone en el siguiente capitulo.

Primero se exponen los procedimientos generales de diseño de los canales, recubiertos o no, consistentes en la selección del talud, las velocidades mínima y máxima del flujo y los criterios para estimar el libre bordo.

  • CONSIDERACIONES DE DISEÑO
El cuerpo de los canales sin recubrimiento y de los ríos se forma de materiales con partículas de forma, tamaño y propiedades diferentes, que varían desde grandes piedras a material coloidal. El material puede cambiar de una parte a otra a lo largo de la conducción y el del fondo a menudo difiere del que forma los taludes. Según sea la intensidad del flujo, el material no siempre es capaz de resistir la fuerza de arrastre generada por el agua, que crece conforme aumenta la velocidad. Se puede entonces producir el arrastre del material y el transporte de sedimentos en el seno de la corriente, con el proceso de erosión en las fronteras y el de deposito del material en las zonas donde disminuye la velocidad haciendo inestable al canal o al cauce.