cap5 el rio paraná en su tramo medio

37
Toniolo, H.A. (1999). Las divagaciones del thalweg del río Paraná. Tesis remitida a la Comisión de Post- Grado de la Fac. de Ing. y Cs. Hídricas. como parte '1 de los requisitos para la obtención del grado de Magister en Ingeniería de los Recursos Hídricos de la Univ. Nac. del Utoral. Toniolo, H.; M. L Amsler y C. G. Ramonell (1999). Prediction of the thalweg aspect ratio at a large alluvial river: the Paraná River (Argentina) , XXVIII Intem. Assoc. Hydraulics Res. Congress, Grass, Austria (en prensa). Yalin, M. S. (1992). Rf"ermechanics, Pergamon Press. Zapata Gollán, C. (1939). Aguas de la Provincia de Santa Fe. Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca de la Provincia de Santa Fe, Santa Fe. 5. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS . Y PROCESOS FLUVIALES ASOCIADOS Mario Luis AMSLER y Héctor Hugo PRENDES L 232

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Page 1: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Toniolo HA (1999) Las divagaciones del thalweg

del riacuteo Paranaacute Tesis remitida a la Comisioacuten de Postshy

Grado de la Fac de Ing y Cs Hiacutedricas como parte 1 de los requisitos para la obtencioacuten del grado de iexcl

Magister en Ingenieriacutea de los Recursos Hiacutedricos de

la Univ Nac del Utoral

Toniolo H M L Amsler y C G Ramonell (1999)

Prediction of the thalweg aspect ratio at a large

alluvial river the Paranaacute River (Argentina) XXVIII

Intem Assoc Hydraulics Res Congress Grass

Austria (en prensa)

Yalin M S (1992) Rfermechanics Pergamon Press

Zapata Gollaacuten C (1939) Aguas de la Provincia

de Santa Fe Ministerio de Agricultura Ganaderiacutea y

Pesca de la Provincia de Santa Fe Santa Fe

5

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Y PROCESOS FLUVIALES ASOCIADOS

Mario Luis AMSLER

y Heacutector Hugo PRENDES

L

232

5 235 Introduccioacuten

236 Conceptos baacutesicos 236 Concepto de corriente aluvial

238 Variables dimensionales yadimensionales habituales en el estudio de riacuteos aluviales

244 La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las

tensiones de corte

245 El transporte de sedimentos 245 Conceptos sobre transporte de sedimentos en

riacuteos aluviales 249 Antecedentes destacados sobre cuantificacioacuten

del transporte 250 Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

261 El transporte de fondo

270 Formas de Fondo 270 Conceptos generales sobre formas de fondo

271 Mediciones de formas de fondo 274 Caracterizacioacuten geomeacutetrica de las fotmas de

fondo en el tramo medio 279 Valores extiexclemos asociados con las crecientes

Importancia de ta geometriacutea del tramo

283 Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de

alturas longitudes y velocidades de

desplazamiento de dunas

290 La resistencia al escurrimiento

290 Conceptos generales sobre resistencia al

escurrimiento en corrientes aluviales 292 Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su

relacioacuten con el factor de friccioacuten 298 El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

300 La altura de rugosidad total k equivalente de arena

302 Bibliografiacutea

Introduccioacuten

El transpone de sedimenws en el riacuteo Paranaacute y sus procesos asociados

como la generacioacuten de formas de fondo y la influencia de esras uacuteltimas en

la resisrencia al escurrimienw han sido materia de permanente estudio

en la FICH desde fines de la deacutecada del 70 En sus comienzos las invesshy

tigaciones sobre este panicular se basaron middoten informacioacuten de campo proshy

veniente de ouas instituciones en especial de la Direccioacuten Nacional de

Construcciones Ponuarias y Viacuteas Navegables (DNCP y VN) que ha reashy

lizado mediciones desde principios de siglo

Posteriormenre fue posible incorporar a los estudios daws propios obshy

tenidos especiacuteficamente para este ripo de investigaciones o surgidos de

servicios encomendados a la Facultad por terceros que tuvieron como

objew la solucioacuten de diferenres problemas fluviales en disrinws secwres

del riacuteo (veacuteanse Capiacutetulos 9 y 10) En los uacuteltimos antildeos a los daws de camshy

po se antildeadieron los generados como consecuencia de experiencias de lashy

borawrio llevadas a cabo con creciente nivel de sofisticacioacuten disentildeadas

para examinar en detalle las caracteriacutesticas del escurrimiento sobre forshy

mas de fondo semejantes IiexclJ las del riacuteo Paranaacute

En este Capiacuterulo se exponen los resultados maacutes significarivos de las inshy

vesrigaciones mencionadas los cuales constituyen en conjunw un panorashy

ma actualizado del esrado del conocimienw en el riacuteo Paranaacute sobre esws

temas baacutesicos de la Hidraacuteulica Fluvial Se comienza ofreciendo una breve

siacutentesis de concepws teoacutericos necesarios para que ellecror no especializashy

do renga una comprensioacuten cabal de las marerias especiacuteficas tratadas

La primera de ellas es el rransporre de sedimemos en siacute mismo Se presenta

una descripcioacuten de las caracreriacutesricas y evaluacioacuten de sus disrimas modalidashy

des en el riacuteo Paranaacute (carga de lavado y de fondo) que permite arribar a estishy

maciones de la carga rotal de sedimemos que es transporrada anualmeme hasta

el Riacuteo de La Plata Se incluye aquiacute un detalle de algunos antecedemes disponishy

bles acerca de cuanri Rcaciones realizadas sobre esre parricular

235

U no de los procesos derivados del transpone de sedimenros en corrienshy

tes aluviales es la deformacioacuten del fondo en ondulaciones de diversos tishy

pos En el caso del riacuteo Paranaacute su lecho estaacute cubierro de dunas de variadas

dimensiones seguacuten el secror de cauce que se considera y la inrensidad de

la corriente Las caracteriacutesticas geomeacuterricas de estas formas la alteracioacuten

de esa geometrfa en funcioacuten del estado del riacuteo la prediccioacuten de sus dishy

mensiones y velocidad de desplazamienro consriruyen los principales punros

que se rratan sobre esta temaacutetica

Se finaliza el Caprulo con el anaacutelisis del problema de la resistencia al

escurrimienro evaluando los distinros facrores que inrervienen en ella y

su incidencia sobre los paraacutemerros de la corrienre En este conrexto se

brindan merodologiacuteas verificadas en el riacuteo Paranaacute destinadas a estimar los

valores tiacutepicos del coeficienre de rugosidad n de Manning o el facror de

friccioacuten f de Darcy-Weisbach Se demuesrra asimismo queacute tipo de

dunas denrro de las distintas jerarquiacuteas de formas que cubren el lecho del

riacuteo tienen mayor influencia en la alrura de rugosidad rotal k del cauce

Cabe aclarar por uacuteltimo que rodos los valores cuanritativos de los distinshy

ros paraacutemerros rratados del do tienen impliacutecito un grado de confiabilidad

variable que es funcioacuten principalmenre de la canridad y calidad de daros con

que fueron verificados Como es bien sabido por los ingenieros fluvial es

las mediciones sedimenroloacutegicas de campo en corrienres aluviales involucran

errores imporranres quizaacutes inrolerables en orras ramas de la ingenieriacutea en

muchos casos por deficiencias inevitables de los meacuterodos empleados oporshy

runamenre a lo largo del Capiacuterulo se hace referencia a este aspecro fundashy

menral a fin de que ellecror pueda jusripreciar adecuadamenre las diversas

valoraciones presenradas Es de des racar que en uacutelrima instancia la mayoshy

riacutea de ellas son soacutelo aproximaciones sobre difetenres facetas de la realidad

de un fenoacutemeno natural complejo El mismo es consecuencia de la

inreraccioacuten de numerosas variables Alguhas de ellas de gran imporrancia

como el caudal morfoloacutegico regisrran un proceso de cambio consisrenre

duranre los uacutelrimos 30 anos (veacutease Capiacuterulo 4) Orras como los niveles de

rurbulencia del escurrimienro comienzan a ser medidas soacutelo recienremenre

(Loacutepez y orros 1998) por medio de meacuterodos auacuten no incorporados a la

hidromerriacutea claacutesica

Conceptos baacutesicos

Concepto de corriente aluvial

El esrudio con fines cienriacuteficos yo ingenieriles de un riacuteo co mo el Paranaacute

involucra enfrenrarse con problemas derivados de las interacciones que se

produsen enrre un fluido en movimienro (el agua) y el sedimento de divershy

so tipo y ramano rransponado por aqueacutel Pane de ese sedimenco a su

vez proviene del material que consriruye el propio cauce del riacuteo

Yalin (1977) grafica esra siruacioacuten partiendo de un escurrirnienro conshy

ftnado en un conrorno de marerial granular (no cohesivo) tal como se

aprecia en Figura 51

A

Diagrama de10

Considerando por un lado el diagrama AB de las fuerzas por unidad de

aacuterea o tensio nes de corte 1 que el escurrimienro ejerce sobre el conrorno0

y por otro el diagrama de las fuerzas unitarias o tensiones de corte 1 que

resisten esa accioacuten (que dependen enrre orros facrores del peso sumergido

de las paniacuteculas que forman el contorno el coeficienre de friccioacuten entre

ellas etc) se adviene que eg cieno sector AoBo del lecho las tensiones 1 0

so n mayores que 1 En esas circunsrancias se dice que el escurrimienro

transporta el material o sedimento que compone el fondo Es decir dado un

cieno sedimenro formando el conrorno su transporte en definitiva seraacute

una funcioacuten de la estrucrura mecaacutenica del escurrimienro (ie de su pesoacute

especiacutefico g de la profundidad h de la pendienre de energiacutea 1) que

como es bien sabido condiciona el valor que adopta 1 (veacutease por ejemshy0

plo Henderson 1966)

Por orra parre las observaciones experimenrales tamo en laborarorio como

en el campo demuesrran que el movimiento del sedimemo puede produshy

cir enrre orros fenoacutemenos la deformacioacuten del fondo en ondas la difushy

sioacuten de partiacuteculas en el seno del fluido etc y que estOs hechos afectan a

su vez a la estructura mecaacutenica del escurrimiemo (ie a los valores que

alcancen h yo 1)

237

FigUra 51 Esquema de una seccioacuten transversal de cauce aluvial con diagramas de tensiones actuantes

236

I

Se deduce que en un escurrimiento como el descripto los movimientos

del fluido (la fase liacutequida) y del sedimento (la ase soacutelida) son interdeprndirntes

Ninguno de ellos puede ser es tudiado sin tener en cuenta las propiedades

mecaacutenicas del otro En otras palabras el movimiento simultaacuteneo de dos ases

(liacutequida y soacutelida) constituye una totalidad mecaacutenica inseparable

Para resolver completamen te los problemas fluviales que en definitiva

surgen de esta mezcla de fluido y soacutel idos dentro de contornos que se deforshy

man a traveacutes de ptocesos de erosioacuten y depositacioacuten es necesario contar con

ecuaciones que describan

a) el escurr imi ento del fluido

b) el tr~nsporte de sedimentos

c) la geometriacutea del contorno

En sentido estricto todas estas ecuaciones deberiacutean resolverse simultaacuteneashy

mente En la actualidad la modelacioacuten matemaacutetica propone procedimientos

maacutes o menos complejos tendientes a este objetivo (Raudkivi 1990)

Una corriente de esta naturaleza es lo que se denomina

Corriente aluvial bull Transporta el sedimento que compone su propio cauce que a su vez

influye en el escurrimiento

bull Posee co ntornos no fijos o conocidos a priori

M aacutes al laacute de sectores limitados del lecho yo maacutergenes fijos en general el

riacuteo Paranaacute presenta este tipo de caracteriacutesticas en sus tramos medio e infeshy

rio r es decir entre Paso de la Patria (km 1240) Ysu delta (km 231) Todos

los procedimientos foacutermulas etc que se presentan en este Capiacutetulo fueshy

ron ver ificados yo aplicados con datos provenientes de este sector por lo

tanto su extensioacuten a otros tramos del riacuteo debe efectuarse con precauciones

por ejemplo entre Paso de la Patria y Yaciretaacute (km 1464) donde en algunos

puntOS del cauce se producen afloramientos rocosos en el lecho que hacen

que la corriente en esos lugares no posea caractedsricas netamente aluviales

Variables dimensionales y adimensionales habituales

en el estudio de riacuteos aluviales

Las corrientes naturales no se com port an por lo general como

escurrimientos uniformes bidimens ionales y permanentes Para ilus trar

es te concepto en Figura 52 se presentan registros longitudinales del fonshy

do del riacuteo Paranaacute a la altura de Vi lla Urquiza (km 6 19) en donde el

t )

~

~

rr f I ~ ~ i I i I ll j ~

r-- Iiexcl -- -~ bull 1

1

~ iexcl l iexcl -

1 iexcl U ltti ~ iexcl --~ 1 middot i j l middot 1 l

~ ~I ~ r ~

1I I E

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1

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~ o O e 2

~ E~ ro ro 0 000 q u) -o ~ ~ ~ ro rr -g ~ l o ~ m ~

~ g ~ ~ ~

cn (l)~ ~ --

~ e- ~ ~ gJ roro

~~ sect 6 o gt 3 3

~~~E ~ ~ ~ ~ iE ~QJro (lJQ)il a a a a

~ 11 shy

g ~ sect 11middot - r

- ~ ~

L

239 238

iexcl

3

-2

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fO E o~5lt -1 (Il o iexcll a w

6shy lo rtsect o

1

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~~~~ 1 1

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f-~-F 1 I 1

fmiddotmiddot L l ~ ~ 1 I iexclJ- ] I bull L~_w-d

JlJli----1 iexcl~1(

1

1 iexcljr--lt----cshyiexcl iexcl J 11lj -~

f++++--shy middotf9(1~~ bull 1 I I 1 ilt1 I

1111 r I

~ 11 ~ Ili~ I I -1

I 1

1 i I 11

I _ I ~ ~L~ O ~ L ~ ~ _ ~ _~ I ~_ j ~ ~ ro

ro shy ~ e Uuml oJ ib

J ()

e OiSi e t amp -

Eh e Hmiddot~i

lt1l~

()g Qiexcl

E ~

~ ro Q) S E 2O 15 shy~ ~ gt shy lo ~ e gt o gtshy~roshy

e ~ 5 N

O

E C t5 ggt ro ~

~5 ~ I gt 1 1 CiCri7tf launl ap af ~o l _ 3 o ui (Iiexcl Q iexcl~Jiexcleiacutet~

~ E (l) Q) QOagtaCIluw u 1rI I Tiacuteiacutet =t

240

escurrimiento es aproximadamente uniforme Pero en Figura 53 se apreshy

cian registros del mismo rramo de Villa Urquiza y en el secror del Tuacutenel

Subfluvial (km 602) con una clara no uniformidad de la corriente Por

arra parre en Cuadro 51 se muesrra la fuene rridimensionalidad del

escurrimiento del riacuteo Paranaacute rambieacuten frenre a Villa Urquiza a traveacutes de

~ la variacioacuten transversal entre maacutetgenesizquierda y derecha de varios de

sus paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos Tambieacuten se advienen alliacuteI las marcadas diferencias de los valores miacutenimos (m) maacuteximos (M) y

medios ( x ) de las variables en cada punro consecuencia de los diversos es radas que puede rener el riacuteo en el riempo

Cuadro 5 1 Variacioacuten transversal de paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentol6gicos en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Lugar h Uuml q[m) dg T[mIs) Clg[ms) [mm) oC] m M x m M x m M x 3 90MI 800 601 054 111 088 209 868 550 0600 160

I 13middot30120 1860 1570 100MO 174 139 1290 3220 2220 0300 140

MI margen izquierda MD margen derecha m M x valores miacutenimo maacuteximo y medio respectivamente h ~ profundidad uuml = velocidad media en la vertical Q ~ caudal especifiCo d = tamantildeo medio del sedimento de fondo o = desviacuteo estaacutendar de la distribucioacuten de tamantildeos 1

r = temperatura del agua (rango de variacioacuten de temperaturas en el Paranaacute Medio)

Ademaacutes de es ras caracreriacutesricas de las corrientes naturales existen roshy

daviacutea muchos problemas de la fluidodinaacutemica en riacuteos como los asociados

a la turbulencia fenoacutemenos de capa liacutemire y difusioacuten de parriacuteculas en el seno de un fluido insuficienremenre resuelros o comprendidos

Dadas esras circunstancias el grado de complejidad de los fenoacutemenos

involucrados es tal q1te aun en la acrualidad muchos problemas de la

Hidraacuteulica Fluvial se formulan de manera de poder resolverlos con las

expresiones maacutes simples y manejables del escurrimienro permanenre uniforme y bidimensional

Bajo estas condiciones Yalin (1977) demuestra que cualquier propieshy

dad de una corrienre aluvial compuesra con fondo granular no cohesivo

puede ser expresada como una variables adimensionales

1 pu 2

1=(Ys-Y)ds (Ps-p)gds

R= (uds )

tJ

cierra funcioacuten de las siguienres cuarro

2 U

tensioacuten de corte adimensional o (s -l)gds nuacutemero de movilidad

nuacutemero de Reynolds del grano

241

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

-shylt-----

lt-----shy

ltshy

ltO

~ gtIJ)

Ji ~~ E -J ro

1 g JJ--ciexcl

2 dj (J)

f-u rl lO ro ~shylaquoJ-~ ~ gt laquo iexcl==-E8 laquoLZ ~ gt

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251

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1

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

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~ ~~ e~ 9 ~ -- ~8~~6~gbullbull~bullbull gt~

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~~ ---- ~~ ~ ~~_--- ~~ i

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Iiexclfil U9~CJ1~UOO JIIlPUA$~ 0Ys~

g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

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middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

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1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 2: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

5 235 Introduccioacuten

236 Conceptos baacutesicos 236 Concepto de corriente aluvial

238 Variables dimensionales yadimensionales habituales en el estudio de riacuteos aluviales

244 La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las

tensiones de corte

245 El transporte de sedimentos 245 Conceptos sobre transporte de sedimentos en

riacuteos aluviales 249 Antecedentes destacados sobre cuantificacioacuten

del transporte 250 Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

261 El transporte de fondo

270 Formas de Fondo 270 Conceptos generales sobre formas de fondo

271 Mediciones de formas de fondo 274 Caracterizacioacuten geomeacutetrica de las fotmas de

fondo en el tramo medio 279 Valores extiexclemos asociados con las crecientes

Importancia de ta geometriacutea del tramo

283 Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de

alturas longitudes y velocidades de

desplazamiento de dunas

290 La resistencia al escurrimiento

290 Conceptos generales sobre resistencia al

escurrimiento en corrientes aluviales 292 Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su

relacioacuten con el factor de friccioacuten 298 El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

300 La altura de rugosidad total k equivalente de arena

302 Bibliografiacutea

Introduccioacuten

El transpone de sedimenws en el riacuteo Paranaacute y sus procesos asociados

como la generacioacuten de formas de fondo y la influencia de esras uacuteltimas en

la resisrencia al escurrimienw han sido materia de permanente estudio

en la FICH desde fines de la deacutecada del 70 En sus comienzos las invesshy

tigaciones sobre este panicular se basaron middoten informacioacuten de campo proshy

veniente de ouas instituciones en especial de la Direccioacuten Nacional de

Construcciones Ponuarias y Viacuteas Navegables (DNCP y VN) que ha reashy

lizado mediciones desde principios de siglo

Posteriormenre fue posible incorporar a los estudios daws propios obshy

tenidos especiacuteficamente para este ripo de investigaciones o surgidos de

servicios encomendados a la Facultad por terceros que tuvieron como

objew la solucioacuten de diferenres problemas fluviales en disrinws secwres

del riacuteo (veacuteanse Capiacutetulos 9 y 10) En los uacuteltimos antildeos a los daws de camshy

po se antildeadieron los generados como consecuencia de experiencias de lashy

borawrio llevadas a cabo con creciente nivel de sofisticacioacuten disentildeadas

para examinar en detalle las caracteriacutesticas del escurrimiento sobre forshy

mas de fondo semejantes IiexclJ las del riacuteo Paranaacute

En este Capiacuterulo se exponen los resultados maacutes significarivos de las inshy

vesrigaciones mencionadas los cuales constituyen en conjunw un panorashy

ma actualizado del esrado del conocimienw en el riacuteo Paranaacute sobre esws

temas baacutesicos de la Hidraacuteulica Fluvial Se comienza ofreciendo una breve

siacutentesis de concepws teoacutericos necesarios para que ellecror no especializashy

do renga una comprensioacuten cabal de las marerias especiacuteficas tratadas

La primera de ellas es el rransporre de sedimemos en siacute mismo Se presenta

una descripcioacuten de las caracreriacutesricas y evaluacioacuten de sus disrimas modalidashy

des en el riacuteo Paranaacute (carga de lavado y de fondo) que permite arribar a estishy

maciones de la carga rotal de sedimemos que es transporrada anualmeme hasta

el Riacuteo de La Plata Se incluye aquiacute un detalle de algunos antecedemes disponishy

bles acerca de cuanri Rcaciones realizadas sobre esre parricular

235

U no de los procesos derivados del transpone de sedimenros en corrienshy

tes aluviales es la deformacioacuten del fondo en ondulaciones de diversos tishy

pos En el caso del riacuteo Paranaacute su lecho estaacute cubierro de dunas de variadas

dimensiones seguacuten el secror de cauce que se considera y la inrensidad de

la corriente Las caracteriacutesticas geomeacuterricas de estas formas la alteracioacuten

de esa geometrfa en funcioacuten del estado del riacuteo la prediccioacuten de sus dishy

mensiones y velocidad de desplazamienro consriruyen los principales punros

que se rratan sobre esta temaacutetica

Se finaliza el Caprulo con el anaacutelisis del problema de la resistencia al

escurrimienro evaluando los distinros facrores que inrervienen en ella y

su incidencia sobre los paraacutemerros de la corrienre En este conrexto se

brindan merodologiacuteas verificadas en el riacuteo Paranaacute destinadas a estimar los

valores tiacutepicos del coeficienre de rugosidad n de Manning o el facror de

friccioacuten f de Darcy-Weisbach Se demuesrra asimismo queacute tipo de

dunas denrro de las distintas jerarquiacuteas de formas que cubren el lecho del

riacuteo tienen mayor influencia en la alrura de rugosidad rotal k del cauce

Cabe aclarar por uacuteltimo que rodos los valores cuanritativos de los distinshy

ros paraacutemerros rratados del do tienen impliacutecito un grado de confiabilidad

variable que es funcioacuten principalmenre de la canridad y calidad de daros con

que fueron verificados Como es bien sabido por los ingenieros fluvial es

las mediciones sedimenroloacutegicas de campo en corrienres aluviales involucran

errores imporranres quizaacutes inrolerables en orras ramas de la ingenieriacutea en

muchos casos por deficiencias inevitables de los meacuterodos empleados oporshy

runamenre a lo largo del Capiacuterulo se hace referencia a este aspecro fundashy

menral a fin de que ellecror pueda jusripreciar adecuadamenre las diversas

valoraciones presenradas Es de des racar que en uacutelrima instancia la mayoshy

riacutea de ellas son soacutelo aproximaciones sobre difetenres facetas de la realidad

de un fenoacutemeno natural complejo El mismo es consecuencia de la

inreraccioacuten de numerosas variables Alguhas de ellas de gran imporrancia

como el caudal morfoloacutegico regisrran un proceso de cambio consisrenre

duranre los uacutelrimos 30 anos (veacutease Capiacuterulo 4) Orras como los niveles de

rurbulencia del escurrimienro comienzan a ser medidas soacutelo recienremenre

(Loacutepez y orros 1998) por medio de meacuterodos auacuten no incorporados a la

hidromerriacutea claacutesica

Conceptos baacutesicos

Concepto de corriente aluvial

El esrudio con fines cienriacuteficos yo ingenieriles de un riacuteo co mo el Paranaacute

involucra enfrenrarse con problemas derivados de las interacciones que se

produsen enrre un fluido en movimienro (el agua) y el sedimento de divershy

so tipo y ramano rransponado por aqueacutel Pane de ese sedimenco a su

vez proviene del material que consriruye el propio cauce del riacuteo

Yalin (1977) grafica esra siruacioacuten partiendo de un escurrirnienro conshy

ftnado en un conrorno de marerial granular (no cohesivo) tal como se

aprecia en Figura 51

A

Diagrama de10

Considerando por un lado el diagrama AB de las fuerzas por unidad de

aacuterea o tensio nes de corte 1 que el escurrimienro ejerce sobre el conrorno0

y por otro el diagrama de las fuerzas unitarias o tensiones de corte 1 que

resisten esa accioacuten (que dependen enrre orros facrores del peso sumergido

de las paniacuteculas que forman el contorno el coeficienre de friccioacuten entre

ellas etc) se adviene que eg cieno sector AoBo del lecho las tensiones 1 0

so n mayores que 1 En esas circunsrancias se dice que el escurrimienro

transporta el material o sedimento que compone el fondo Es decir dado un

cieno sedimenro formando el conrorno su transporte en definitiva seraacute

una funcioacuten de la estrucrura mecaacutenica del escurrimienro (ie de su pesoacute

especiacutefico g de la profundidad h de la pendienre de energiacutea 1) que

como es bien sabido condiciona el valor que adopta 1 (veacutease por ejemshy0

plo Henderson 1966)

Por orra parre las observaciones experimenrales tamo en laborarorio como

en el campo demuesrran que el movimiento del sedimemo puede produshy

cir enrre orros fenoacutemenos la deformacioacuten del fondo en ondas la difushy

sioacuten de partiacuteculas en el seno del fluido etc y que estOs hechos afectan a

su vez a la estructura mecaacutenica del escurrimiemo (ie a los valores que

alcancen h yo 1)

237

FigUra 51 Esquema de una seccioacuten transversal de cauce aluvial con diagramas de tensiones actuantes

236

I

Se deduce que en un escurrimiento como el descripto los movimientos

del fluido (la fase liacutequida) y del sedimento (la ase soacutelida) son interdeprndirntes

Ninguno de ellos puede ser es tudiado sin tener en cuenta las propiedades

mecaacutenicas del otro En otras palabras el movimiento simultaacuteneo de dos ases

(liacutequida y soacutelida) constituye una totalidad mecaacutenica inseparable

Para resolver completamen te los problemas fluviales que en definitiva

surgen de esta mezcla de fluido y soacutel idos dentro de contornos que se deforshy

man a traveacutes de ptocesos de erosioacuten y depositacioacuten es necesario contar con

ecuaciones que describan

a) el escurr imi ento del fluido

b) el tr~nsporte de sedimentos

c) la geometriacutea del contorno

En sentido estricto todas estas ecuaciones deberiacutean resolverse simultaacuteneashy

mente En la actualidad la modelacioacuten matemaacutetica propone procedimientos

maacutes o menos complejos tendientes a este objetivo (Raudkivi 1990)

Una corriente de esta naturaleza es lo que se denomina

Corriente aluvial bull Transporta el sedimento que compone su propio cauce que a su vez

influye en el escurrimiento

bull Posee co ntornos no fijos o conocidos a priori

M aacutes al laacute de sectores limitados del lecho yo maacutergenes fijos en general el

riacuteo Paranaacute presenta este tipo de caracteriacutesticas en sus tramos medio e infeshy

rio r es decir entre Paso de la Patria (km 1240) Ysu delta (km 231) Todos

los procedimientos foacutermulas etc que se presentan en este Capiacutetulo fueshy

ron ver ificados yo aplicados con datos provenientes de este sector por lo

tanto su extensioacuten a otros tramos del riacuteo debe efectuarse con precauciones

por ejemplo entre Paso de la Patria y Yaciretaacute (km 1464) donde en algunos

puntOS del cauce se producen afloramientos rocosos en el lecho que hacen

que la corriente en esos lugares no posea caractedsricas netamente aluviales

Variables dimensionales y adimensionales habituales

en el estudio de riacuteos aluviales

Las corrientes naturales no se com port an por lo general como

escurrimientos uniformes bidimens ionales y permanentes Para ilus trar

es te concepto en Figura 52 se presentan registros longitudinales del fonshy

do del riacuteo Paranaacute a la altura de Vi lla Urquiza (km 6 19) en donde el

t )

~

~

rr f I ~ ~ i I i I ll j ~

r-- Iiexcl -- -~ bull 1

1

~ iexcl l iexcl -

1 iexcl U ltti ~ iexcl --~ 1 middot i j l middot 1 l

~ ~I ~ r ~

1I I E

l ~y

1

-r - ~

g

~ o O e 2

~ E~ ro ro 0 000 q u) -o ~ ~ ~ ro rr -g ~ l o ~ m ~

~ g ~ ~ ~

cn (l)~ ~ --

~ e- ~ ~ gJ roro

~~ sect 6 o gt 3 3

~~~E ~ ~ ~ ~ iE ~QJro (lJQ)il a a a a

~ 11 shy

g ~ sect 11middot - r

- ~ ~

L

239 238

iexcl

3

-2

1 o o

fO E o~5lt -1 (Il o iexcll a w

6shy lo rtsect o

1

iexcl 1

~~~~ 1 1

~r i ~

~

e

f-~-F 1 I 1

fmiddotmiddot L l ~ ~ 1 I iexclJ- ] I bull L~_w-d

JlJli----1 iexcl~1(

1

1 iexcljr--lt----cshyiexcl iexcl J 11lj -~

f++++--shy middotf9(1~~ bull 1 I I 1 ilt1 I

1111 r I

~ 11 ~ Ili~ I I -1

I 1

1 i I 11

I _ I ~ ~L~ O ~ L ~ ~ _ ~ _~ I ~_ j ~ ~ ro

ro shy ~ e Uuml oJ ib

J ()

e OiSi e t amp -

Eh e Hmiddot~i

lt1l~

()g Qiexcl

E ~

~ ro Q) S E 2O 15 shy~ ~ gt shy lo ~ e gt o gtshy~roshy

e ~ 5 N

O

E C t5 ggt ro ~

~5 ~ I gt 1 1 CiCri7tf launl ap af ~o l _ 3 o ui (Iiexcl Q iexcl~Jiexcleiacutet~

~ E (l) Q) QOagtaCIluw u 1rI I Tiacuteiacutet =t

240

escurrimiento es aproximadamente uniforme Pero en Figura 53 se apreshy

cian registros del mismo rramo de Villa Urquiza y en el secror del Tuacutenel

Subfluvial (km 602) con una clara no uniformidad de la corriente Por

arra parre en Cuadro 51 se muesrra la fuene rridimensionalidad del

escurrimiento del riacuteo Paranaacute rambieacuten frenre a Villa Urquiza a traveacutes de

~ la variacioacuten transversal entre maacutetgenesizquierda y derecha de varios de

sus paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos Tambieacuten se advienen alliacuteI las marcadas diferencias de los valores miacutenimos (m) maacuteximos (M) y

medios ( x ) de las variables en cada punro consecuencia de los diversos es radas que puede rener el riacuteo en el riempo

Cuadro 5 1 Variacioacuten transversal de paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentol6gicos en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Lugar h Uuml q[m) dg T[mIs) Clg[ms) [mm) oC] m M x m M x m M x 3 90MI 800 601 054 111 088 209 868 550 0600 160

I 13middot30120 1860 1570 100MO 174 139 1290 3220 2220 0300 140

MI margen izquierda MD margen derecha m M x valores miacutenimo maacuteximo y medio respectivamente h ~ profundidad uuml = velocidad media en la vertical Q ~ caudal especifiCo d = tamantildeo medio del sedimento de fondo o = desviacuteo estaacutendar de la distribucioacuten de tamantildeos 1

r = temperatura del agua (rango de variacioacuten de temperaturas en el Paranaacute Medio)

Ademaacutes de es ras caracreriacutesricas de las corrientes naturales existen roshy

daviacutea muchos problemas de la fluidodinaacutemica en riacuteos como los asociados

a la turbulencia fenoacutemenos de capa liacutemire y difusioacuten de parriacuteculas en el seno de un fluido insuficienremenre resuelros o comprendidos

Dadas esras circunstancias el grado de complejidad de los fenoacutemenos

involucrados es tal q1te aun en la acrualidad muchos problemas de la

Hidraacuteulica Fluvial se formulan de manera de poder resolverlos con las

expresiones maacutes simples y manejables del escurrimienro permanenre uniforme y bidimensional

Bajo estas condiciones Yalin (1977) demuestra que cualquier propieshy

dad de una corrienre aluvial compuesra con fondo granular no cohesivo

puede ser expresada como una variables adimensionales

1 pu 2

1=(Ys-Y)ds (Ps-p)gds

R= (uds )

tJ

cierra funcioacuten de las siguienres cuarro

2 U

tensioacuten de corte adimensional o (s -l)gds nuacutemero de movilidad

nuacutemero de Reynolds del grano

241

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

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251

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

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Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

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~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

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Oacute ~ w ~

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1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 3: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

U no de los procesos derivados del transpone de sedimenros en corrienshy

tes aluviales es la deformacioacuten del fondo en ondulaciones de diversos tishy

pos En el caso del riacuteo Paranaacute su lecho estaacute cubierro de dunas de variadas

dimensiones seguacuten el secror de cauce que se considera y la inrensidad de

la corriente Las caracteriacutesticas geomeacuterricas de estas formas la alteracioacuten

de esa geometrfa en funcioacuten del estado del riacuteo la prediccioacuten de sus dishy

mensiones y velocidad de desplazamienro consriruyen los principales punros

que se rratan sobre esta temaacutetica

Se finaliza el Caprulo con el anaacutelisis del problema de la resistencia al

escurrimienro evaluando los distinros facrores que inrervienen en ella y

su incidencia sobre los paraacutemerros de la corrienre En este conrexto se

brindan merodologiacuteas verificadas en el riacuteo Paranaacute destinadas a estimar los

valores tiacutepicos del coeficienre de rugosidad n de Manning o el facror de

friccioacuten f de Darcy-Weisbach Se demuesrra asimismo queacute tipo de

dunas denrro de las distintas jerarquiacuteas de formas que cubren el lecho del

riacuteo tienen mayor influencia en la alrura de rugosidad rotal k del cauce

Cabe aclarar por uacuteltimo que rodos los valores cuanritativos de los distinshy

ros paraacutemerros rratados del do tienen impliacutecito un grado de confiabilidad

variable que es funcioacuten principalmenre de la canridad y calidad de daros con

que fueron verificados Como es bien sabido por los ingenieros fluvial es

las mediciones sedimenroloacutegicas de campo en corrienres aluviales involucran

errores imporranres quizaacutes inrolerables en orras ramas de la ingenieriacutea en

muchos casos por deficiencias inevitables de los meacuterodos empleados oporshy

runamenre a lo largo del Capiacuterulo se hace referencia a este aspecro fundashy

menral a fin de que ellecror pueda jusripreciar adecuadamenre las diversas

valoraciones presenradas Es de des racar que en uacutelrima instancia la mayoshy

riacutea de ellas son soacutelo aproximaciones sobre difetenres facetas de la realidad

de un fenoacutemeno natural complejo El mismo es consecuencia de la

inreraccioacuten de numerosas variables Alguhas de ellas de gran imporrancia

como el caudal morfoloacutegico regisrran un proceso de cambio consisrenre

duranre los uacutelrimos 30 anos (veacutease Capiacuterulo 4) Orras como los niveles de

rurbulencia del escurrimienro comienzan a ser medidas soacutelo recienremenre

(Loacutepez y orros 1998) por medio de meacuterodos auacuten no incorporados a la

hidromerriacutea claacutesica

Conceptos baacutesicos

Concepto de corriente aluvial

El esrudio con fines cienriacuteficos yo ingenieriles de un riacuteo co mo el Paranaacute

involucra enfrenrarse con problemas derivados de las interacciones que se

produsen enrre un fluido en movimienro (el agua) y el sedimento de divershy

so tipo y ramano rransponado por aqueacutel Pane de ese sedimenco a su

vez proviene del material que consriruye el propio cauce del riacuteo

Yalin (1977) grafica esra siruacioacuten partiendo de un escurrirnienro conshy

ftnado en un conrorno de marerial granular (no cohesivo) tal como se

aprecia en Figura 51

A

Diagrama de10

Considerando por un lado el diagrama AB de las fuerzas por unidad de

aacuterea o tensio nes de corte 1 que el escurrimienro ejerce sobre el conrorno0

y por otro el diagrama de las fuerzas unitarias o tensiones de corte 1 que

resisten esa accioacuten (que dependen enrre orros facrores del peso sumergido

de las paniacuteculas que forman el contorno el coeficienre de friccioacuten entre

ellas etc) se adviene que eg cieno sector AoBo del lecho las tensiones 1 0

so n mayores que 1 En esas circunsrancias se dice que el escurrimienro

transporta el material o sedimento que compone el fondo Es decir dado un

cieno sedimenro formando el conrorno su transporte en definitiva seraacute

una funcioacuten de la estrucrura mecaacutenica del escurrimienro (ie de su pesoacute

especiacutefico g de la profundidad h de la pendienre de energiacutea 1) que

como es bien sabido condiciona el valor que adopta 1 (veacutease por ejemshy0

plo Henderson 1966)

Por orra parre las observaciones experimenrales tamo en laborarorio como

en el campo demuesrran que el movimiento del sedimemo puede produshy

cir enrre orros fenoacutemenos la deformacioacuten del fondo en ondas la difushy

sioacuten de partiacuteculas en el seno del fluido etc y que estOs hechos afectan a

su vez a la estructura mecaacutenica del escurrimiemo (ie a los valores que

alcancen h yo 1)

237

FigUra 51 Esquema de una seccioacuten transversal de cauce aluvial con diagramas de tensiones actuantes

236

I

Se deduce que en un escurrimiento como el descripto los movimientos

del fluido (la fase liacutequida) y del sedimento (la ase soacutelida) son interdeprndirntes

Ninguno de ellos puede ser es tudiado sin tener en cuenta las propiedades

mecaacutenicas del otro En otras palabras el movimiento simultaacuteneo de dos ases

(liacutequida y soacutelida) constituye una totalidad mecaacutenica inseparable

Para resolver completamen te los problemas fluviales que en definitiva

surgen de esta mezcla de fluido y soacutel idos dentro de contornos que se deforshy

man a traveacutes de ptocesos de erosioacuten y depositacioacuten es necesario contar con

ecuaciones que describan

a) el escurr imi ento del fluido

b) el tr~nsporte de sedimentos

c) la geometriacutea del contorno

En sentido estricto todas estas ecuaciones deberiacutean resolverse simultaacuteneashy

mente En la actualidad la modelacioacuten matemaacutetica propone procedimientos

maacutes o menos complejos tendientes a este objetivo (Raudkivi 1990)

Una corriente de esta naturaleza es lo que se denomina

Corriente aluvial bull Transporta el sedimento que compone su propio cauce que a su vez

influye en el escurrimiento

bull Posee co ntornos no fijos o conocidos a priori

M aacutes al laacute de sectores limitados del lecho yo maacutergenes fijos en general el

riacuteo Paranaacute presenta este tipo de caracteriacutesticas en sus tramos medio e infeshy

rio r es decir entre Paso de la Patria (km 1240) Ysu delta (km 231) Todos

los procedimientos foacutermulas etc que se presentan en este Capiacutetulo fueshy

ron ver ificados yo aplicados con datos provenientes de este sector por lo

tanto su extensioacuten a otros tramos del riacuteo debe efectuarse con precauciones

por ejemplo entre Paso de la Patria y Yaciretaacute (km 1464) donde en algunos

puntOS del cauce se producen afloramientos rocosos en el lecho que hacen

que la corriente en esos lugares no posea caractedsricas netamente aluviales

Variables dimensionales y adimensionales habituales

en el estudio de riacuteos aluviales

Las corrientes naturales no se com port an por lo general como

escurrimientos uniformes bidimens ionales y permanentes Para ilus trar

es te concepto en Figura 52 se presentan registros longitudinales del fonshy

do del riacuteo Paranaacute a la altura de Vi lla Urquiza (km 6 19) en donde el

t )

~

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~ E (l) Q) QOagtaCIluw u 1rI I Tiacuteiacutet =t

240

escurrimiento es aproximadamente uniforme Pero en Figura 53 se apreshy

cian registros del mismo rramo de Villa Urquiza y en el secror del Tuacutenel

Subfluvial (km 602) con una clara no uniformidad de la corriente Por

arra parre en Cuadro 51 se muesrra la fuene rridimensionalidad del

escurrimiento del riacuteo Paranaacute rambieacuten frenre a Villa Urquiza a traveacutes de

~ la variacioacuten transversal entre maacutetgenesizquierda y derecha de varios de

sus paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos Tambieacuten se advienen alliacuteI las marcadas diferencias de los valores miacutenimos (m) maacuteximos (M) y

medios ( x ) de las variables en cada punro consecuencia de los diversos es radas que puede rener el riacuteo en el riempo

Cuadro 5 1 Variacioacuten transversal de paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentol6gicos en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Lugar h Uuml q[m) dg T[mIs) Clg[ms) [mm) oC] m M x m M x m M x 3 90MI 800 601 054 111 088 209 868 550 0600 160

I 13middot30120 1860 1570 100MO 174 139 1290 3220 2220 0300 140

MI margen izquierda MD margen derecha m M x valores miacutenimo maacuteximo y medio respectivamente h ~ profundidad uuml = velocidad media en la vertical Q ~ caudal especifiCo d = tamantildeo medio del sedimento de fondo o = desviacuteo estaacutendar de la distribucioacuten de tamantildeos 1

r = temperatura del agua (rango de variacioacuten de temperaturas en el Paranaacute Medio)

Ademaacutes de es ras caracreriacutesricas de las corrientes naturales existen roshy

daviacutea muchos problemas de la fluidodinaacutemica en riacuteos como los asociados

a la turbulencia fenoacutemenos de capa liacutemire y difusioacuten de parriacuteculas en el seno de un fluido insuficienremenre resuelros o comprendidos

Dadas esras circunstancias el grado de complejidad de los fenoacutemenos

involucrados es tal q1te aun en la acrualidad muchos problemas de la

Hidraacuteulica Fluvial se formulan de manera de poder resolverlos con las

expresiones maacutes simples y manejables del escurrimienro permanenre uniforme y bidimensional

Bajo estas condiciones Yalin (1977) demuestra que cualquier propieshy

dad de una corrienre aluvial compuesra con fondo granular no cohesivo

puede ser expresada como una variables adimensionales

1 pu 2

1=(Ys-Y)ds (Ps-p)gds

R= (uds )

tJ

cierra funcioacuten de las siguienres cuarro

2 U

tensioacuten de corte adimensional o (s -l)gds nuacutemero de movilidad

nuacutemero de Reynolds del grano

241

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

o o o o o o Q) gt ltJ)cn Erod) ~ ~ ~ M ~ - Lntilde ~~ ui e~~

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bull 811

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Iiexclfil U9~CJ1~UOO JIIlPUA$~ 0Ys~

g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 4: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Se deduce que en un escurrimiento como el descripto los movimientos

del fluido (la fase liacutequida) y del sedimento (la ase soacutelida) son interdeprndirntes

Ninguno de ellos puede ser es tudiado sin tener en cuenta las propiedades

mecaacutenicas del otro En otras palabras el movimiento simultaacuteneo de dos ases

(liacutequida y soacutelida) constituye una totalidad mecaacutenica inseparable

Para resolver completamen te los problemas fluviales que en definitiva

surgen de esta mezcla de fluido y soacutel idos dentro de contornos que se deforshy

man a traveacutes de ptocesos de erosioacuten y depositacioacuten es necesario contar con

ecuaciones que describan

a) el escurr imi ento del fluido

b) el tr~nsporte de sedimentos

c) la geometriacutea del contorno

En sentido estricto todas estas ecuaciones deberiacutean resolverse simultaacuteneashy

mente En la actualidad la modelacioacuten matemaacutetica propone procedimientos

maacutes o menos complejos tendientes a este objetivo (Raudkivi 1990)

Una corriente de esta naturaleza es lo que se denomina

Corriente aluvial bull Transporta el sedimento que compone su propio cauce que a su vez

influye en el escurrimiento

bull Posee co ntornos no fijos o conocidos a priori

M aacutes al laacute de sectores limitados del lecho yo maacutergenes fijos en general el

riacuteo Paranaacute presenta este tipo de caracteriacutesticas en sus tramos medio e infeshy

rio r es decir entre Paso de la Patria (km 1240) Ysu delta (km 231) Todos

los procedimientos foacutermulas etc que se presentan en este Capiacutetulo fueshy

ron ver ificados yo aplicados con datos provenientes de este sector por lo

tanto su extensioacuten a otros tramos del riacuteo debe efectuarse con precauciones

por ejemplo entre Paso de la Patria y Yaciretaacute (km 1464) donde en algunos

puntOS del cauce se producen afloramientos rocosos en el lecho que hacen

que la corriente en esos lugares no posea caractedsricas netamente aluviales

Variables dimensionales y adimensionales habituales

en el estudio de riacuteos aluviales

Las corrientes naturales no se com port an por lo general como

escurrimientos uniformes bidimens ionales y permanentes Para ilus trar

es te concepto en Figura 52 se presentan registros longitudinales del fonshy

do del riacuteo Paranaacute a la altura de Vi lla Urquiza (km 6 19) en donde el

t )

~

~

rr f I ~ ~ i I i I ll j ~

r-- Iiexcl -- -~ bull 1

1

~ iexcl l iexcl -

1 iexcl U ltti ~ iexcl --~ 1 middot i j l middot 1 l

~ ~I ~ r ~

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~ E~ ro ro 0 000 q u) -o ~ ~ ~ ro rr -g ~ l o ~ m ~

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~~ sect 6 o gt 3 3

~~~E ~ ~ ~ ~ iE ~QJro (lJQ)il a a a a

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g ~ sect 11middot - r

- ~ ~

L

239 238

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fO E o~5lt -1 (Il o iexcll a w

6shy lo rtsect o

1

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~~~~ 1 1

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fmiddotmiddot L l ~ ~ 1 I iexclJ- ] I bull L~_w-d

JlJli----1 iexcl~1(

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f++++--shy middotf9(1~~ bull 1 I I 1 ilt1 I

1111 r I

~ 11 ~ Ili~ I I -1

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I _ I ~ ~L~ O ~ L ~ ~ _ ~ _~ I ~_ j ~ ~ ro

ro shy ~ e Uuml oJ ib

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e ~ 5 N

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~5 ~ I gt 1 1 CiCri7tf launl ap af ~o l _ 3 o ui (Iiexcl Q iexcl~Jiexcleiacutet~

~ E (l) Q) QOagtaCIluw u 1rI I Tiacuteiacutet =t

240

escurrimiento es aproximadamente uniforme Pero en Figura 53 se apreshy

cian registros del mismo rramo de Villa Urquiza y en el secror del Tuacutenel

Subfluvial (km 602) con una clara no uniformidad de la corriente Por

arra parre en Cuadro 51 se muesrra la fuene rridimensionalidad del

escurrimiento del riacuteo Paranaacute rambieacuten frenre a Villa Urquiza a traveacutes de

~ la variacioacuten transversal entre maacutetgenesizquierda y derecha de varios de

sus paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos Tambieacuten se advienen alliacuteI las marcadas diferencias de los valores miacutenimos (m) maacuteximos (M) y

medios ( x ) de las variables en cada punro consecuencia de los diversos es radas que puede rener el riacuteo en el riempo

Cuadro 5 1 Variacioacuten transversal de paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentol6gicos en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Lugar h Uuml q[m) dg T[mIs) Clg[ms) [mm) oC] m M x m M x m M x 3 90MI 800 601 054 111 088 209 868 550 0600 160

I 13middot30120 1860 1570 100MO 174 139 1290 3220 2220 0300 140

MI margen izquierda MD margen derecha m M x valores miacutenimo maacuteximo y medio respectivamente h ~ profundidad uuml = velocidad media en la vertical Q ~ caudal especifiCo d = tamantildeo medio del sedimento de fondo o = desviacuteo estaacutendar de la distribucioacuten de tamantildeos 1

r = temperatura del agua (rango de variacioacuten de temperaturas en el Paranaacute Medio)

Ademaacutes de es ras caracreriacutesricas de las corrientes naturales existen roshy

daviacutea muchos problemas de la fluidodinaacutemica en riacuteos como los asociados

a la turbulencia fenoacutemenos de capa liacutemire y difusioacuten de parriacuteculas en el seno de un fluido insuficienremenre resuelros o comprendidos

Dadas esras circunstancias el grado de complejidad de los fenoacutemenos

involucrados es tal q1te aun en la acrualidad muchos problemas de la

Hidraacuteulica Fluvial se formulan de manera de poder resolverlos con las

expresiones maacutes simples y manejables del escurrimienro permanenre uniforme y bidimensional

Bajo estas condiciones Yalin (1977) demuestra que cualquier propieshy

dad de una corrienre aluvial compuesra con fondo granular no cohesivo

puede ser expresada como una variables adimensionales

1 pu 2

1=(Ys-Y)ds (Ps-p)gds

R= (uds )

tJ

cierra funcioacuten de las siguienres cuarro

2 U

tensioacuten de corte adimensional o (s -l)gds nuacutemero de movilidad

nuacutemero de Reynolds del grano

241

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

-shylt-----

lt-----shy

ltshy

ltO

~ gtIJ)

Ji ~~ E -J ro

1 g JJ--ciexcl

2 dj (J)

f-u rl lO ro ~shylaquoJ-~ ~ gt laquo iexcl==-E8 laquoLZ ~ gt

2

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2

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8 2~

E

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ItlJ] en~e ap lalN

251

[r~wl U9pellU03gtUOO o giexcliexcliexcl sect

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ex)laquo en M

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E ~3

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l (ntildeo ~iquest

~reED

1

t

Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

o o o o o o Q) gt ltJ)cn Erod) ~ ~ ~ M ~ - Lntilde ~~ ui e~~

~ ~~ e~ 9 ~ -- ~8~~6~gbullbull~bullbull gt~

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~ -- ~-~- bullbull

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-lt ~ - tlm

bull 811

~~ ---- ~~ ~ ~~_--- ~~ i

ro ~~ o ~ N o N

Iiexclfil U9~CJ1~UOO JIIlPUA$~ 0Ys~

g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

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~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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Perfiles observados de velocidad en un tramo del

riacuteo Paranaacute Anaacutelisis teoacuterico Memorias XIV

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(Chapter II - Sediacutement transportation meehanics

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ASCE No 54 Vito A Vanoni Ed New York 745 p

305

Page 5: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

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~ E (l) Q) QOagtaCIluw u 1rI I Tiacuteiacutet =t

240

escurrimiento es aproximadamente uniforme Pero en Figura 53 se apreshy

cian registros del mismo rramo de Villa Urquiza y en el secror del Tuacutenel

Subfluvial (km 602) con una clara no uniformidad de la corriente Por

arra parre en Cuadro 51 se muesrra la fuene rridimensionalidad del

escurrimiento del riacuteo Paranaacute rambieacuten frenre a Villa Urquiza a traveacutes de

~ la variacioacuten transversal entre maacutetgenesizquierda y derecha de varios de

sus paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos Tambieacuten se advienen alliacuteI las marcadas diferencias de los valores miacutenimos (m) maacuteximos (M) y

medios ( x ) de las variables en cada punro consecuencia de los diversos es radas que puede rener el riacuteo en el riempo

Cuadro 5 1 Variacioacuten transversal de paraacutemetros hidraacuteulicos y sedimentol6gicos en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Lugar h Uuml q[m) dg T[mIs) Clg[ms) [mm) oC] m M x m M x m M x 3 90MI 800 601 054 111 088 209 868 550 0600 160

I 13middot30120 1860 1570 100MO 174 139 1290 3220 2220 0300 140

MI margen izquierda MD margen derecha m M x valores miacutenimo maacuteximo y medio respectivamente h ~ profundidad uuml = velocidad media en la vertical Q ~ caudal especifiCo d = tamantildeo medio del sedimento de fondo o = desviacuteo estaacutendar de la distribucioacuten de tamantildeos 1

r = temperatura del agua (rango de variacioacuten de temperaturas en el Paranaacute Medio)

Ademaacutes de es ras caracreriacutesricas de las corrientes naturales existen roshy

daviacutea muchos problemas de la fluidodinaacutemica en riacuteos como los asociados

a la turbulencia fenoacutemenos de capa liacutemire y difusioacuten de parriacuteculas en el seno de un fluido insuficienremenre resuelros o comprendidos

Dadas esras circunstancias el grado de complejidad de los fenoacutemenos

involucrados es tal q1te aun en la acrualidad muchos problemas de la

Hidraacuteulica Fluvial se formulan de manera de poder resolverlos con las

expresiones maacutes simples y manejables del escurrimienro permanenre uniforme y bidimensional

Bajo estas condiciones Yalin (1977) demuestra que cualquier propieshy

dad de una corrienre aluvial compuesra con fondo granular no cohesivo

puede ser expresada como una variables adimensionales

1 pu 2

1=(Ys-Y)ds (Ps-p)gds

R= (uds )

tJ

cierra funcioacuten de las siguienres cuarro

2 U

tensioacuten de corte adimensional o (s -l)gds nuacutemero de movilidad

nuacutemero de Reynolds del grano

241

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

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g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

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l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 6: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

ds rugosidad relativa

h

fL=s densidad o gravedad especiacutefica de las partiacuteculas

p

donde Y = P g peso especiacutefico de las paniacuteculas de sedimento

P densidad de las paniacuteculas

g aceleracioacuten de la gravedad

Y = P g peso especiacutefico del agua

p densidad del agua

v viscosidad cinemaacutetica del agua d diaacutemetro representativo del sedimento de fondo

U = ~ velocidad de cone

(el resto de los siacutembolos ya fue presentado)

De manera funcional el concepto se puede expresar

(51)TIA= ltP A [1 R hd p p J

donde TIA es cualquier propiedad del escurrimiento bifaacutesico (transpone

de sedimentos velocidad media de la corriente altura longitud y velocidad

de desplazamiento de dunas etc) expresada de manera adimensional Estas

cuatro variables son necesarias y suficientes para una completa definicioacuten

del fenoacutemeno bifaacutesico pero no todas pueden aparecer en la expresioacuten

simplificada de una propiedad TIAparticular como se veraacute en lo que sigue

De las cuatro variables la maacutes importante es la tensioacuten de corte

adimensionaL 1bull Es posible demostrar que la misma es la relacioacuten entre

las fuerzas activas del escurrimiento representadas por 10 que aparece en

el numerador y las resistentes de la partiacutecula (en esencia su peso sumergido)

que figuran en el denominador Se deduce que cuantO maacutes grande es 1

para un dado tamantildeo de granos (ie cuando crece 1~ o la fuerza activa) la

partiacutecula se moveraacute con mayor facilidad (de ahiacute el nombre de nuacutemero

de movilidad para esta variable) y creceraacute el transporte de sedimentos

Por el contrario cuando Lose aproxima por arriba a un umbral inferior

e Otensioacuten de corre criacutetica o de iniciacioacuten del movimientO (ver Figura

51) el transporte disminuye hasta cesar por completo cuando o s e En

estas circunstancias para partiacuteculas de arena mayores que - 2 mm L c ( =

eI (Y - y) d) 005 - 006 (Vanoni 1975b)

La otra variable que sigue en imporrancia es el nuacutemero de Reynolds del

grano el cual permite conocer las condiciones del escurrimiento en torno

de las partiacuteculas que se transportan por el fondo Es decir de acuerdo a

su tamantildeo la viscosidad del agua (en el caso de tas maacutes pequentildeas) puede

influir en su movimiento o no tener ninguna importancia en el transporte

(en la situacioacuten de los maacutes grandes) Estos hechos determinan que los fondos

se comporten como lisos en transicioacuten o rugosos de acuerdo al valocque

adopte R bull Yalin (1992) considera un valor de R 35 como liacutemite de

influencia de los efectos viscosos Por encima de este valor se rendriacutea una

condicioacuten rugosa del fondo y R ya no se deberiacutea considerar como una

variable de influencia en el fenoacutemeno bifaacutesico

OtrOS paraacutemetros habituales utilizados en las distintas formulaciones y

meacutetodos de la hidraacuteulica fluvial normalmente asociados con las variables

adimensionales citadas son los siguientes

bull Velocidad terminal de caiacuteda de la partiacutecula w Es la velocidad de caiacuteda

uniforme que adquiere un grano de diaacutemetro d cayendo solo en una

columna de agua sin efecros de contorno a una temperatura dada

Interviene en numerosos caacutelculos de erosioacuten y sedimentacioacuten en corrientes

aluviales Su valor se establece en base a tablas o graacuteficos para los disrintos

tamantildeos y temperaturas de caiacuteda (Vanoni 1975a)

bull Tamantildeo del sedimento Los diaacutemetros de los sedimentos fluviales se clasifican

de acuerdo con la conocida escala de tamantildeos de Wentworrh (Vanoni

1975a) Seguacuten ella los grandes liacutemites de tamantildeos de los disrintos tipos de

sedimentos posibles de encontrar en los riacuteos aluviales son los siguientes

- Cantos rodados muy grandes a pequentildeos 4096 - 256 mmmiddot

- Guijarros grandes a p~quentildeos 256 64 mm

Gravas muy gruesas a muy finas 64 2 mm

- Arenas muy gruesas a muy finas 2 - 0062 mm

- Limos gruesos a muy finos 0062 - 0004 mm

- Arcillas gruesas a muy finas 0004 - 000024 mm

Normalmente los sedimentos fluviales estaacuten constituidos por

proporciones variables de uno o maacutes rangos de los diaacutemetros presentados

conformando distribuciones de donde se extrae la informacioacuten de tamantildeos

caracteriacutesticos comuacutenmente usados en los caacutelculos d50

(mediana de la

distribucioacuten) d ( =~dI6 d84 media geomeacutetrica de la distribucioacuten) a (g g

=~d84 d l6 desviacuteo estaacutendar geomeacutetrico de la distribucioacuten) d6 d s4

d9o (diaacutemetros para el cual el 16 84 90 de la distribucioacuten

es maacutes fino)

242 243

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

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251

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

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~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

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Oacute ~ w ~

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 7: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 54 Rugosidades Y tensiones de corte de grano y fonna sobre una duna aluvial

La rugosidad del fondo y la divisioacuten de las tensiones de corte

El hecho de que el fondo de las corrientes aluviales por lo general no sea plano

sino que esteacute recubierro con formas de diverso cipo (Figuras 52 Y53 maacutes adelante

se brinda la clasificacioacuten de los ripos de formas de fondo que pueden aparecer en

corrientes narurales) determina que la alrura de rugosidad tOtal k en el lecho de

un riacuteo sea distinta de la considerada por Nikuradse (del orden del tamantildeo del

grano de arena) en sus claacutesicos aperimenros en cuberiacuteas (Schlichuacuteng 1979)

En realidad en riacuteos aluviales esa altura de rugosidad estariacutea constituida

esencialmente por dos componentes (Figura 54)

(52)k k~ + k~0=

DC 0 --7 V~ _ __)6

to bull ~ ---4f J _~--3il~~_~~Lt~-- ~ - ~- ~ - 1 _ _ _ __ _ _ _~iexcl~ o~ lt~~~ _~ _

~ - = ~

k~ altuta de rugosidad debida al grano en la cara de aguas arriba de la

duna o rizo (= 2d seguacuten Engelund 1966 = 3 d9o seguacuten Van Rijn 1984w = 2 d

j O seguacuten Yalin 1992)

k altura de rugosidad por forma a causa de la zona de separacioacuten de

escurrimienro en la cata de aguas abajo de la duna o rizo Dependeraacute de

H y HIA de acuerdo a Yalin (1977) Teniendo en cuenta esros hechos la tensioacuten de cone 1 requerida por

0

el escurrimiento para vencer la res istencia generada por los dos tipos de

rugosidad descripros se invierre en Un arrasue asociado a k sobre los granos en la cara de aguas arriba

de las dunas que producen una resistencia superficial en esa zona y que se

denomina tensioacuten de cone de grano 10

Un arrasrre asociado a k producro de la peacuterdida de energiacutea debida

a la separacioacuten aguas abajo de las dunas y que se conoce como tensioacuten de

cone por forma t )middoto

Es decir que la tensioacuten de con e 1 en corrientes aluviales se suele dividir 0

por las r~nes anteriores en al menos dos componentes

(53)1 0 =t~ +1

244

En el dtulo La resisrencia al escurrimientoraquo se demuesrra coacutemo ambas

componentes es raacuten clarame nte asoc iadas a ks y ks Normalmente en

escurrimientos aluviales como el del riacuteo Paranaacute una rercera resistencia originada

por la difusi9n de partiacuteculas en el seno del fluido es muy pequentildea comparada

con las de grano y forma por lo que no se la considera en la divisioacuten de

El transporte de sedimentos

Conceptos sobre transporte de sedimentos en riacuteos aluviales

Las corrientes aluviales uansporran dos tipos de sedimentOs o dicho de ouo

modo la fase soacutelida en movimiento estaacute consrieuida por dos clases de materiales

bull e rranspone de material de fondo

bull la carga de lavado

El transpone de fondo

Estaacute compuesro como se de duce de la propia definicioacuten de curso aluvial

por el material del propio cauce del do Las paniacuteculas del transpone de

fondo se pueden mover de diferentes modos seguacuten la relacioacuten exis tente

entre su tamantildeo y la capacidad de la corriente para transponarlas Esos

modos so n los siguientes (Figura 55)

Rodamiento y deslizamiento 1 J ~ Carga de fondo

Carga totalSaltacioacuten ~ de material de fondo

Suspensioacuten

e

yt h

DC

---7 carga en

suspensioacuten

J carga de fondo shy 1

r x

Figura 55 Modos en que se transporta el sedimento de fon do

245

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

-shylt-----

lt-----shy

ltshy

ltO

~ gtIJ)

Ji ~~ E -J ro

1 g JJ--ciexcl

2 dj (J)

f-u rl lO ro ~shylaquoJ-~ ~ gt laquo iexcl==-E8 laquoLZ ~ gt

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251

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1

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

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~~ ---- ~~ ~ ~~_--- ~~ i

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Iiexclfil U9~CJ1~UOO JIIlPUA$~ 0Ys~

g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

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--01

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 8: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

La carga de fondo estaacute conformada por rodos aquellos granos que seacute trasladan

por algunos de los modos mencionados casi en permanente contacto con e

fondo dentro de una capa de espesor 10 Este espesor se identifica con la altura

de un cierto salto liacutemite para un dado tamantildeo de paniacutecula

Cuando se incrementa -ro (ie -r) algunos granos en movimiento se

difunden en e seno del fluido debido a la turbulencia y forman la carga

en suspensioacuten del material de fondo que se antildeade a la primera (siempre

que haya carga en suspensioacuten la carga de fondo estaraacute t~mbieacuten presente)

En consecuencia la carga total de material de fondo por unidad de ancho

g expresada en volumen o peso por unidad de tiempo estaraacute dada por la

suma de la carga de fondo gl y la carga en suspensioacuten g

g ~ 1r + g (54)

Habitualmente en la literatura especiacutefica el transpone viene expresado

de manera adimensional de siguiente modo

ltIgt- gplll - [(y _y)dl (5 5)

si g posee dimensiones de [Peso] ([Tiempo] [Longitud])

El transpone adimensional lt1gt es una de las propiedades ITA del

escurrimienro bifaacutesico que de acuerdo a la ecuacioacuten 51 estaraacute expresada

por alguna funcioacuten de las cuatro variables adimensionales baacutesicas En este

sentido es posible comprobar que la mayoriacutea de las foacutermulas que aparecen

en la literatura especializada para cuantificar el transpone de sedimenros

en riacuteos se reducen a una expresioacuten del siguiente tipo

lt1gt ~ ltPg (-r) (5 6)

y en e caso de las maacutes elaboradas teoacutericamente y en las maacutes modernas

(57) lt1gt ~ ltPg (-r R)

Se adviene que las foacutermulas de transpone tienen en cuenta una sola a lo

sumo dos de las 4 variables adimensionales que intervienen en e fenoacutemeno

Este hecho en algunos casos explica en parre la elevada imprecisioacuten que

normalmente posee eSte tipo de foacutermulas y la necesidad que surge de una

adecuada calibracioacuten previa a su utilizacioacuten con determinado fin ingenieril

tal como se demuestra maacutes adelante para la situacioacuten del riacuteo Paranaacute

La carga de lavado

La cargade lavado llamada a veces carga foraacutenea generalmente estaacute

formada por parrfculas muy finas que no se encuentran en cantidades

apreciables en el fondo del cauce ya que se transporraacuten casi permanentemente

en suspensioacuten a una velocidad aproximadamente igual a la de la cQrriente

(en alguna bibliografiacutea se las idenrifica como paniacuteculas en suspensioacuten

prolongada) Su concenrracioacuten estaacute determinada por la cantidad suministrada

a la corriente Este suministro es consecuencia fundamenralmente de la

erosioacuten laminar y en surcos que se produce sobre la cuenca de aporre que

depende de una serie de facrores y procesos fiacutesicos tales como

bull Pendiente de la superficie de la cuenca bull Cubierta vegetal

bull Tipo de suelo

bull Intensidad y distribucioacuten de las precipitaciones bull Tamantildeo de la gota de lluvia erc

Las concentraciones de paniacuteculas de carga de lavado son normalmenre

independientes de la potencia de la corrienre para transportarlas ya que

escurrimienros comparativamente de baja intensidad estaacuten faacutecilmenre

capacitados para transportar los sedimenros disponibles de este tipo

El hecho de que la carga de lavado esteacute constituida por gran05 muy finos

significa que los tamantildeos de limo y arcilla son preponderantes en su

composicioacuten Luego para distinguir de modo praacutectico a esta clase de

sedimento con el que proviene del fondo se establece el siguiente liacutemite

transporte de carga de lavado lt 50 - 70Iacutem-iquest material de fo ndoI

----shy(De contarse con informacioacuten detallada se pueden hacer ajustes maacutes precisos

de este liacutemite como el que se presenta para e riacuteo Paranaacute maacutes adelante)

Cabe destacar que en general en los cauces fluviale5 la mayor parte de sedimento transportado penenece a la carga de lavado

Si bien en un tramo de riacuteo aluvial donde se pretenda realizar alguacuten tipo

de obra la carga de lavado habitualmente no es considerada debido a que

en condiciones normales no incide en la estabilidad del tramo existen

ciertas situacione5 ante una disminucioacuten muy marcada en la velocidad de

la corriente donde su determinacioacuten adquiere imponancia ingenieril Son los casos de

bull Depositacioacuten en embalses o lagos (naturales y artificiales) bull Depositacioacuten en estuarios

bull Algunos accesos y daacutersenas de puerros fluviales

246 247

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

-shylt-----

lt-----shy

ltshy

ltO

~ gtIJ)

Ji ~~ E -J ro

1 g JJ--ciexcl

2 dj (J)

f-u rl lO ro ~shylaquoJ-~ ~ gt laquo iexcl==-E8 laquoLZ ~ gt

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251

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1

t

Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

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~~ ---- ~~ ~ ~~_--- ~~ i

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g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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l_r iexcl C) j ~ltgt _l t t ()

Oacute ~ w ~

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

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--01

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 9: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 56 Duna tiacutepica del fondo de una corriente aluvial

Carga [Otal de sedimenws Teni e ndo en cuenta lo expresado la carga roral de sedimenros

transponados por unidad de ancho a traveacutes de una seccioacuten transversal de

un cauce aluvial estaraacute dada por

(58)gT gf g+g~g+g

donde g carga de lavado por unidad de ancho

Multiplicando por el ancho B de la secc ioacuten se obtienen los

correspondientes valores para la seccioacuten completa Es dec ir

(59)GT ~ Gr + G + G ~ G + G wwu

con dimensiones de [peso] o [volumen] por unidad de [riempo]

Meacuterodo de desplazamienw de dunas para medicioacuten de la carga de fondo

Los principios y meacutewdos para la medicioacuten de los distIacutenros modos de

nanspone de sedimentos en corrientes aluviales conforman un campo tan

extenso dentro de la especialidad que su tratamiento aun sinteacutetico excede

completamente los objerivos d e este Capiacutetulo El lecwr interesado en

profundizar sobre eSte panicular puede recurrir a Benedicr (1975) Hayes

(1978) o al trarado maacutes reciente de Van Rijn (1993) Por su relacioacuten con lo que sigue a continuacioacuten se brindan algunos

concepws acerca del meacutewdo d e desplazamenro de dunas que permire

medir indirectamente la carga d e fondo gr en riacuteos aluviales Este

procedimienw ha sido utilizado en diversas oporrunidades en el riacuteo Paran aacute

(Sruckrarh 1969 DNCPyVN-CNEA 1977) Las formas de fondo de los cauces aluviales con escurrimienws en reacutegimen

subcriacuterico (veacutease laquoFormas de fondoraquo) no permanecen inmoacuteviles sino que

se mueven aguas abajo a una ciena velocidad Ud mucho menor que la de la

corriente (Figura 56)

DC -~

De observaciones experimentales se ha comprobado que ese desplazamiemo

se pwduce por erosioacuten de sus caras de aguas arriba y depositacioacuten en la cara

de aguas abajo Tambieacuten se ha verificado (FredsltjJe 1981) que en este proceso

praacutecticamente no panicipa el sedimento en suspensioacuten ya que el marerial

deposirado penenece fundamentalmeme a ampr Luego midiendo las dimensiones

y el desplazamiento de las dunas del lecho se demuesua que es posible

cuantificar la carga de fondo mediame la siguieme expresioacuten

gr ~ 066 (1 - P) H Ud (5l0)

donde

H alrura promedio de las dunas del lecho

Ud velocidad de desplazamienro de las dunas

P porosidad del marerial de fondo (~ 04 para arenas)

066 conStante de forma para las dunas narurales

Antecedente~ destacados sobre cuantificacioacuten del transporte

El esrudio del sedimenw rransponado por el riacuteo Paranaacute la mareria prima

con que la corriente modela eI paisaje fluvial tan variado y dinaacutemico que

caracteriza sus tramos medio e inferior paradoacutejicamente esraacute lejos de haber

sido complerado a pesar de la imporrancia del rema En efecw hasra la

primera mirad de los 90 no habiacutea resulrados publicados de estudios

especiacuteficos basados en mediciones sistemaacutericas y confiables qu e

permitieran conocer las panicularidades de los disrimos ripos de transpone

Los diversos aurores que se ocuparon de la mareria soacutelo produjeron

estimaciones fundadas en series de daros aislados o de corra duracioacuten Maacutes

auacuten una buena pane de es ras fuentes evaluaron el uanspone anual sin

discriminar entre carga de Iordfvado y marerial de fondo Con relacioacuten a es re

uacutelrimo ripo de sedimento los daros disponibles son rodaviacutea maacutes escasos

Entre los antecedemes maacutes salienres cabe mencionar a Soldano (1947)

Coua (1963) Deperris y Griffinc (1968) Sruckrarh (I969) Scaiexcliexclascini

(1971) LH (1974) Milli (1974) DNCP y VN - CNEA (J 977) Lelievre

y Navntofr (1980) Hopwood y Bucera (1982) Prendes (1983) e HYTSA

(I987) a los que se refiere al lecror interesado

Teniendo en cuema la informacioacuten medida sobre transpone de sedimento

informada en varios de los antecedentes cirados es posible aproximar el esrado

del conocimienw que se reniacutea sobre el particular hasta fines de la deacutecada del 80

En el Cuadro 52 se han agrupado los daws aludidos teniendo en cuenta su

procedencia el modo de rransporte que evaluacutean y Otras observaciones pertinentes

Se evidencia aquiacute lo mencionado anteriormente acerca de la escasa y fragmenrada

informacioacuten disponible sobre transpone de sedimentos en el riacuteo Paranaacute

248 249

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

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lt-----shy

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251

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1

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Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

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Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

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~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

-~ iexcl

--01

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 10: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

-iexcl 1

Cabe destacar asimismo que de acuerdo a varias de las fuentes citadas

pareceriacutea que la foacutermula de Engelund-Hansen (1967) para el caacutelculo de g

seriacutea apra para predecir esre valor en el riacuteo Paranaacute (Lelievre y Navntofr

1980 Prendes 1983 Hopwood y Buceta 1982)

Cuadro 52 Resumen de mediciones disponibles sobre transporte de sedimentos en el riacuteo Paranaacute hacia ftnes de la deacutecada del 80

Fuente Tipo de transporte

~ g g Gsf G G Giexcl

kgtsfm tfantildeo

Solda no (1947) 90x10~

Depetris y Griffin (1968) 112x10

6 1

Stuckrath (1969) 0 067(2

DNCPyVN-CNEA 0017(3 (1977)

Leliacuteevre y Navntoft 30x106

(1980)

HYTSA (1987) 92o1L4L 9~10iexcl5) 0757

UCorresponde al riacuteo Bermejo en a seccioacuten de Pto Expedicioacuten a 117 km de Su desembocadura Se lo incluye como referencia dada la infl uenCia que este (io ejerce sobre el ~ del Par3naacute 121 Va lor medio en el thalweg del riacuteo (h 11-14m) a la altura del Tuacutenel SubOuvia para niveles entre 240 y 310 m en el hidroacutemetro de PlO Paraniquest (JI Valor medio a la altu ra de Corrientes fuera de la zona del thalweg (h = 480 m) f 4 1Valor medio de dos aforos (aguas medIas) en la zona de margen izquierda (h 105 m) de la seccioacuten del km 565 del Paranaacute gt1 Idem que (4) en la zona central de la seccioacuten (h =43 m) 61 Idem que (4) en la zona del thalweg (h = 127 m) cercana a margen derecha

Es interesante sentildealar finalmente que combinando la informacioacuten para ampr y g~ proporcionada por diversas fuentes para similares profundidades y estados

del riacuteo en el Cuadro 52 es posible demostrar que la telacioacuten gampr para aguas

medias en el riacuteo Paranaacute es tariacutea entre 74 y 123 Ello en un principio ratificarla

la suposicioacuten realizada por Milli (1974) de 10 1 para esta relacioacuten en su trabajo

de aplicacioacuten de foacutermulas de transporte frente a Villa Urquiza

Carga de lavado - La influencia del riacuteo Bermejo

De acuerdo con lo explicado sObre la naruraleza de la carga de lavado en

cauces aluviates en el caso del tramo medio del riacuteo Paranaacute esra fraccioacuten

estaacute formada por limos y arcillas El tamantildeo liacutemite de las paniacuteculas que

perrenecen a la carga de tavado en este curso fue determinado por Drago y

Amsler (1988) teniendo en cuenta que este tipo de granos se encuentran en

250

I

1

-shylt-----

lt-----shy

ltshy

ltO

~ gtIJ)

Ji ~~ E -J ro

1 g JJ--ciexcl

2 dj (J)

f-u rl lO ro ~shylaquoJ-~ ~ gt laquo iexcl==-E8 laquoLZ ~ gt

2

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Z

o

()

laquo en M

2

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8 2~

E

~ LLiquest

middoti ~

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ItlJ] en~e ap lalN

251

[r~wl U9pellU03gtUOO o giexcliexcliexcl sect

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ex)laquo en M

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o ~r oBv 0

oco uo

E ~3

~~ shyCm 8 rl

gtshy0 shyr shym Erl

l (ntildeo ~iquest

~reED

1

t

Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

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g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 11: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

1

t

Figura 58 Relacioacuten entre concentraciones totales y caudales a la altura del Tuacutenel Subfluvial para la creciente de 1977 (tomado de Drago y Amsler 1988)

el cauce acrivo en m uy pequentildeas cantidades En base a muestras de material

de fondo obtenidas a lo largo del Paranaacute Medio y durante cinco antildeos (1976shy

198 1) en una seccioacuten proacutexima al Tuacutenel Subfluvial (Bertoldi de Pomar 1980

y 1984) los autores mencionados concluyeron que el diaacutemetro de 312 ~m es el liacutemite entre carga de lavado y las fracciones maacutes gruesas en suspensioacuten

Este tamantildeo es muy similar al es table~ido por Lelievre y Navntoft (1980)

37 -lm en sus med iciones frente a la ciudad de Corrientes De todos modos

si se tiene en cuenta que la presencia de limos en el lecho del cauce principal

es praacutecticamente despreciable (las muestras de Bettoldi de Pomar a lo latgo

del Paranaacute Medio tevelaron que los tamantildeos entre 62 -lm y 31 2 ~m no

superan el 25 en promedio y el 06 los inferiores a 312 -lm por otra

parte en las zonas con mayor sedimentacioacuten del cauce lo s pasos de

navegacioacute n la presencia de limos es insignificante (FICH 1995]) la

suposicioacuten que arcillas y limos en su tOtalidad representan la carga de lavado

no resultariacutea una simplificacioacuten cuestionable Es sabido (So ldano 1947 Cotra 13) que el origen del sedimento

maacutes fi no transportado en suspensioacuten por el riacuteo Paranaacute son los aportes del

riacuteo Bermejo En teacuterminos muy generales los caudales liacutequidos de es te riacuteo

son soacutelo un 5 de los del Paranaacute Med io (Capiacutetulo 2) mientras que el

volumen anual de sedimentoS finos apo rtados como se veraacute en lo que sigue

es superior al 80 Es dec ir agua y sedi mentos fin os prov ienen de

diferentes cuencas y como consecuencia de ello las concentraciones de

la carga de lavado e n el tramo medio del riacuteo Paranaacute so n m uy var iables

espacial y temporalmente sin guardar relacioacute n con la descarga liacutequida Este

hecho se puede aprecia r en Figuras 57 y 58 do nde se han vinculado

limnigramas y caudales a la altura del Tuacutenel Sub fluvial con los respectivos

hidrogramas de concentracio nes rotales durante los antildeos 1977 y 1978

=i _77

4001 MAY77~~ shy

iquest ~~ 11 AflR77 MM

~MAY17 bull ~ MAA17~ 300

s

g 200 0 JU77~ _ ~~

~ Cl ~ 8 e ~jUl11

JUl 17 100

ENE 11 MAA 77

50 I 10 000

15000 iexcl

20000

caudal [mJ sI

252

t

-iexcliexcl fA go u e -

ui ui__~--~ ~ ~ ~ oiacute a US S ~ ~ w iexcliexcl iexcliexcl

Vl a e ~ ~ ~ o u S 2 ~ ~ ~ ~ ci ~gt= g ~ ~ ~ ~~ ~ ro U ~ 9~ ] ~ ~ (1) ~ U) _

gQ ~ g~ u ~ middot~QjE (OQ) II) C laquo ~U) Q) QJ gt

~ Q E~ 1) wrls anb seuy s~w 5eln09Ject m8sect~~~c5

o o o o o o Q) gt ltJ)cn Erod) ~ ~ ~ M ~ - Lntilde ~~ ui e~~

~ ~~ e~ 9 ~ -- ~8~~6~gbullbull~bullbull gt~

~-_~ shy

~ -- ~-~- bullbull

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~

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~~~~~ ~~--A~~ -~

~- ~ ---_

-lt ~ - tlm

bull 811

~~ ---- ~~ ~ ~~_--- ~~ i

ro ~~ o ~ N o N

Iiexclfil U9~CJ1~UOO JIIlPUA$~ 0Ys~

g- g g -g ~-b --~-------~---

~ ~ ~ ~~ ~ ~ ~ ~ lwti I Op3w oQO)wlO

[swJ ogtnoo

253

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

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274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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ASCE No 54 Vito A Vanoni Ed New York 745 p

305

Page 12: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

El riacuteo Bermejo en sus naciemes estaacute conformado por numerosos afluemes

de reacutegimen torrencial que son los responsables de producir esta carga de lavado

Las lluvias imensas se producen en el veranomiddot emre los meses de octubre a

abril El resto del antildeo los apones sedimemario~ son menores y provienen soacutelo

del riacuteo lruya La mayor produccioacuten de sedimemos se obtiene emre los meses

de diciembre y febrero eacutepoca en la cual se producen en[fe 3 y 6 wrmentas

mensuales que generan escurrimiencos imporeames en la cuenca superior con

concencraciones elevadas a veces mayores a los 100 gell Este componamienco

se puede visualizar en Figura 59 para el periacuteodo comprendido entre 1961 y

1974 en la seccioacuten Zanja del Tigre a la salida de la alta cuenca Se incluyeron

alliacute asimismo daws grano meacutetricos de la carga suspendida del riacuteo San

Francisco uno de los principales afluences del Bermejo en la misma zona

Los sedimencos finos del Bermejo una vez erosionados en sus naciemes

se iexclransponan en suspensioacuten con elevadas concencraciones hasta llegar al

sistema Paranaacute ingresando primero al Paraguay y luego al propio riacuteo Paran aacute

en Confluencia En Figura 510 se demuestra es ta influencia del Bermejo

sobre el Paranaacute en base a dacos de concentraciones totales de codos los

riacuteos involucrados medidos entre 1971-74 durame e periodo de maacuteximos

aparees del sistema (diciem bre-mayo)

Figura 510 ) -r I 1 I I Cambios en las ~ - - -- - concentraciones iexcl 6 6iquest~ totales de ~6 1

sedimento en 6 6 6 ~ suspensioacuten en L~ 6 los nos -r---- 6 Paraguay y - -- Paranaacute por es influencia del Bermejo durante el periacuteOdO de maacuteximos aportes soacutelidos es valor mediO para cada grupo de concentrashyciones (tomado de Drago y Amsler 1988)

1()4 102 10

I =6489 mgA

103

Alto

Paranaacute

es =250mgl

Concen tracioacuten [mIJ

254

-

La carga de sedimentos proveniemes del Bermejo ingresa sobre la margen

derecha de Paranaacute o riginando concencraciones miacutes de 20 veces superiores

respecro de las de margen izquierda con agua re lativam e nte clara

su minis trada desde el Alw Paranaacute El 28 0395 y 0404 95 se midie ron

conce mraci on es de 1150 mgrll sobre marge n izquierda y menos de 50

mgrIiexcl en la margen derecha (Prendes y otros 1996) Esta diferencia de

concencraciones (Fow 51) llega a noiexclarse hasta proximidades de la ciudad de Gaya es decir maacutes de 20 0 kiloacutemetros ag uas abajo

Foto 5l

DIferencia de concentraciones entre maacutergenes iacutezquierda y derecha del riacuteo Parana Medio debido a la influenCIa del riacuteo Bermejo

255

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 13: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

El hecho que se muestra en Foro 51 pone de manifiesro los tiempos que

se necesitan (varios diacuteas) para que a pesar de los imporcances niveles de

turbulencia la mezcla se uniformice en roda la seccioacuten del cauce principal

Los afluences del iexclramo medio son arroyos y cursos menores que si bien

aporran tambieacuten sedimenros finos lo hacen en canc idades tales que

praacutecticamente no influyen sobre los valores rotales generados por las

descargas del Bermejo Los maacutes destacados seriacutean los arroyos Feliciano y

Cavalluacute Cuatiaacute ambos sobre margen izquierda

Camidades significativas de limos y arcillas parcicipan en la formacioacuten

de bancos e islas (ver Capiacutewlo 4) Tambieacuten es comuacuten enconuar abundames

proporciones de limos en el lecho de cauces secundarios menores con

francos procesos de col matacioacuten Un ejemplo notable lo co nsriwye el riacho

Barranqueras que no ciene capacidad de conducir las altas concencraciones

de sedimenros finos impuestas en su boca y las deposita en su incerior

Mediciones realizadas del material del cauce en cercaniacuteas de su

desembocadura evidencian porcemajes elevados (60-80) de limos y arcillas

depositados en el lecho Por su pane el valle aluvial encargado de amoniguar los niveles de las

c reci das recibe durance las mismas voluacutemenes de ca rga de lavado que

ingresan durante los desbordes del cauce principal En el valle las

velocidades disminuyen sustancialmeme existen zonas deprimidas como

lagunas y esteros donde so n praacutecticamente nulas y este sedimenro fino se

deposita generando a uaveacutes del tiempo la capa de cohesivos superficiales

que caracterizan la zona de islas y valle Si bien la ca rga de lavado

transportada por el cauce no inceracciona con su morfologiacutea hacia aguas

abajo el transporte y concenuaciones de esta fraccioacuten disminuyen en

proporciones auacuten no establecidas como co nsecuen cia de los procesos

descripros en oportunidad de las inundaciones Sin embargo el mayor

porcentaje de la carga de lavado impuesta aguas arriba del tramo medio

llega hasta el Riacuteo de la Plata donde sedimenta creando los conocidos

problemas de calado en los canales de navegacioacuten del eswario

En Cuadro 53 se puede apreciar la composicioacuten granulomeacutetrica de la

carga de lavado c~~ndo se registraron los picos de concentraciones a la

alwra del Tuacutenel Subfluvial en 1977 (Figura 57)

Se advierte que cuando se producen en la secc ioacuten los picos de

concentracioacuten se transporta el sedimenro en suspensioacuten maacutes fino y mejor

seleccionado consecuencia de que ocurren los maacuteximos porcemajes de

carga de lavado y de arcilla en suspensioacuten Si se cotejan esros valores con

los presemados en Figura 59 queda clara la influencia de las fracciones

finas del Bermejo en ellos

Fecha

Centro del cauce

Diaacutemetro medio liexclgtmJ

Desviacuteo estaacutendar Jrra~do

(J Fraccioacuten arcilla IJ

2811076 16 162 66 22

2701177 12 1 70 73 36

0110377 14 174 66 31

2810377 6 106 97 55

130477 7 126 93 51

250477 7 130 92 51

090577 7 133 92 49

2305(77 7 127 94 47

0606[77 7 131 92 47

250777 12 152 77 31

08108177 14 1 52 73 23

3111077 15 I 158 67 22

1411177 11 147 81 26

CuadroS3 Porcentajes maacuteximos y miacutemiddot nimos de carga de lavado y fraccioacuten de arcilla con diaacutemetros medios y desviacuteos estandar de todos los tamantildeos en suspensioacuten (promedios en la vertical de muestreo) (tomado de Drago y Amsler 19881

Otra informacioacuten de que se dispone en el tramo medio son los eswdios

de sedimentacioacuten en el embalse del Aprovechamiento Hidroeleacutectrico Paranaacute

Medio (Prendes 1981) En aquella oporcunidad se efecwaron mediciones

frecuemes del tranSporce de sedimenros en suspensioacuten en la seccioacuten del cierre

Chapetoacuten (aprox 30 km aguas arriba de Paranaacute) entre los meses de febrero

de 1980 y abril de 1981 Se obwvieron los siguiences resulrados

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d gt 50 )lm) 8750000 mIantildeo (8)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (50 )lm gtd gt 1 O)lm) 35230000 mIantildeo (32)

Caudal soacutelido en suspensioacuten (d lt 10 )lm) 65530000 mIantildeo (60)

G

Aporte medio rotal de sedimenro en suspensioacuten 109500000 mIantildeo

Como puede notarse en ese periacuteodo se midioacute que 100760000 enantildeo

es decir el 92 del transporte rotal en suspensioacuten corresponde a la carga

de lavado (adoptando dlt50 )lm como tamantildeo liacutemite de separacioacute n)

Tambieacuten se obwvo para esos dos antildeos de mediciones que el caudal medio

maacuteximo mensual de sedi mentos muy finos (dd O )lm) se ptodujo en el

mes de abril con un valor de aprox 6 tn s Drago y Amsler (1988)

detectaron tambieacuten que el mes de abril seriacutea la eacutepoca en que cabriacutea esperar

que ocurran en la zona las maacuteximas concemraciones provenientes del

Bermejo (Figura 57)

Con respecto al transpone citado de arenas en suspensioacuten (dgt 50 )lm)

corresponde destacar que el meacuterodo de medicioacuten empleado estariacutea

257 256

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

-~ iexcl

--01

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 14: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

subesrimando los valores Ello se debe a que el caprador urilizado (punrual

e insranraacute neo) no resulrariacutea eficienre para dere rminar e transpon e de las

paniacuteculas mayores (a renas) como asiacute ram poco el meacuterodo de muesrreo

empleado consistenre en 5 posiciones en cada verrical con un solo pUnto

proacuteximo al fondo donde se producen las mayores co ncen rraciones Esra

circunstancia explicariacutea la marcada diferencia con los valo res regisrrados

por Lel ievre y Navnrofr (1980) a la alrura de la ciudad de Co rrientes para

el mismo tipo de rranspone (Cuadro 52)

Dado que las mediciones de AyEE en e Paranaacute Medio se realizaron en

un periacuteodo muy cono (2 antildeo s) los estudios de sed im entacioacuten para e

embalse se desarrollaron urilizando como datos para la carga de lavado la

se rie maacutes exrensa d ispo nible Los aporees rorales se obruvieron sumando

el AIro Paranaacute (seccioacuten Ca ndelaria con daros de la d eacutecada del 70) y el

Bermejo (seccioacuten Zanja del Tigre con daros disponibles hasra 1970) y

suponiendo que los caudales soacutelidos de los demaacutes afluentes (riacuteo Paraguay

incluido) son despreciabl es y se co mpensariacutea n co n el aporre extra del

Bermejo entre Zanja del Tigre y su desembocadura en el Paraguay De

esra manera se dererminoacute que el transpone medio anua l resu lrariacutea de

aproximadamenre 87x 106 enantildeo de los cuales el 63 provendriacutea del riacuteo

Bermejo (Prendes 198 1)

Drago y Amsler (1988) por su paree median re daros de concenrraciones

rorales a la altura de Tuacutenel Subfluvial obrenidas duranre 5 afios (1976- 1981)

esrablecieron rranspones rorales en suspensioacute n del Paranaacute del orden de los

1128 x 106 en antildeo De esra carga roral al rededor de un 45 lo aportariacutea el

Bermejo durante el periacuteodo de maacuteximos aporres (diciembre-mayo) Seguacute n

esos auro res alrededor de 80 del transpone anual (902 x 106 rn~o) seriacutea

carga de lavado de la cual el 56 es sum inistrada po r el Bermejo Al evaluar

esras cifras se debe tener presenre lo adve trido por Drago y Amsler en cuan ro

a que la fraccioacuten arena en la carga roral anual esrariacutea subestimada debido al

muestreador y procedimienro de muestreo urilizados en sus mediciones O tro

daro interesanre que surge del trabajo de es ros aurores es que alrededot del

65 de la carga rotal anual en suspensioacuten del Paranaacute se transporta duranre

el periacuteodo de maacuteximos aporres soacutelidos (diciembre-mayo)

Desde la deacutecada del 70 y hasra la actual idad el potcenraje de sedimenros

que proporciona el Bermejo ha ido aume ntando como consecuencia del

aUmen ro de la cantidad de represas co nstruidas en el Airo Paranaacute que

r~r i enen p~rre de los sedim entos y e cambio general de las condiciones

middotmereoroloacutegi4s con mayores vo luacutemenes de precipiraciones parricularmente

eacuten -~~l~lcaacute del Bermejo

Info rmacioacuten que caracteriza el funcionamienro sedi menroloacutegico maacutes

recienre del uamo puede obtenerse de aforos soacute lidos realizados desde

1993 hasra la fecha (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de la Nacioacuten)

258

i Si bien no se han efectuado estudios detallados una simple observacioacute n

de esros daros perm ire advenir que las co ncenuacion es de sedi mentos

finos en suspensioacuten (carga de lavado) provenientes del Airo Paranaacute han

disminuido co nside rab lem en re y las del Bermejo han aumenrado

estim aacuten dose que en esra uacutelti ma deacutecada sus apones esrariacutean en e orden

del 80-85 del u anspo ne toral El AIro Paranaacute soacutelo prop orcion ariacutea

po rcenrajes del orden del 10 El resto corresponderiacutea a l Paraguay y demaacutes aAuerHes del u amo medio

Con respecro a la disnibucioacuten remporal co nsiderando que durante los

m eses de in vierno y primavera las lluvias en el Bermejo son miacutenimas se

puede inferir que enrre los meses de di ciemb re y abril la carga de lavado

de riacuteo Paran aacute provendriacutea cas i roralmente del riacuteo Bermejo Durante este

pedodo las concenrraciones medi as del sis rema se podriacutean ubicar entre los siguientes enrornos

Riacuteo Bermejo 3000 a 8000 grm 3

Riacuteo Paraguay 40 a 70 grm3

Alro Paranaacute l Oa 20 grlm3

Paranaacute Medio 100 a 300 grlm3

Con respecro a las co ncenr racion es maacuteximas de carga de lavado son

muy variab les ca da antildeo pero ex is ren algunos pocos va lores ext remos

medidos durante la uacutelrima deacutecada (Subsecrerariacutea de Recursos Hiacutedricos de

la Nacioacuten) que sin se r los maacuteximos ocurridos dan una buena idea del funcionamienro en siruaciones sed imenro loacutegicas ex trem as

Riacuteo Bermejo

Riacuteo Paraguay

Alro Paran aacute

Paran aacute Medio

15000 grlm 3 (veacutease tambieacuten Figu ra 59a) 150grm3

30 grm 3

450 grlm3 (veacutease tambieacuten Figura 57)

Los maacuteximos valores de caudales soacutelidos insranraacuteneos medidos de la ca rga de lavado del sis rema se podriacutean resumir de la siguienre manera

Riacuteo Bermejo 20 rns

Riacuteo Paraguay 04 rn s

Alro Paranaacute 06 ens

Paranaacute Medio 8 ms (soacutelo cauce principal)

Se adviene que exis re una imporranre arenuacioacuten del caudal soacutelido pico

desde e Bermejo al Paranaacute Medio Se inrerprera que es ro se debe a un a

disrribucioacuten maacutes uniforme en el tiempo de los aporres puntuales e inrensos

259

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

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~~~~~ ~ -~-(

-

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S ~ e

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 15: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

--------

ura 511 S Fiacuteg del tramo iquestPlanta nes shyde medlclo

de Villa Urquiza ) (km 619J A

IJ Jshy~J

1I ~ O

~

J-J J-~- ~

-_ ~

---- Perfil l (Pi)

~

-----

t l Perfil 3 (P3)

l~ VI ----- ________ -rL-- _O_I~__ _Margen previ a a la creciente 1982middot83

5001 F-

ti ------- Perfil S

(PS)0l 1001 umiddot cshym

C

Perfil 1 bull -- (Pi)

0-gt

260

~~_-

del Bermejo Asimismo esa descarga concentrada de sedimenros se

disuibuye no solamenre en el cauce principal sino tambieacuten en los

secundarios donde las velocidades son menores y la onda de

concentraciones se expande y atenuacutea en el tiempo No se debe descaHar

incluso la sedimentacioacuten de parte de la carga de lavado como se ha

explicado anreriormente sobre el valle aluvial cuando el riacuteo estaacute crecido

El transporte de fondo

Mediciones del transpone de fondo

La medicioacuten del rranspOHe de fondo en un riacuteo de las caracteriacutesticas del

Paranaacute no es una tarea sencilla de realizar Ello se debe entre Otros factores

a los grandes errores asociados a los captadores de sedimentos uanspoHados

por el fondo que se incrementan al tener que operarlos en presencia de

altas velocidades y profundidades de la corriente (H ubbell 1964)

La opcioacuten en grandes riacuteos es medir el tranSpOHe de la carga de fondo

gr mediante el meacutetodo indirecto de desplazamiento de formas de lecho

(dunas) en donde se aplica la ecuacioacuten 510 y que como se ha explicado

ha sido empleado ya en el Paranaacute Esta metodologiacutea fue adoptada en

investigaciones desarrolladas por el Instituto Nacional de Limnologiacutea

(INALI) del CONICET en convenio con la ex-Empresa Agua y Energiacutea

Eleacutectrica (Proyecto Paranaacute Medio) hacia fines de la deacutecada del 80 Las

mediciones por su grado de detalle y continuidad en el tiempo (9 campantildeas

durante 1987 cubriendo la creciente de ese antildeo) aporraron valiosos datos

que permitieron descifrar muchos aspectos cualitativos y cuantitativos sobte

la mecaacutenica del transpone de fondo en este gran riacuteo Esta informacioacuten

auacuten hoyes motivo de estudios sobre el fenoacutemeno dunas en el riacuteo Para ni

El meacuterodo se aplicoacute en el tramo de cauce del Paranaacute frente a la localidad

de Villa Urq uiza (Figuia 5 11) sobre varias liacuteneas de corriente (P 1 PI

P3 y P5) cubriendo un amplio espectro de velocidades profundidades y

tamantildeos de sedimento

Dado el caraacutecter aleatorio del movimienro de las formas de fondo el

desplazamiento de una duna individual no es representativo de las

condiciones medias de transporte que se producen en el tramo Para aplicar

la ecuacioacuten 510 en consecuencia se planteoacute la necesidad de identificar

series de dunas que incluyan un buen nuacutemero de ellas a fin de evaluar

sus caracteriacutesticas promedio altu ra longitud coeficiente de forma y

velocidad de desplazamiento

En el Cuadro 54 se muestran 105 valores de gfobtenidos en Villa Urquiza

mediante el procedimiento sentildealado en los perfiles P3 (centro del cauce)

y P5 (thalweg)

261

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

-~ iexcl

--01

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I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 16: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Cuadro 54 P3 (Centro del cauce) HppCarga de fondo

en el tramo de gh UumlVilla Urquiza (km [mi [kglsml[msl[mi

619 del no Paranaacute) en el

340

y en el thalweg centro del cauce

358 115 0062858AfIo 1987 (Tomado de 394 122 0077907Amslery

461 0 216Gaudin 1994) 994 151

530

504 1 56 04111058

500 1 30 02551016

450 0179920 130

409

258 101 0080713

Hpp altura en el hidroacutemetro de Puerto Paranaacute

Cuadro 55 Carga de fondo en la zona del Tuacutenel Subfiuvial Hernandarias (km 602 del no Paranaacute) en el sector del thalweg del rio (datos suministrados por la Comisioacuten Administradora Ente Tuacutenel Subfiuvial Hernandariasl

Hpp [mi

Fecha h [mi

u [ms]

g[kglsm]

--- shy - shy

187 -2 75 2002-100386 1860 091 0025

272-302 2910-251186 1754 106 0072

290-315 1709-0fl1084 1941 095 0043

326-343 2103-170484 2200 101 0038 o

359-326 1403-210384 2290 103 0037

343-358 1704-020584 2210 105 0 047

358-358 0205-100584 2250 106 0086

382-380 1306-270684 2170 102 0070

662-635 1207 -lf10783 2560 193 0700

670 2306-2f10092 2450 163 1070

l

P5 (Thalweg) -

Seguacuten ecuacioacuten (5_10) los marcados incremenros de gr en crecieme se -

pueden deber a aumentos en la altura de la duna y su velocidad de h Uuml amp [kglsml[mi [msl desplazamiento Ud Ambos aspecros se rratan maacutes adelame en e puma

especiacutefico referido a formas de fondo en creciemes1427 118 0085

Qrra teacutecnica para medir la carga de fondo muy usada en laboratorio y1401 124 0091

I relativamente sencilla de aplicar en cursos menores es la ejecucioacuten de1502 130 0110

rrincheras o uampas de sedimemos En estos casos la construccioacuten de una

zanja perpendicular al flujo arrapa en su interior praacutecticamente roda la carga 1642 149 0180

1671465 0307

de fondo la cual es medida cubicando el depoacutesiro al cabo de un cieno1712 149 0411

tiempo En un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute esto resultariacutea1421628 0255

econoacutemicameme imposible de justificar salvo aprovechando la oportunidad1569 141 0179

que brindariacutea la realizacioacuten de una obra de ingenieriacutea Al respecro la1549 137 0094

consrruccioacuten de Tuacutenel Subfluvial consistioacute en un acontecimiemo muy134 0 081

singular de la deacutecada del 60 que aportoacute valiosas mediciones de la colmatacioacuten

de una fosa de prueba dragada durante su consrruccioacuten que auacuten hoy sigue

generando conocimiemos sobre el transporte de sedimentos en este riacuteo

Se advierte que los valores de gr observados en Villa Urquiza para aguas

medias estaacuten en el orden de los medidos por Sruckrath (Cuadro 52) en el Aplicaciones de foacutecmulas de rcanspone

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial para la misma condicioacuten Pero en situacioacuten de El rransporte de fondo en un riacuteo (g amp o g) se puede determinar utilizando

creciente los gr registrados (quizaacute uno de los resulrados maacutes importantes de foacutermulas de transporte que por lo general adquieren la forma de las

estas mediciones) pueden ser de 5 a 7 veces mayores que los de aguas medias ecuaciones (56) o (5middot7) Anteriormente se mencionaron algunos de los

El mismo rratamiento que a los daros de Villa Urquiza tambieacuten le fue intenros de aplicacioacuten en el riacuteo Paranaacute de varias de las numerosas foacutermulas

aplicado a reevamienros de dunas realizados en la zona de thalweg en el que ofrece la bibliografiacutea aunque sin una adecuada verificacioacuten con datos

aacuterea del Tuacutenel Subfluvial por personal teacutecnico de ese otganismo Ello observados Ello es necesario desde el momenro en que la aplicabilidad de

permitioacute conocer otros valores de gr en ese sen ) ltrilo en s (LLac~oacuten de cada foacutermula estaacute restringida por un lado por la informacioacuten que requieren

aguas medias sino tambieacuten para los picos de las grandes creciC Ill~ de 1983 y por OtrO por las condiciones para las cuales fueron desarrolladas La

y 1992 Los resultados se muesrran en el Cuadro 55 experiencia de la FICH sobre este particular sugiere considerar a las foacutermulas

de Van Rijn (1984) y Engelund-Fredslt1gte (1976) como dos opciones para e

caacutelculo de grde relativamente buenos resultados en el tramo medio

Foacute[((lUlJ de Va r r iexclin

El transporte de f iexcl middotc expresa como

T 21 [( 05 15 1511)gsj=O053 bullo3 s-l)g] a50D

T paraacutemetro de transporte (= (u - uc)iexcl ufc j u velocidad de corte en reacuterminos de la rugosidad de gr - iacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo) [= (-iexcliexclJi) el u velocidad de corte criacutetica del sedimento de acuerdo a Shields

D paraacutemetro adimensional de la partiacutecula (=dso((s-l)g v2 JJ)

262 263

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

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-

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1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 17: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

11

1

F1iexclpJra 512 Venflcacl6n de las foacutermulas de Ven Rljn yEngelundmiddot FredS$e para el caacutelculo de g en el rto Paranaacute (tomada da Prendes y otros 1994)

d mediana de la distribucioacuten de tamafios del sedimento de fondo jO

gravedad especiacutefica

g aceleracioacuten de la gravedad

uuml velocidad media de la corriente C coeficiente de Chezy debido a la rugosidad del grano (ver tiacuterulo

La resistencia al escurrimientoraquo)

[= 18101l5 ~)J h profundidad del escurrimiento V viscosidad cinemaacutetica del agua

Foacutermula de Engelund-Freds~e

(512)gsf = Ks -l)gdtor

Z ~(r -rJ~ -O7f)J3

donde1 tensioacuten de COHe adimensional debida a la rugosidad del grano

(ecuacioacuten 531) tensioacuten de corte adimensional criacutetica (Shields)

t coeficiente de friccioacuten dinaacutemico (= 08)~

Estas foacutermulas fueron verificadas con la serie de datos presentados en

Cuadros 54 y 55 que involucraron el anaacutelisis de 35 dunas seleccionadas

en la zona del Tuacutenel Subfluvial y maacutes de 100 en Villa Urquiza Loiexcl resultados

se presentan en Figura 512

100

~ ~ c110 ~ ~~

ro O

~

01 iexcl~--+-lW~+++iexcliexcl__iexcl-I-----+--t-+l~fI---I--t-----+--I--I-t-I--h 1 W 100

01 Caudal calculado [m3d(em]

264

VARlABlEI V - 06 bull 18 mla h 6middot15m Jd - 015 04 mm H(-lmiddot4m

1middot-

middotmiddotmiddot_middotmiddot--j--l-

-8 i 1

_--4__ _middot_middot-w

Se adviene que ambas foacutermulas predicen satisfactoriamente los

transportes observados Tanto la foacutermula de Engelund-Fredscjle como la

de Van Rijn siguen la tendencia de los valores medidos La de Engelundshy

Fredscjle genera errores menores y la de Van Rijn subestima los resultados

pero con diferencias aproximadamenre constantes

Qtra validacioacuten importanre de la foacutermula de Engelund- Fredscjle en el

tramo medio del riacuteo Paranaacute se obtuvo en los numerosos estudios de

sedimentacioacuten en pasos de navegacioacuten rea lizados por la FICH

especialmente en aquellos en travesiacutea donde se presentan aacutengulos de sesgo

importantes entre direccioacuten de corriente y traza del canal (Capiacutetulo 10)

Los ajustes logrados con datos observados permitieron ratificar

indirectamente la excelente aptitud de eSta foacutermula para calcular la carga

de fondo en el riacuteo Paranaacute

Resta auacuten la determinacioacuten de gu (la carga de fondo en suspensioacuten) o

en su defecto de g lo cual es clave puesto que las pocas medicion es

disponibles demuestran que g puede ser varias veces superior a

gr (Cuadro 52) Como la mayoriacutea de las foacutermulas de transporte las

de sedimentos en suspensioacuten tambieacuten fueron generadas en base a

datos de laboratorio en reacutegimen permanente La inevitable objecioacuten que

presentan estas foacutermulas de laboratorio tiene que ver con la natural y

continua variacioacuten de los paraacutemetros hidrosedimentoloacutegicos que se

producen en los fIacuteas

El Paranaacute no es una excepcioacuten a es te hecho Como es sabido cuando

una liacutenea de corriente pasa de una condicioacuten morfoloacutegica determinada a

Otra especialmente cuando se produce una expansioacuten en planta yfo en

profundidad el perfil de velocidades reacciona casi inmediatamente Lo

mismo ocurre con el transporre de la carga de fondo sr tan pronto como

el nuevo perfil de velocidades se establece cerca del mismo Pero el transporte

en suspensioacuten g neces ita mayor tiempo y en consecuencia mayor

recorrido de la corriente para que el perfil de concentraciones se ajuste

en correspondencia con la nueva condicioacuten hidraacuteulica

En los caacutelculos de transporte para tramos estables en equilibrio es decir

donde la morfologiacutea y velocidades se mantienen constanres este efecto puede

despreciarse No ocurre lo mismo en el caso de variaciones morfoloacutegicas J relativamente importanres especialmente en las mencionadas expansiones

del riacuteo Paranaacute A diferencia de las contracciones (que raacutepidamente

incorporan mayor cantidad de partIacuteculasal flujo) en la expansioacuten los granos

en exceso para la nueva condicioacuten de la corriente deben precipitar con

una muy baja velocidad relariva de descenso (ya que la turbulencia tiende

a levantarlos) y llegar hasta el fondo distante varios metros para aquellos

que se transportan cerca de la superficie

265

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

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iiexcl~ r l 8 i

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-

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1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 18: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

En estas siruaciones las concemraciones de sedimemos en suspensioacuten no

dependen exclusivameme de los paraacutemetros hidrosedimemoloacutegicos en esa

misma seccioacuten sino de la concenrracioacuten de sedimemos que el riacuteo puso en

suspensioacuten en los tramos inmediaros aguas arriba Es decir el material

suspendido que se mide en una dada seccioacuten de un [[amo de riacuteo es

consecuencia no soacutelo de la capacidad de rranspone en la seccioacuten de en nada al

[ramo sino ademaacutes de la adaptacioacuten del perfil de concemraciones a medida

que la corriente se desplaza Se conduye que para emplear exirosamente una

foacutermula de rranspone en suspensioacuten en un riacuteo de reacutegimen variado no soacutelo es

imponante ajustar la foacutermula en siacute obtenida de laborarorio sino ademaacutes el proceso de adaptacioacuten del perfil de concenrraciones

Para tener en cuenta este fenoacutemeno en una corriente con cominuos

cambios de velocidades y profundidades existen varios criterios o

alternativas merodoloacutegicas que se pueden utilizar La mayoriacutea de ellas tienen

en cuenta la velocidad de adaptacioacuten mediante una funcioacuten matemaacutetica

en cuyo argumento interviene la relacioacuten enrre la velocidad de caiacuteda de

sedimenro representando a la fuerza de gravedad y la velocidad de corre

del fondo representando la fuerza de sustentacioacuten

En oporrunidad de estudios que realizoacute la FICH con el fin de disentildear la

trinchera dragada para colocar la cubierra de proteccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial Hernandarias (FICH 1992) se utilizaron 2 foacutermulas alternativas

de transpone y adaptacioacuten que han mostrado tambieacuten en orras ocasiones

buenos ajustes en el Paranaacute Medio Fueron las siguientes

a) La de Eysink-Vermaas (1983) adaptada por Van Rijn y cuyaexpresioacuten

es la siguiente

_bo [bo ]11 -Axlh] 15131gsa ( )x - -iexcl gso - -iexcl gso - gs[ l - e

donde

A~OO++2ul[1+4e ]]

amp(x) transpone en suspensioacuten adaptado (mzdiacutea)

amp0 transpone en suspensioacuten a la enrrada de la trinchera (mzdiacutea)

g transpone en suspensioacuten dentro de la trinchera (mzdiacutea)

b ancho del tubo de corriente que se aproxima a la trinchera (m)o

b ancho del tubo de corriente en la trinchera (m)

x longi[Ud de sedimentacioacuten a lo largo del tubo de corriente (m)

266

h =d + ho profundidad del agua en la trinchera (m)

d profundidad de la trinchera dragada (m)

w velocidad de caiacuteda de la parriacutecula de sedimento suspendido (ms)

u velocidad de corre de fondo en la trinchera (ms)

k altura de rugosidad del fondo (m)

b) La de Engelund-Hansen (Vanoni 1975c) adaptada en forma lineal resultando

gsa(x) = gso - ~h (gso u I

- gss) (5141

donde

gss = gs shy gsj

y amp estaacute dada por la foacutermula de Engeund-Hansen

[5 _ 2 d50 0

gs =OOsu )g(S-I) (s-lfrd5oI 1 1515)

(El resro de los siacutembolos ya ha sido definido)

A fin de ajustar la sedimentacioacuten de las pardculas en suspensioacuten se [Uvo

la posibilidad de efectuar un dragado de prueba en la zona del Tuacutenel y

observar el recrecimiemo de la trinchera dragada Los trabajos respecrivos

se desarrollaron enrre los diacuteas 180792 y 240792 A partir de la uacuteltima

de las fechas citadas se comenzoacute e seguimiento de la trinchera mediame

e relevamiemo sistemaacutetico detallado del aacuterea dragada

El procedimiento de anaacutelisis consistioacute en simular mediame modelo

matemaacutetico el recrecimiemo del nivel medio del lecho en la zona de prueba

utilizando diferemes condiciones meacuterodos de adaptacioacuten y juegos de paraacutemerros de calibracioacuten

En el siguiente cuadro se rranscriben los valores medios obtenidos

VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 (Engelund-Hansen) (Engelund-Hansen) (Eysink-Vermaas)

Adap lineal Adar lineal Adap expon Tasa6h Tasa Tasatlh tIh

(cm) (crpdia) (cm) (crrvdiacutea) (cm) (crniexclrj2~

CONDICION A 41-44 079-085 61-68 117-131 112-1310=09 rrvs h=9m

CONDICION 8 32-34 062-065 57-62 110-119 60-66 1 115-1270=1 rrvs h=l1m

tlh espesor medio calculado del depOacuteSito en la trinchera

267

58-68

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

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274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 19: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

1

Teniendo en cuenta que los valores promedio observados sedimentados

en la uinchera de prueba variaron entre 50 y 70 cm (tasa = 096 - 135

cmdial la simulacioacuten del proceso mediante el modelo matemaacutetico estariacutea

mejor representada utilizando las variantes de calibracioacuten 2 y 3 cuyos

resultados son praacutecticamente similares Los resultados obtenidos con la

variante 2 son importantes en el sentido de que ratifican indirectamente

la aptitud de la foacutermula de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) para

determinar valores de g en el riacuteo Paranaacute

En los estudios de sedimentacioacuten de pasos criacuteticos para la navegacioacuten

(ver Capiacutetulo 10) si bien se produce un proceso de adaptacioacuten del perfil

de concentraciones en suspensioacuten en la mayoriacutea de los pasos el mismo

pierde relevancia Esto se debe a que las velocidades de corriente y

profundidades son bajos y salvo en los casos de expansiones bruscas el perfil de concentraciones se ajusta continuamente a la gradual disminucioacuten

de velocidades En esos estudios de navegacioacuten el recrecimiento de los

pasos tambieacuten fue simulado utilizando la foacutermula de Engelund-Hansen la

cual brindoacute predicciones adecuadas del transporte verificadas tambieacuten de

manera indirecta con datos observados de evolucioacuten de perfiles

batimeacutetricos en esos sectores (Capiacutetulo 10)

Con ambos efectos transpone en suspensioacuten g y carga de lecho gr

ajustados middotseparadamente como se ha explicado se consideroacute conveniente

verificar el meacuterodo de caacutelculo del transporte rotal de sedimenros de fondo

en forma conjunta Para ello se dispuso de los daros observados ya cilados

sobre la evolucioacuten de la trinchera dragada para la construccioacuten del Tuacutenel

Subfluvial en el antildeo 196162 Con un modelo matemaacutetico se simuloacute la evolucioacuten de esa trinchera empleando

diferentes variantes de caacutelculo de caudales soacutelidos y afectando a los mismos por

un juego de coeficientes que variaban el grado de participacioacuten de cada tipo de

transporte En primera instancia se intentoacute ajustar los voluacutemenes rotales y parciales

sedimemados dentro de la trinchera y posteriormente reproducir la evolucioacuten

de perfillongituclinal a traveacutes del tiempo En la Figura 513 se pueden observar

los resulrados obtenidos para diferentes tiempos parciales de la simulacioacuten en

comtaste con los valores medidos

A modo de verificacioacuten se simuloacute con e modelo calibrado la evolucioacuten

del perfil longitudinal sobre otras ptogresivas de la misma trinchera de

prueba obtenieacutendose resultados similares La Figura 513 corresponde

al ajusre utilizando la foacutermula de Engelund-Fredsltjlt para la carga de fondo

Todo este proceso se repitioacute nuevamente empleando la foacutermula de Van

Rijn lograacutendose iguales resultados con soacutelo afectar la expresioacuten original

por un coeficiente de mayorizacioacuten Se desprende en consecuencia que

con ambas foacutermulas es posible reproducir con similar grado de precisioacuten

la evolucioacuten morfoloacutegica de la trinchera de prueba

-104

E -12g o -- shy

iexcliexcl

Iiexcliexcliexcl-152

~ ~---- ~l middot17 8I m c m~ m_i- - 1-176

d -20 o 20 40 50 so 100 120 140 6 -20O-~20--4()---60---OO----100-1-20--1-40 PrClgrlsiva (mI

Progresiva (mI

middot8 riexcl----~------_---

1deg4~ Eiexcl12

-20 ~ _w_ QOOerva~o

middot8 riexcl--------------c--- 41 dj~s

1041 Z-

~r_ -- m~middot15 2 _m _0 Y bull bull -

middot175~m iexcl __ -T n__ m -- 1 -20 O 0 ~o ~o ~o 1~ 1~O 140

O 20 40 60 80 100 120 140Progresiva (m I Progresiya (mI

Sintetizando los aspectos maacutes importantes tratados en cuanto al transporte de fondo en el riacuteo Paranaacute se puede concluir que

- El ajuste de las foacutermulas de transporte presentadas se ha logrado con

abundantes mediciones de campo primero individualmente cada modalidad

de transporte y luego en forma conjunta lograacutendose reproducir

satisfactoriamente la evolucioacuten de una trinchera medida Con estos hechos se

suman suficientes antecedentes como para garantizar caacutelculos confiables de g

y gf (y por lo (anta g) en las condiciones del riacuteo Paranaacute en su tramo medio

- Un resultado importante que merece destacarse es el siguiente ~iexcl comparar valores de carga de fondo calculados por foacutermulas con observados

entendieacutendose por (aliquests a los obtenidos indirectamente a traveacutes de

desplazamiento de dunas persistiacutea la duda sobre la representatividad que

tendriacutea una serie de dunas con visibles deformaciones y variaciones del

estado hidroloacutegico de riacuteo mediante una duna media y un estado permanente

intermedio Las mediciones en la trinchera para la colocacioacuten del Tuacutenel

representan fiacutesicamente una verdadera trampa de sedimentos donde no caben

dudas sobre la determinacioacuten del transporte de fondo Indirec(amente la

verificacioacuten del meacutetodo con las mediciones del dragado para la proteccioacuten

tambieacuten respalda la teacutecnica de medir transporte de fondo a traveacutes del

desplazamien to de dunas en un riacuteo de las caracteriacutesticas del Paranaacute

- Las herramientas ajustadas para establecer e transpone de fondo en el riacuteo Paranaacute en conjunto con series de caudales liacutequidos de suficiente longitud

y Otros datos hidraacuteulicos y sedimentoloacutegicos necesarios (I h d ) 5o

permitiraacuten salvar una de las carencias en el conocimiento del riacuteo auacuten

269

Figura 513 Calibracioacuten final y verificacioacuten de las f6nnulas de transporte de fondo recomendadas para el 10 Paranaacute en la trinchera de construccioacuten del Tuacutenel SubOuviaJ [Tomada de Prendes y otros 1994)

268

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

~ uI iexcl1 ~ It~ arcilivo Wi I e~ I~ ~ bullpl~ t ~ I ltlO

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

-~ iexcl

--01

~i i

I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 20: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

pendieme Se rrara de los rransporres de fondo anuales G G[ Y G sus

promedios sus disrribuciones en el antildeo de acuerdo a la magnirud y ripo

de crecieme las relaciones enrre ellos ere

Formas de fondo

Conceptos generales sobre formas de fondo

Cuando se brindaron los concepros sobre corriemes aluviales se explicaba que cuando en un lecho granular no cohesivo (inicialmeme plano)t superabao el valor criacuteriacuteco de iniciacioacuten del movimiemo te y comenzaba el rransporre (g gt O) la superficie de ese lecho se comenzaba a ondular Se dice que el fondo se deforma adquiriendo irregularidades estadiacutesticamente perioacutedicas

comuacutenmeme llamadas formas de fondo

Como ya se dijo esas formas se desplazan hacia aguas abajo con Wla velocidad que es soacutelo una pequentildea fraccioacuten de la que posee la corrienre T anro ese movimienro como el ramantildeo que pueden adquirir es variable espacioly temporalmente con la periodicidad estadiacutesrica impliacutecita aludida (veacuteanse Figuras 52 y 53)

En corrienres aluviales se pueden producir diversos ripos de formas de fondo depe~diendo de los valores que alcancen cierras paraacutemerros del escurrimienro En general esras formas se clasifican de acuerdo al nuacutemero

de Froude F = ti I fih que caracreriza a la corrieme (Yalin 1977) Como

es bien sabido (Chow 1959) el F divide a los escurrimienros en subcriacutericos (o rranquilos o fluviales) si F lt 1 Y supercriacutericos (o rorrenciales) si F gt 1 Teniendo en cuenra esre hecho las formas de fondo que pueden aparecer en corrienres aluviales son las siguiemes

Rizos Bajos F ( lt lt 1) Dunas Elevados coeficientes de resistencia Barras Bajos y moderados g

Altos g Bajos coeficientes de resistenCia F = f (contenido de g) (Engelund y FredSltjle

Plano 1974 )

t F 1 Flaquol

(tasas moderadas de (tasas elevadas de g)

gJ

Altas O bajas h Muy elevados gAnt (Formas tiacutepicas de corrientes pequentildeas con elevada pendiente 1)

En lo que hace al riacuteo Paranaacute las formas tiacutepicas maacutes comunes que se generan en su lecho Son las dunas (Figura 56) que suelen aparecen superpuesras ral como se advierre en los regisrros de Figuras 52 y 53 (pequentildeas dunas sobre grandes dunas)

Mediciones de formas de fondo

Gran parre del conocimienro disponible que exisre sobre formas de fondo en el riacuteo Paranaacute proviene del anaacutelisis de rres fuenres principales de daros

i) Las llevadas a cabo en el rramo de Villa Urquiza (Figura 511) ii) Las realizadas por el Enre Inrerprovincial Tuacutenel Subfluvial

Hernandarias como parre del comrol sistemaacutetico del riacuteo en relacioacuten con el disentildeo y la seguridad de la obra

iii) Los relevamienros en pasos de navegacioacuten ejecurados por la FICH como parre de Servicios a Terceros (SATs) desarrollados con el objerivo del mejoramienro de la viacutea navegable yen orros secrores del cauce rambieacuten como parre de servicios realizados

Ademaacutes de esros imporranres anteCedeacute flCeS especifi cl FIiexclu riexcln formando parre de la informacioacuten accesible aliosos regisrros (aunque esporaacutediC0siacute realizados por el Insrituro Ncional de Limnologiacutea (INALI) del Consejo Nacional de Invesrigaciones Cientiacuteficas y Teacutecnicas (CONICET) (veacutease Drago

1984) y esrudios como el del Laborarorio de Hidraacuteulica Aplicada (LH 1974) del ex-Insrituro Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hiacutedricas (INCyTH)

A cominuacioacuten se describen brevemenre algunas caracreriacutesricas sobre las rres principales bases de daros mencionadas

i) Las mediciones en Villa Urquiza

Como se explicara anreriormeme en las mediciones de Villa Urquiza las formas de fondo se registraron en cuarro perfiles longitudinales PI

IP P3 y P5 (Figura 511) Esros perfiles se marerializaron medianre cuatro boyas colocadas enrre las secciones F-F y A-A En cada campantildea las boyas se posicionaron aproximadameme en el mismo lugar del cauce el cual fue

fijado medianre dos aacutengulos medidos con reodoliro desde margen izquierda La longirud de cauce relevada fue de 1-12 km en PI P3 y P5 y de 04shy06 km en PI

La direccioacuten general de los perfiles longirudinales se dererminoacute median re flOtadores superficiales y lastrados lanzados desde aguas arriba de la seccioacuten F-F Cada perfil fue registrado con sonda ecoacutegrafa no menos de rres veces en cada oportunidad confo rmando una faja de cauce relevado de aproximadameme 40-50 m de ancho

En los registros se marcaron los valles de la mayor canridad de dunas presentes Simulraacuteneamente con cada marcacioacuten de valle se romaron dos aacutengulos con los reodoliros ubicados en ma rgen izquierda

La frecuencia adoprada para la realizacioacuten de los releva mientas de campo fue aproximadamente de 30-40 diacuteas para las siruaciones de aguas medias y se redujo a 10-15 diacuteas en los casos de creciente

270 271

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

i l ~ ~ ~ ~ tiiexcl

~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

~ ~

~~~~~ ~ -~-(

-

~~ i~middot ~ iexcliexcl

S ~ e

ro o

) o ~ middot~7 middot ordfshy

~ O Ol ltXJ ro_ z~ ~ ~

middotmiddotmiddotmiddotmiddot~~t~middoti +~ J sect ~

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Oacute ~ w ~

~ uI iexcl1 ~ It~ arcilivo Wi I e~ I~ ~ bullpl~ t ~ I ltlO

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middot ~ l- ~-~ ari g

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0

e ~ ~ iexcliexcl oc

-~ iexcl

--01

~i i

I I k t~ f ~1 ~ r~ iexcl ~~

1

~ ~ iexcl gt~ I i ~i l~ r QIit iexcl~~lt iexclI

i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 21: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Para cada es tado del riacuteo relevado la profundidad media se mamuvo sin grandes va riaciones en P3 y P5 por lo que en esros secrores se garamiacutezariacutea la uniformidad de la corrieme (F igura 52) No ocurre lo mismo en PI y PI donde en general la p rofundidad disminuye hacia aguas abajo (Figura 53) Tremo y arras (1990) demos traron que el compo rtamiemo de los caudales especiacuteficos es sim ilar al de las profu ndidades a lo largo de los 4 perfiles longirudinales relevados

Los relevamiem os de formas de fond o fueron complemenrados con mediciones simultaacuteneas detalladas de velocidad de corrieme sed imem o en suspensioacuten y material de fondo en verticales ubicadas en ambos extremos y en un punro imermedio de los perfiles longitudinales citados Esta uacuteltima informacioacuten fue ob tenida baacutesicamente en es tados medios del riacuteo y aunque preseme algunas discontinuidades en relacioacuten con la ser ie de campantildeas efectuadas brinda datos hid raacute ulicos y sedimenroloacutegicos imprescindibles para imerpre tar el comportamiento observado de las dunas del lecho

ii) Mediciones del Eme Interprovincial Tuacutenel Subfluvial Hernandarias En la zona del Tuacutenel Subfluvial se han realizado mediciones de las formas

de fondo praacutecticamente desde su etapa de disentildeo (Stuckrath 19) hasta la ac tualidad Esos releva mienros se concentran particularmeme durame los periacuteodos de creciemes cuando los va lles de las grandes dunas del lecho pueden llegar a destapar y poner en riesgo la segu ridad de la obra (veacutease Capiacuterulo 9) En esre sentido los datos obtenidos por el personal teacutecni co del Tuacutenel durante las grandes crecientes del riacuteo Paran aacute de 1982-83 y 1992 (las mayores del siglo) constituyen un vol umen de informacioacuten sobre dunas sumameme valioso pa ra el estudio de su dinaacutemica Concretameme los periacuteodos de regisrros du rante esas creciemes fueron los siguientes

Crecida 198283 mayo 1983 - febrero 1984 C recida 1992 junio 1992 - agosto 1992

Los perfiles lon gitudinales fueron relevados con una frecuencia q ue dependioacute del nivel del riacuteo en Pro Paranaacute co n un rango que abarcoacute desde un relevamienro semanal en las eacutepocas maacutes alejadas del pico hasta una frecuencia de dos veces al diacutea en los mamemos de maacuteximos niveles

Duranre la crecida de 1983 se relevaron uno o dos perfiles longi tudinales que cruzaban el eje del T uacutene l en prog res ivas 1200 a 1350 m aproximadamente (o rigen de progresivas en Torres de Vemilacioacuten de la obra en margen derecha) (Figura 514) y con alineacioacuten hacia la torre de alta tensioacuten de margen izqui erda

Figura 514

Ubicacioacuten de los perfiles longitudinales para registros de dunas en el eacuterea del Tuacutenel Crecientes 198283 y 1992

En la creci da de 1992 se reg istroacute un conjunto de perfiles longitudinales que con igual alineacioacuten queen la crecida de 1983 co rtaban al eje del Tuacutenel en progresivas 1100 11 50 1200 1250 1300 1350 Y 1400m respectivameme

En lo refereme a la longitud de los perfiles durante la creciente de 1983 fue ron relevados en una extensioacuten que abarcaba desde 400 m aguas abajo

del eje del Tuacutenel hasta 1200 m aguas arriba del mismo Esta uacute lt ima distancia se extendioacute en algunos perfiles hasta 1600 m Durante la crecida de 1992 la longitud relevada se redujo comenzando 100 m aguas abajo de la seccioacuten del Tuacutenel y final izando 500 m aguas arriba del mismo Sobre ma rgen derech a se colocaron seti ales cada 100 m a lo largo de todas las exrensiones mencionadas de modo de contar con las referenci as necesarias para el coacutemputo de longi tud es y velocidad es de desplazamiento de las fo rmas de fondo registradas

273 272

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

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274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 22: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

iji) Relevamiento de dunas en pasos de navegacioacuten En los es tudios realizados por la FICH destinados al mejoramiento de la

navegacioacuten en el riacuteo Paranaacute la es timacioacuten de la sobreprofundidad a considerar en los dragados de mantenimiento de los pasos de navegacioacuten por efecto d~ las dunas del lecho (veacutease Capiacutetulo 10) exigioacute comar con registros de las formas de fondo que se podiacutean presentar en esos sitios Teniendo en cuema que esos estudios abarcaron gran parte del riacuteo Paranaacute en terrirorio argentinomiddot se cuenta con abundantes relevamienros de entre 05 y 1 km de longi tud en un considerable nuacutemero de pasos llevados a cabo por lo general a lo largo de centro del canal de navegaiexclioacuten (Figura 515)

La informacioacuten disponible se refiere normalmente a las alturas medias de dunas complementadas en diversas oponunidades con mediciones de la velocidad de corriente mediante flotadores y muestras del tamantildeo del

material de fondo Se adviene a traveacutes de lo explicado que se cuema con mediciones de

dimensiones de dunas localizadas en dos tramos como los de Villa Urquiza y e l T uacutenel co n rasgos morfo loacutegicos difer enc iados y que permiten caracterizarlas a traveacutes del ti empo incluyendo dos de las grandes crecientes de siglo Por ouo lado se dispone de dimensiones de formas de fondo registradas con un criterio extensivo para es tados determinados de la corriente (por lo general aguas medias) en secrores del cauce normalmente asociados con los ensanchamienros donde se reducen las profundidades y caudales especiacuteficos Los datos complemenrarios hidraacuteulicos y sedimem oloacutegicos necesar ios para interpretar lo observado en e lecho existen en e tramo de Villa Urquiza en nuacutemero y detalle considerable aunque no suficienre En el sector del T uacutenel se dispone de informacioacuten en eSte se ntido aunque por lo general no con el grado de detalle de Villa U rqu iza y desfasada en el tiempo con respecto a los evenros relevados en el fondo

Caracterizacioacuten geomeacutetrica

de las formas de fondo en el tramo medio

Sobre la base de daros descripta en e punro anterior es posible obtener una caracterizacioacuten adecuada de la geometriacutea de las formas de fondo que cubren el lecho de riacuteo Paranaacute Como se desprende de los concepros generales brindados acerca de fo rmas de fondo su geometriacutea es consecuencia de las caracteriacutesticas del escurrimiento (h u) y sedimentoloacutegicas del cauce (tamantildeo del material de fondo) que en definitiva condicionan el transpone de sedimenros (giexcl y g) variable espacial y temporalmente Es por ello que junto con los paraacutemetros geomeacutetricos que se brindan a conrinuacioacuten se ha incluido en la medida de su disponibilidad infor macioacuten adicional acerca de determinados paraacutemetros de la corriente en el momento de los registros de lecho De es te modo elecror podraacute en varios casos comprender mejor las posibles causas de las variaciones en las dimensiones observadas de las formas de fondo Maacutes adelante denrro de este tema se ofrecen estudios detallados acerca de la correlacioacuten mencionada entre las caracteriacutesticas de escurrimiento y diversas variables de las dunas del riacuteo Paranaacute

il

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~ shy Wmiddot

iiexcl~ r l 8 i

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i iexcl l is _ ~ ~ middoth 7 p ~ ~ fi euro1 i _ 8f ~ _ ~ - i t~

l S ~ r ~ -7 ~ ~

~ t J~- 4-~ iexcl ~

ki ~ ~ Cib -L ~

274 275

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 23: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Geometda de las formas de fondo en el tramo de Villa Urquiza En el Cuadro 56 se presentan valores de paraacutemetros geomeacutetricos

medios de las dunas en los cuatro perfiles longitudinales del fondo relevados

en Villa Urquiza (Figura 511) para tres estados del riacuteo

Cuadro 56 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de las dunas relevadas en el tramo de Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

Perfil h Q Dunas grandes Dunas pequentildeas superpuestas

H ) H) H ) H) e [m] [ms] [m] [m] [mi [mi

Estado del riacuteo aguas medias - H = 351 shy 373 m shy Fecha 20-240487

Pl 68 066 318 0024 016 3 87 0047 064

Pl 103 16875 169 632 0028 017 399 0048 060

P3 95 138 822 0018 017 414 0044 060

P5 144 153 975 0016 019 555 0038 063

Estado del riacuteo creciente - Hw = 506-525 m - Fecha 22-260687

Pl 86 091 308 0032 016 368 0051 063

Pl 128 22125 198 819 0026 026 1022 0031 060

P3 118 146 289 0005 070 1402 0051 063

P5 170 104 238 0005 050 1388 0037 064

Estado del riacuteo aguas medias - H = 252 shy 262 m shy Fecha 14-180987

Pl -shy shy -shy

Pl 98 13900 208 901 0025 020 666 0035 063

P3 89 105 876 0013 016 467 0 042 064

P4 140 071 138 0006 018 798 0030 066

e = hea de la duna coeficiente de forma de las dunas J-V) empinamiento H)

~ t-- [~J 0750 0600 0300 0300

d tamantildeo medio del material de fondo

A traveacutes de los datos del Cuadro 56 es posible discriminar entre las

caracteriacutesticas geomeacutetricas de las grandes dunas del lecho y de las

pequentildeas dunas superpuestas incluyendo su variacioacuten a lo ancho del

cauce y con el estado de la corriente La superposicioacuten de dunas como

ya se mencionara es un fenoacutemeno comuacuten en el lecho de do Paranaacute con

fuerte incidencia en la hidraacuteulica de la corriente (como se demuestra maacutes

adelante) Este hecho fue observado en muchas otras corrientes aluviales

del mundo (Coleman 1969 Allen y Collinson 1974) aunque descripto

de manera cualitativa En este sentido la cuantificacioacuten que ofrecen los

datos de Villa Urquiza es uacutenica

276

Geometriacutea de las formas de fondo en la zona del Tuacutenel SubfIuvial

El volumen de regis tros del lecho del Paranaacute en la zona del T uacutene durante

las crecientes de 1982-83 y 1992 fue sometido a un cuidadoso tratamiento

(FICH 1997a) que permitioacute definir las dimensiones de las grandes dunas

observadas durante aq uellos eVentos

Las dimensiones promedio se presentan en el Cuadro 57 Los valores

consignados son medios para intervalos de escala hidromeacutetrica de 25 cm

excepto para los niveles proacuteximos al pico donde se redujo a 10 cm Se adoptoacute

este crirerio en el anaacutelisis de los datos a fin de contar con suficiente informacioacuten

de dunas individuales como para obtener promedios representativos

Intervalo (m)

H (m)

) (m)

Hf h (m)

u (mis)

Crecida 1982-83

400-425 405 285 0017 187 -

425-450 415 326 0016 196 -

450-475 422 334 0015 204 -475-500 479 408 0012 204 -500-525 519 402 0013 225 -

525-550 454 453 0010 22 5 -

550-575 377 498 0008 22 1 138

575-600 370 488 0008 225 143

600-625 410 361 0013 232 148

625-650 456 315 0017 238 153

650-662 471 325 0016 234 164

662-674 464 296 0017 235 169

674-682 552 346 0016 246 166

Crecida 1992

4 50-475 176 88 0020 212 119

475-500 246 169 0016 209 126

500-550 243 158 0021 212 133

550-575 309 218 0015 222 137

575-600 339 233 0017 227 141

600-625 448 270 0017 229 145

625-650 457 247 0019 233 156

650-675 462 244 0019 235 166

670 423 227 0021 245 163

Maacutes adelante dentro de eSte rema se analiza en detalle la evolucioacuten de las

dimensiones de las grandes dunas a la altura del Tuacutenel Subfluvial durante

ambas crecientes y se proponen causas que explicariacutean ese comportamiento

277

----~z

Cuadro 57 Dimeacutensiones de las grandes dunas del lecho en la zona del Tuacutenel SubOuvial uHemandarias durante las crecientes de 198283 y 1992

J

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 24: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Geometriacutea de las formas de fondo en pasos de navegaci6n

Las dimensiones maacutes habiruales de dunas que pueden aparecer en los

pasos de navegacioacuten del riacuteo Paranaacute se presentan en Cuadro 58 Se brinda

la informaci6n disponible para cada paso ordenados en direcci6n de la

corrieme comenzando en el km 1460 inmediatamente aguas abajo de

la presa de Yaciretaacute

Cuadro 58 Paso

Dimensiones de dunas en los pasos de

Fecha registros

Estado del riacuteo Denomimiddot

nacioacuten Km H

(m) A

(m) HA h

(m) d5ltl

(mm) u

(mIs)

navegacioacuten del riacuteo Paranaacute Loro

Cuarto 1460 05

- __--

Pta Mer cedes 1426

1 (090) (480) (0520) (088)

Las Palmas

1417 (070) (640) (0390) (100)

San Pablo

1406 (O~O) (440) (0350) (078)

Entre Riacuteos 1369 1

(090) (600) 10520) (097)

Santa Isabel 1362 15

La 2 Hnas 1356

1 1100) 5901 10386) (099)

1middot296 Aguas altas

Tacuaral

lribuacute Gua

13

1309

1130)

1 050

(540)

(500)

10340)

(0330)

1082)

1084)

(1l-12I 96 y 3 97)

(Aguas med )

Travesiacutea

ltati

1292

1280

07middot1

05 1115) 1600)

10330) 1096)

Empedrad 1140 1-115

Gaya 969 05

Malabrigo 915 100

El Seo B90 100 600 0350 095

shyTragashydero

786 _ -581middot583

100 -

045 652

_ 0007 770 0400 114

Yincushylacioacuten

579middot581 061 206 0030 7 20 0310 145 o AbDiashy

mante 522-524 074 909 0008 750 0290 120

893 (Aguas med)

Arrlashycuaniacute 516-518 109 860 0013 700 0320 1 38

Tacuanf 509middot512 106 732 0015 810 0 350 138

Ab Tashy~uaniacute

504-505 115 879 0013 880 0290 122

Parashynaerto 492-493 065 410 0016 750 0250 118

Ab Coshyrrentoso 472-474 027 1052 0003 680 0230 125

velocidad superficial medida can (ICltadQ(esUs

Se advierte que en general las alturas de dunas medidas en los pasos de

navegacioacuten de riacuteo Paranaacute oscilan entre 05 y 10 m Los promedios y

desviacuteos de las alturas medias separando los datos entre los correspondientes

a los secrores de ruta barcacera (km 585-1460) Y fluvio-mariacutetimo (km

456-585) relevados son los siguientes

278

H crl

Cv

n

Km 585-1460

Aguas altas Aguas medias

092

027

29

14

088

027

31

8

Km 456-585

Aguas medias

075

032

43

8 Cv coeficiente de variacioacuten (=crfl lH) n nuacutemero de datos de la muestra

Esras uacuteltimas observaciones corresponden a tres situaciones medidas de

los pasos de navegacioacuten en los tramos mencionados Ello no significa que

no puedan existir pasos criacuteticos en donde se presenten dunas con dimenshy

siones fuera de los rangos especiFicados debido a condiciones

hidrosedimenroloacutegicas particulares de la corriente en esos sirios En e paso

Canal de Muelles frente a Rosario (km 412-418) por ejemplo se han

registrado dunas de entre 2-3 m de alturas medias lo cual esraacute siendo esshytudiado acrualmente (octubre 1999) en la FICH

Valores extremos asociados con las crecientes

Importancia de la geometriacutea del tramo

Utilizando los daros hidraacuteulicos sedimentoloacutegicos y de dimensiones de

dunas para las crecientes medidas en Villa Urquiza y en la zona de Tuacutenel

fue posible estudiar e componamiento de las grandes formas de fondo durante esos even ros (Amsler y Schreider 1999)

Cabe agregar con respecro a la informacioacuten del Tuacutenel que la cantidad

de dunas individuales seleccionadas durante las crecientes de 1982-83 y 1992 para e estudio realizado fueron las siguientes

(

Creciente 1982 - 83 113 dunas Creciente 1992 56 dunas TOTAL 169 dunas

A fin de tener una primera idea sobre las tendencias que pudieran exisshy iexcl

tir estos 169 daros puntuales de alturas de dunas se representaron en funshy

cioacuten del estado del riacuteo (nivel hidromeacutetrico en Puerto Paranaacute) dado que

eacuteste tiene en cuenta global mente las variaciones de los paraacutemenos del escurrimienro (Figura 516)

279

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 25: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

---

FigiJra 516 Relacioacuten entre la altura de cuna y el estado Cle riacuteo en el tramo del Tuacute nel SubOuvial (rio Peacutelranaacute) - I Crecientes 1982 r

- 83 Y 1992 ~

u ~

~ laquo

_ -O ~ --60~ o

lt Df~04 jurJset 83 y junajO 92 G )elOS 0Ct831eflc 84

H dUlla calcvltida O Alwra hidrometrica en Puerto Parans fml

La regresioacuten lineal entre ambas variables permirioacute definir las rendencias

buscadas y las bandas de dispersioacuten El mejor ajusre (r l = 06) se logroacute con

una recra lo cual riene su loacutegica si se considera la forma exponencial de la

curva de descarga (Hpp vs Q) y la reacioacute n logariacutermica entre las alturas de

dunas prom edio de Cuadro 57 y la velocidad de escurrim iento que se

presenta maacutes adelante En lo que respec ra a la dispersioacuten el 80 de los punros se agruparon dentro de las liacuteneas deplusmn 25 de error yel 99 dentro

de las correspondientes al plusmn 50 de error

Es necesario desracar que un cierro nuacutemero de punros (ciacuterculos negros

en Figura 516) reg istrados entre ocrubre de 1983 y enero de 1984 se

agruparon fuera de la nube principal y no se incluyeron en la regresioacuten

Esre hecho fue el resulrado de un efecro de rerardo enrre la evolucioacute n

de la altura de la duna y el cambio raacutepido del hidrograma en ese periacuteodo

(veacutease Figura 115 desde el diacutea 300 en adelanre) Debido a esra suacutebira

variacioacuten las grandes formas de fondo no habriacutean alcanzado a ajusrar sus

dimens iones a las nuevas condiciones hidraacuteulicas Duranre la creciente de

1992 (Figura 119) se detecroacute un rerardo de soacute lo 15 diacuteas entre las maacutexishy

mas alturas de dun as y los caudales pico Las disrorsiones que esre uacuteltimo

efecro origina en la Figura 516 esraacuten disimuladas dentro de la dispersioacuten

de los daros pU1Huales El efecro de rerardo en el ajusre de las dimensioshy

nes de las dunas a cambios en las condiciones hidraacuteulicas esraacute bien docushy

mentado en la lirerarura (veacutease por ejemplo Allen 1976)

Estos resulrados en el rramo del T uacutenel muestran que la altura de las

grandes dunas en ese secror aumenta duranre las crecientes de riacuteo Paranaacute

Esra conclusioacuten contradice e comportamiento verificado en el rramo de

Villa Urquiza (A msler y Garciacutea 1997 Figura 517) en los perfiles

longirudinales P3 y P5

280

Hlml

100 Thefweg (pErfil P5)

Hlml170 H~

1SO 0045~ l 0040OSO

130 070 0 035

060 0030 110 0 50 0025 040000 0020 030 0015 020070 0010010

0005O 000 0000

~ 1

~

iacute Tiempo

H(m) H(m) Centro de cauce (Perfil P3) HIA Q [m3)200 r 100

0 060 l250OO090 180 shy 080 0050

070 00401150 f 060 20000

050 00301401shy 040

0 0200 30 15 0001 120 f 020 eOlO

0 10 100 1-- 000 I

ooco~ 10000

E h00 00 00 00iexcl ~ ~ o 00 ~ gt ~ ~

~ ~ ~ ~ ~ g ~ ~ Tiempo

En Figura 517 se adviene que la altura de las grandes dunas en VilIa Urquiza disminuye (on los es rados crecientes del riacuteo

A fin de explicar esre comportamiento disiacutemil observado en am bos [[ashy

mos del Paranaacute se calcularon las relaciones sedimento en suspensioacutenca rshy

ga de fondo (gg) correspondientes a cada uno de los regisrros disponishy

bles Fredsltpe (1981) demosrroacute a rraveacutes de la reoriacutea de la esrabilidad que

con rensiones de corre en aumento la eacutea rga de fondo (g) rrararaacute de

incrementar la alrura de la duna mientras que la carga en suspensioacuten (g)

actuacutea en con rra de esro rratando de desrruir la duna Se deduce que si se

producen grandes aumentos de g la altura de la dun a renderaacute a dismishynuir a medida que la rensioacuten de corre crece

La relacioacuten gjg(en ambos rramos se dererm inoacute medianre las foacutermulas

de Engelund-Hansen (ecuacioacuten 515) y de Fedele (1995) (ecuaciones 524

y 5 25) para g (g + g) y g1 respectivamente Ambas foacutermulas fueron

verificadas con datos observados ya presenrados en ambos sirios En el

281

Figuras 517 Evolucioacuten de las

QlmS

25000 dimensiOnes de as grandes dunas y pequentildeas dunas

20COO superpuestas en los perliles longitudincles P3 Y P5 durante la

15CXXl creciente de 1987 en Villa Urquiza (riacuteo Paranaacute)

10000

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 26: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

caso de la foacutermula de Fedele parte de los daws de desplazamientos de

dunas usados en su calibracioacuten se registrawn en el mismo tramo de Tuacutenel

Los resulcados se presentan en Cuadro 59

Cuadro 59 Evolucioacuten de las alturas de dunas yde la relacioacuten gjgen los tramos de Vi lla Urquiza y el Tuacutenel (riacuteo Paranaacute) (valores del tIlalweg)

Q h H (mls) (m) (m)

Tramo de Villa Urquiza (Km 619)

Creciente de 1987

16880 144 153

18980 171 147

21400 174 128

Hilo

0016

0013

0011

giexclg

97

98

132

Fecha

Abr20-2487

May26-29

Jun8-12

22 125

20680 _ _ 19480

170

172

166

104

109

072

0005

0006

0006

127

210

201

Jun22-26

Ju16-10

Ago3-7

13900 140 072 0006 122 Sep14-18

~mo del Tuacutenel (Km 603)

Creciente de 1983 ()

23106 221

24360 225

377

370

0008

0008

23

21

25790 232 410 0013 20

27435 238 456 0017 19

28790 234 471 0016 14

29790 235 464 0017 13

30690 246 552 0016 16

Creciente de 1992

19150 212 176 0020 34

20030 209 246 0016 28

21440 212 243 0021 24

23106 222 309 0015 24

24360 227 339 0017 22

25020

27435

229

233

448

457

0 017

0019

21

17

29360

29970

235

245

462

423

0019

0021

bull 14

15

() valores medios torrados de Cuadro 57

Como se observa en el Cuadro 59 la imporrancia de g en relacioacuten a

gren Villa Urquiza es marcadamente mayor que en el tramo del Tuacutenel y

con una tendencia opuesta a medida que la creciente progresa Se ve

tambieacuten que los maacuteximos valores de gJgr ocurren luego de los caudales

pico (un hecho ptedicho por Freds(jgte (1981) en riacuteos con caudales

282

gradualmente variables como el Paranaacute) con un claro efecw de rerardo

sobre las alruras de dunas

En e tramo del Tuacutenel la creciente imporcancia de gr con respecw a g~

a medida que los caudales crecen explicariacutean por queacute las alturas de dunas

aumenran en esta zona

Las posibles razones de las diferencias observadas entre ambos rramos se

deberiacutean a la geometriacutea parcicular de la corriente en cada sitio Como ya se

mencionara la morfologiacutea del cauce en el tramo del Tuacutenel da lugar a una

fuerce no uniformidad de la corriente (Figura 53) Por el conrrario en Villa

Urquiza las formas de fondo se registraron a lo largo de los perfiles

longitudinales P3 y P5 (Figura 52) con profundidades y caudales especiacuteficos

casi constantes i e las condiciones bajo las cuales se desarrollaron casi rodas

las teoriacuteas concernientes al comporramienw de corrientes aluviales

Con respecw a la evolucioacuten de las pequentildeas dunas superpuestas en

creciente los uacutenicos daws cuantitativos disponibles de Villa Urquiza

revelaron que crecen y disminuyen en fase con los caudales (Figura 517)

en los perfiles aproximadamente uniformes P3 y P5 No se detectan aquiacute

efecws de retardo como en el caso de las grandes dunas

Clasificacioacuten de formas de fondo y prediccioacuten de alturas

longitudes y velocidades de desplazamiento de dunas

La prediccioacuten del ripo de formas de fondo que se pueden producir en

una corriente aluvial dada conjuntamente con su geometriacutea y velocidad

de desplazamienw son cuesriones clave en la solucioacuten de problemas como

la evaluacioacuten de la resistencia hidraacuteulica o del transporte de sedi menws

El contar con meacutewdos apropiados para efectuar esas predicciones evita o

al menos reduce la frecuencia de las siempre costOsas mediciones

sedimento loacutegicas de campo

Como resulrado de los estudios realizados (Schreider y Amsler 1992

ab Fedele 1995 y FICH 1997 ab) se han desarrollado una serie de

merodologiacuteas que permiten realizar los pronoacutesticos mencionados en las

condiciones del riacuteo Paranaacute

Clasificacioacuten de formas de fondo

Schreider y Amsler (l992a) construyeron un diagrama de prediccioacuten

del ripo de formas de fondo que se pueden presentar en reacutegimen subcriacuterico

(F lt 1) sobre la base de 128 daros de laborawrio y 48 de campo Estos

uacuteltimos provienen de los riacuteos Missouri Mississippi y Paranaacute

Todos los datOs correspondieron a valores de hd gt 100 por lo que

este paraacutemetro en conjunto con el F dejan de tener imporcancia en las

propiedades del escurrimiento bifaacutesico (Yalin 1977) Bajo estas condiciones

283

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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ASCE No 54 Vito A Vanoni Ed New York 745 p

305

Page 27: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 518 Diagrama de clasificacioacuten de formas de fondo

la propiedad tipo de forma de fondo quedariacutea expresada en funcioacuten de

las variables y R de ecuacioacuten (51) [La variable pp no se considera

por las razones que se explican en relacioacuten con la ecuacioacuten (526)

T eniendo en cuenta estas consideraciones los autores construyeron su

diagrama en funcioacuten de las vatiables adimensionales citadas pero

expresadas utilizando la tensioacuten de corte de grano es decir e y R De

este modo presentaron un graacutefico similar al de Shields para iniciacioacuten de

movimiento (Vanoni 1975b) conteniendo incluso su curva de comienzo

del transpone (Figura 518 )

~ I~--------------------

x rI1

~~~

01

0011 1

J =J iacuteb~cco o ~RG iexcl r~~ eacutel ~ eacuteP ~ D~ o

iiexcl- o~J o t~

~ +1Io ~ ~ + I ti ~

i i

10

~

duna

i1 ~ riel Mi3s0un [

l fIacutee Mississippi

0 ttensicioacuten X plelno

i i i

100 R

o o

+ rUo sobre duneacutel

O Guy sta bull (1966)

bull fIacuteo Paranoacute

La ubicacioacuten de los datos del riacuteo Paranaacute pone en evidencia la posibilidad

de ocurrencia de dunas con efectos viscosos (Rd2 o Rlt35) siempre

que se verifiquen intensidades de transporte suficientes es decir elevados

nuacutemeros de movilidad

Este diagrama constituye una herramienta especialmente apta para

escurrimientos en grandes riacuteos de llanura ya que combina la posibilidad

de incluir los efecros viscosos con un esquema de paraacutem etros

adimensionales expresados en funcioacuten de la tensioacuten de corte de grano que

representa adecu2ebmente el transporte de la carga de fondo (g)

r~sponsable de la gene racioacuten de las ondas de arena

Prediccioacuten de las dimensiones de las formas de fondo

El pronoacutestico de las dimensiones o geometriacutea de las formas de fondo

significa determinar su altura H su longitud de onda A o la relacioacuten

entre ambas e empinamiento HA para un dado estado de la corriente

En el caso del riacuteo Paranaacute las mediciones de Villa Urquiza permitieron

comprobar que para las grandes dunas del lecho en si tuaciones de aguas

medias se cumple aproximadamente la claacutesica relacioacuten (Yalin 1977)

284

(5161-- =507 h

(El valor teoacuterico de la relacioacuten es 6)

La ecuacioacuten (516) no se verifica en creciente en los perfiles longitudinales

P3 y P5 cuando las grandes dunas se deforman aumentando marcadamente

su longitud (veacutease Cuadro 56)

Para condiciones de permanencia y uniformidad de la corriente se disentildeoacute

un graacutefico (Schreider y Amsler 1992b) que permite predecir e empinamiento

HA cuando los efectos viscosos en el lecho no son despreciables (je cuando

R lt 12) El graacutefico incorpora datos del do Paranaacute el cual con tamantildeos de

material de fondo donde predominan las arenas medias y finas (Capiacutetulo 4)

normalmente se encuentra en esa situacioacuten

Un anaacutelisis de los diagramas existentes de H A [entre ellos los de Van Rijn

(1993) y Yalin (1977)) permitioacute arribar a las principales condusiones siguientes

bull Todos los graacuteficos disponibles para dunas dan su relacioacuten HA en casos

de escurrimientos hidrodinaacutemicamente rugosos donde la influencia de R es d esp reciable

bull Seriacutea teoacutericamente maacutes consistente expresar H A en funcioacuten de y no

de o debido a que la evolucioacuten de la tensioacuten de corte total con ti impide

definir con claridad la rama descendente del diagrama de empinamiento

Teniendo en cuenta estos hechos Schreider y Amsler construyeron su

diagrama representando la siguiente funcioacuten

H=P-~(TmiddotR) (517)

que no es otra cosa que la ecuacioacuten (51) en donde la propiedad HA

se representa en funcioacuten de las variables y R pero expresadas en funcioacuten

de la tensioacuten de corce de grano o

La funcioacuten ltpo HA se definioacute en base a 151 datos de laboratorio y 83 de

campo todos con R lt 12 Y (hd) gt 1OO Esta uacuteltima circunscancia

determina que esta variable no sea relevante en el fenoacutemeno que se intenta

formular por las mismas razones explicadas en relacioacuten con el diagrama

de Figura 518 La variable pp tampoco interv iene por motivos ya

sentildealados En Figura 519 (ab) se presenta el diagrama de empinamiento

elaborado por los aucores citados

285

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 28: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 519 (a) HA (a)

o--La o ~bull bullbull -~ bull 1 I I 1I

I

~

J lOO~~~l lalaquogtlt lt

V

CraquoCOP

HiQlJeJ MQIlmOOCl

Riacuteo MiSOOlln

fHlC)nlOllOllfl etal

Shcn e18l

o Palanaacute

j=

bull bull Fonao plonO

DJntl$

T~omiddot 0000

bull

o [)Jnas

I I 1 I I I

~ shy

1 I

1 I I ~

rDiagrama de (En abscisas aparece dividido por la rensioacuten de corre adimensional de empinamiento en funcioacuten de iniciaci oacuten de movimienro c para asimilarlo a la forma en que aparecen r Jtc 01 habirualmenre en la bibliografiacutea los diagramas de empinamienro)Figura 519 (b) Representacioacuten En Figura 5J 9 para el caso solo de dunas fue posible ajusrar a los punros de los datos de

la siguienre funcioacuten dunas del diagrama en coordenadas semilogaritmicas T= O04631n(~ -27x- O6041~ - 27))(269 - ln( ~ - 27)J (518)

Cuando ( h) gt 10 se observa en Figura 519b que los daros de

dunas se pueden agrupar de acuerdo a ciertos rangos de R Teniendo en

cuenra ello Schreider y Amsler ajusraron rambieacuten funciones a cada uno

de esos rangos Son las siguienres

001

60 lt R ~85

(519)f~005881~~ -2+P(-06441~ -27)J(2397-~ -27)) ~8j ltR 1000001 I 1 10 C IT

(520) ~ 00482 In(~ -27)CX- 06441n[~-27)12690 -I~ -27))A lac l ( te

01 ~===t~~~~~~~3==~ l tUI~ ~ IO0lt R ltraquo120

HA ~~f~- I ~_____ ~ 00404ln(~ -27)eJ-0708In(~ -27)1(3105 - I~ -27)J (521)

iexcl I A tc ~ t () toc1 ~~~~- ---lt 1 I i I -~~~-rgtiexcl~ ~

bull Iu ~ Como consecuenci~ de rodos los e1emenros brindados se advierte que en el riacuteo

Paranaacute en condiciones de aguas medias y uniformidad aproximada de la corriente00gt ~r d ltc 521 i es posible predecir alruras H y longirudes A medios de las grandes dunas del

~ lecho combinando las ecuaciones 516 y 519 a 521 Los daros necesarios para 1 I eUo son proFmdidad h distribucioacuten de tamantildeos del marerial de fondo remperarura

~ I 1 del agua y pendienre I o velocidad media de la corrcnre ll

000 ~~~ I 111 Para si ruaciones de crecienre soacutelo exisren herramientas desarrolladas para

1 I I predecir las alruras de las grandes dunas en la zona del Tuacutenel SubAuvialICiexcl bull I I que como se ha sentildealado presenra una marcada no uniformidad de la V 1 1 corrienre Una de ellas es el ajusre empiacuterico a los daros de dunas

5 10 15 20 25 00001

individuales disponibles presenrado en Figura 516 En base a la 1 1

e informacioacuten de Cuadro 57 rambieacuten se logroacute ajusrar la siguienre ecuacioacuten

que permire predecir la alrura media de las grandes dunas en el mismo

sitio (FICH 1997a)

286 287

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 29: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 520 Evolucioacuten de las alturas de as grandes dunas en creciente en la zona del Tuacuten el Subfiuvial Hemandafias (riacuteo Paranaacute)

(522)H = (~)-ltl1[505In172+071]h dso

(r =0895)

Esra ecuacioacuten brinda buenos resulrados con uuml gt 120 mIs y h gt 20

m Como era esperable en Figura 516 se puede observar e buen ajusre

de los valores de alturas de dunas calculadas con ecuacioacuten (522) sobre la

recra de regresioacute n de la figura

Dado que la ecuacioacuten (522) es vaacutelida para las grandes dunas relevadas

en la zona de maacuteximas profundidades (rhalweg) de riacuteo surgioacute la necesidad

de ampliar su rango de aplicacioacuten (FlCH 1997 b) incorpo rando

observaciones complementarias de arras secrores del riacuteo en la misma zona

N uevos perfiles longitudinales relevados en el rramo de Tuacutenel cubriendo

praacutecricamente roda su ancho en seriembre de 1997 para una situacioacuten de

aguas med ias (H pp = 358 m) brindaron los daros necesarios que se

antildeadieron a los del Cuadro 57 La expres ioacuten que produjo el mejor ajusre

01 roral de la informacioacuten fue la siguiente

H [h J o f 2 1 (523)h = dO t o153Uuml + 277luuml - 0703J

(r 2 = O-9c S)

En Figura 520 se presenra el ajusre de iexcl~ ecuacioacuten (523) a los daros observados

Se advierte alliacute que la nueva infurmacioacuten se disp1e adecuadamente siguiendo la

rendencia de las observaciones realizadas en las crecientes de 1982-83 y 1992 sobre

el rhalweg produciendo incluso un r mayor que el de la ecua6Iacuten (522)

-1

6 1P-

1gt oacute ti O iexcl ~

6 ~ 4

~ r Datos zona thalweg 2

iexcl ~ Datos zo~ margen derecha

iexcliexcliexclj

1+1-----------r----------~----------~r---------~ O 2 3 4

iexcliexcl [rnsl

288

Prediccioacuten de la velocidad de desplazamiento de las formas de fondo

Urilizando los daros del riacuteo Paranaacute medidos en los rramos de Villa Urquiza

y e Tuacutenel Subfluvial del riacuteo Paraguay en su rramo inferior (HRS 1972)

y de Guy y arras (1966) en laborarorio fue posible calibrar foacutermulas que

permiren predecir la velocidad de desplazamiento de las dunas del lecho

en corrientes aluviales de un amplio rango de ramantildeos (Fedele 1995) Son

las siguientes

dso lt 04 mm

udH [( H )356 - 3SOacute 1r-3 = 575xI0-9 1+ 264d O22 _ _ u_ (5241

-ygdto so hl 3 dI64 iexcl 06 J (r 2 = 077)

dso gt 04 mm

1I d H [( H )405 -405 ]r-3 =15x10-9 1+ 26 4 d O22 __ U (525)

gd]o so hit) d 2bull7 hObull68 50

(r 2 =095)

En Figura 521 se puede observar coacutemo ambas foacutermulas predicen los daros

con los cuales fueron calibradas Se incluye la banda de dispersioacuten de plusmn 50

1000-----------------------------------~----------~------~__

100

~ 10

I e

=gt +

01

OOlli-----iexcl------+-----+-------iexcl ---1 001 01 10 100 1000

Udobs (rndiacuteaj

Es necesario sentildealar lo siguiente en relacioacuten con las expresiones presentadas

- Con ellas es posi ble predecir Ud ranto de las grandes dunas como de

las pequentildeas dunas su perpuesras En e primer miembro se emplea como

289

Figura 521 Datos Ob5efVados y calculados de u con ecuaciones 524 y 525 con bandas de dispersioacuten de plusmn 50 [ Los datos obsecvados fueron usados en la calibracioacuten de las ecuaciones 524 y 525]

Paraguay ~ Palanaacute (dnas iexclxuentildeiJJ)

Lab d 093 mm

O Patltl naacute (duna grand~1 bull lao (1 lt 0 4 mm

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 30: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

H la almra media de la duna que corresponCla 19ranCle o

superpuesra) En el teacutermino entre del miembro que iexcljene

en cuenta la resisrencia al escurrimiento se recomienda en riacuteos

como el Paranaacute utilizar como H a la alrura mediacutea de pequentildeas dunas

maacutes adelante

en funcioacuten de variables faacutecilmente

medibles con las teacutecnicas hidromeacuteuicas habimales h ll)

La ecuacioacuten vaacutelida para d lt 04 mm que se estaacuten

considerando en el valor de Ud los efectos viscosos del escurrimiento

habiruales con diaacutemetros de tondo pequentildeos Es decir la influencia de R estaacute tenida en cuenta

- El caacutelculo de una u otra ecuacioacuten auwmaacutetIacutecarneme la

determinacioacuten de no es orra cosa que la carga de

fondo volumeacuteuica por unidad de ancho debida al

de dunas En ouas Fedcle el segundo

miembro de ecuacioacuten (5 en funcioacuten de las variables habituales

de la corrienre y el sedimento

la resistencia al escurrimiento

Conceptos generales sobre resistencia al escurrimiento en corrientes aluviales

La interaccioacuten existcmc cmre el transpone de sedimentos las formas

de y el escurrimiemo en una corrienre al uvial se visualizar

en el esquema

[ 1

U

shy FORMAS DE FONDO

evidencia claramente que las formas de fondo inciden marcadamente en la

resistencia que el cauce opone al escurrimienro y a traveacutes de ella uacutelrimo (Le sobre su estrucrura

Es decir la resuacutetencia en forma habitual en teacuterminos de los

coeficientes C de Chezy o n de como en la Hiacuteddulica de

Canales claacutesica (Chow 1959 Hendcrson 1966) es orra

de riacuteos aluviales que necesario conocer de

Tambieacuten sude utilizarse para ello el coeficiente de friccioacuten f de

Weisbach (Kennedy 1975) permanenres uniformes y bidimcnsionales la

resistencia estaacute dererminada por tres factOres principales

i) ugosldaCl producida por los gtanos de la ii) mayores de la del lecho de

difundido en d cuerpo de la corriente

islas contraccIacuteones expansiones hllYffnny

Como la resisrenaacutea es otra propiedad de los riacuteos aluviales leraacute de la variables

adimensionales baacutesicas De manera funcional 1992)

e J de

526 no

rranspone de sedimentos se en o masivamente)l y por lo tamo las fuerzas inerciales de las individuales esrariacutean

Se demuestra que el coeficieme de involucrado en la relacioacuten

funcional se puede exp resar en teacuterminos de los factores

dc resiscencia sentildealados anteriormente

Del mismo modo se con el coefidenre de rugosidad de

290 291

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 31: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

2 (528)n n2 +

(529)o el coeficiente de friccioacuten f

=f+

En los tres casos ambas componentes de resistencia estaacuten

tensiones de grano 1 forma 1 las 0 0

para la relacioacuten funcional

526 considerando un contorno rugoso y valores ajeos de hd es

demostrar asim ismo que

c=

donde la alwra de de arena presentada en relacioacuten

con la divisioacuten de la rensioacuten de corte total

A traveacutes de lo se advierte que dos de

la hidraacuteulica de riacuteos como lo son

bull la de la velocidad media (y por ende del caudal) en la seccioacuten

transversal de un cauce fluvial para una dadas o

bull la de la (nivel) con que escurriraacute por una seccioacuten

un caudal dererminado

nprFn necesariamente conocer la forma de la funcioacuten (526) o valores

las componentes de forma Duranrc

correSP()ll(jiexclentts en la mayoriacutea de los casos se dererminar

la que alcanzaraacute (1 mediante algunos de los meacuterodos disentildeados

para este fin como los de

Aplicaciones de los predictores altura-caudal Su relacioacuten con el factor de friccioacuten

Los altura-caudal meacutetodos

desarrollados para la estimacioacuten del cocficienre de resistencia en corrientes

aluviales 1975) En funcioacuten de csre caacutelculo una

serie de datos de parrida el caudal que escurriraacute para

dada a traveacutes de la seccioacuten transversal de un cauce aluvial

condiciones de uniformidad bidimensionalidad

En el riacuteo Paranaacute se de varios sin la

nncr~nlti(m de estimar pues los aforos que se realizan

sino bmcando en realidad verificar la bondad

292

de los mismos en un fluvial Los prediaores tgtnrlm

bull Einscein - Barbarossa (1952)

los resultados alcanzados

de Engelund con el

Esre uacuteltimo aUfOr basado en en modelos fiacutesicos fluviales a

fondo moacutevil daros de laborarorio demuestra la exisrencia

de una vinculacioacuten ente las eensioacuten de corte adimensional fOcal 1 la

a la rullosidad de grano 1 522)

1

02_

al 001 002

Fgtl

02 04

1 = 1

1 1

Universal de Resisrencia Se

ecuacioacuten

Es re

subcriacuteriacuteco o tranqullo

con dunas que se representar mediante la

(531)t 006 + 03 1

-La al criacuterico (o rorrenciacuteal) con

fondo

293

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 32: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

UriJizando esre diagrama y una ecuacioacuten para la velocidad media u basada

en la rensioacuten de corce de grano o Engeund propone un procedimiento (Kennedy 1975) el cual parciendo de los siguientes daros de enrrada

B h 1 dw dw reacutegimen del escurrimienro (subcriacuterico erc)

permire calcular el caudal Q que escurriraacute para la profundidad media h dada Asimismo es posible dererminar los codicienres de friccioacuten f y f Y por lo ramo

f =f - f o de ser preferible los orros coeflciemes de resisrencia Con

Dado que rodos los prediaores mencionados fueron desarrollados para escurrimiemos

penmanemes middotwuacuteformes y bidimensionales al apuumlcarlos se debe imemar adoprar una

siruaoacuteoacuten lo maacutes cercana posible a esas condiciones En e caSo de riacuteo Paranaacute su reacutegimen

es gradualmente variable con lo cual la condicioacuten de permanencia se cumple aceprablemenre En cuanro a la wuacuteformidad (y bidimensionalidad) exisren seaores

uniformes y no uniformeS en e cauce (Figuras 52 y 53) y aunque el Paranaacute presenra

grandes relaciones de BIh (enrre 70 y 200) el caraacuteaer de bidimensionalidad no se cumple

(Cuadro 51) Ame esras circunsrancias Pujol y OITOS siguiendo la recomendacioacuten de

Kennedy (1975) apuumlcaron los prediaores en LUl tramO largo de cauce de alrededor de 20500 m con escalas hidromeacuteaicas en Villa Urquiza (exrremo de aguas arriba) Puerro

Paranaacute y Bajada Grande (exrremo de aguas abajo) y con abundan re informacioacuten

barimeacuteaica hidraacuteulica (enrre ellas una curva de descarga con aforos perioacutedicos en Aguas Corrienres) y sedimemoloacutegica (Figura 523)

Rgura 523 Tramo de aplicacioacuten de los predictores en el riacuteo Paraoaacute

Todos esos daros sufrieron un cuidadoso rraramienro (DHGyA - SECyT

1983) que permirioacute obrener

a) Curvas de aacutereas de secciones uansversales (Q) anchos (B) y radios hidraacuteulicos (R) promedios en el rramo mencionado y subrramos inreriores

en funcioacuten de la alrura hidromeacuterrica en Paranaacute (H pp)

b) Pendientes promedios de pelo de agua y de energiacutea O) enrre las escalas

exisrenres para aguas bajas medias y airas y curva de pendienres en funcioacuten

de alruras hidromeacuterricas en Paianaacute

c) Disrribucioacuten granulomeacuteuica promedio de ramantildeos del sedimenro de

fondo para roda el rr-amo dererminada en base a muesrras obrenidas a lo

largo y a lo ancho de mismo De alliacute se esrablecioacute la siguie nre informacioacuten para ram antildeos caracreriacutesricos del marerial de fondo

d = 0160 mm d = 0358mmt6 6s

d =0232 mm d = 0520 mm 3s 84

dso = 0287 mm d = 0760 mm 90

d) Variaciones de las remperaruras medias mensuales del agua del riacuteo Paranaacute obren idas en base a cinco antildeos de regisuos

De esre modo se lograron promediar las irregularidades en la geomerriacutea

del rramo de ca uce real (el prororipo) y en la granomerriacutea del sedimento de fondo Al reducir esas variaciones a rraveacutes de paraacuteme rros medios

represenrarivos del rramo seleccionado asociados a una pendienre hidraacuteulica

global se prerende aproximar las cordiciones de unitormiuaJ y

bidimensionalidad requeridas

Los predicrores mencionados se aplicaron con roda esra base de informacioacuten en el subrramo mue Villa Urquiza (VU) y Puerro Paranaacute (PP)

yen el rramo complero (VU-BG Bajada Grande) de dos modos diferemes

bull Se comproboacute la aprirud de prediccioacuten de los caudales aforados urilizando

alruras de escalas pendientes y viscosidad del agua de las fechas de los

aforos (Figura 524)

294 295

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 33: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Figura 524 Caudales aforados y calculados en el riacuteo Paranaacute con predictores hQ Datos del diacutea del aforo

6----------------------------------~----------~----------_

5

I3 l r

f ~------1 ~

-----~~rmiddot I 7

r

O

5000 10000

L~~_-V

bull Datos de aforo ~ Einstein-8arbarossa Tramgt VU- PP Einstein-Barbarossa Trarro VU- BG

ngelund Tramo VU-PP Engelund Tramo VU-8G

Alam-Kennedy I Tramo VU-PP

1 AJam-Kennedy Tramo VU-8G

15000 20000

Q[m 3 iexclsJ

bull Se predijeron los caudales de la curva de descarga disponible en Aguas

Corrienres utilizando remperaturas medias mensuales y pendientes

obrenidas de la curva 1 ltiexclJI [Hppl Para esre uacuteltimo caso se brindan los

resulrados de predicror de Engeund en Cuadro 510 y Figura 525

Cuadro 510 Aplicacioacuten del predictor de Engelund en el riacuteo Paranaacute Tramo Villa Urquiza - Bajada Grande PredicGIacuteoacuten con datos medios

H [m]

1105 R [m]

n [m2 ]

Ucalc [mis]

Qcalc

[m3s] Qobs [m3s]

EQ []

ncalc f f f

050 434 593 10050 0781 7849 7200 90 0028 0033 0012 0021

100 444 617 10850 0824 8949 8500 53 0027 0032 0012 0020

150 460 645 11700 0885 10365 10200 16 0027 0030 0012 0018

200 474 675 12550 0950 11923 11700 19 0026 0028 0011 0017

250 478 702 13400 0995 13333 13100 18 0025 0026 0011 0015

300 480 730 14250 1038 14700 14700 07 0025 0025 0011 0014

350 480 757 15100 1077 16268 16350 -05 0025 0025 0011 0014

400 482 785 16000 1122 17958 17800 09 0024 0024 0011 0013

450 486 815 16800 1176 19752 20CXlO -12 0024 0022 0011 0011

500 496 845 17600 1245 21909 21500 119 0023 0021 0010 0011

296

El3

0

Figura 525 Curva de descarga en Aguas Corrientes (rio Paranaacutel y caudales predichos con el predictor de Engelund Prediccioacuten con datos medios

EngelundCUfa de desearrga ajustada a aforos Engelund ramo VU bullPP

Tramo VU-BG

I 0 5000 10()(XJ 15000 20000

Q Im 3sl

De acuerdo con los resultados obrenidos en reacuterminos generales puede

observarse que las predicciones efectuadas con e predicror de Engeund

son mucho mejores que las obrenidas con los ouos dos meacuterodos Pujol y

orros (I985) interpreraron que los predicrores de Einsrein-Barbarossa y

Alam-Kennedy esrariacutean sobresrimando e valor de coeficiente de resisrencia

de riacuteo Paranaacute mientras que e de Engeund lo aproximariacutea mejor

Teniendo en cuenta que e diagrama universal fue ajusrado con daros de

canales de laborarorio en donde la resisrencia es uacutenicamente de grano y

por forma el excelente comportamiento de predicror de Engelund en

el riacuteo Paranaacute esrariacutea indicando en principio que componenres de

resisrencia adicionalescdebido a la influencia de maacutergenes cambios de

seccioacuten bancos e islas de cauce erc rendriacutean una importancia minoriraria

fren re a las de grano y forma

En Cuadro 510 se pueden apreciar los reducidos porcentajes de

diferencia entre los caudales observados de la curva de descarga disponible

en Aguas Corrientes y los calculados con e meacuterodo de Engeund Tambieacuten

se han incluido en esa Tabla los valores de coeficiente de Manning n y

de facror de friccioacuten f y sus componentes f y f obrenidos a parrir de

los paraacutemetros brindados por Engeund seguacuten lo ya explicado Al evaluar

esros coeficientes se deben rener presentes las siguientes circunsrancias

bull Que son promedios represenrarivos de un (fama del riacuteo y que ranto

sus valores absoluros como rendencias con el esrado de la corriente pueden

llegar a variar si se imema aplicarlos en secrores localizados de cauce

297

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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305

Page 34: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

Sus va lores reflejan las variacio nes que han experime ntad o los

paraacutemerros globales de la corriente de donde han sido obrenidos esm es

el radio hidraacuteulico R (= h en el caso del Paranaacute) la pendiente y la velocidad

Es decir no han sido calculados con el sentido de la ecuacioacuten 534 como

funcioacuten de los facrores responsables direcros de la resisrencia al

escurrimienm el diaacutemerro de sedimenm y la altura de duna

Co mo corolario de esms hechos surge que si se prerenden esrablece r

coeficientes de resisrencias en zonas puntuales del lecho de un riacuteo como el Paranaacute donde la dererminacioacuten de un paraacutemerro como la pendiente de

energiacutea 1 es muy dificulmsa o ral vez inviable es aconsejable el empleo

de una ecuacioacuten como la (534) con variables de medicioacuten maacutes sencilla y

confiable a rraveacutes de las reacutecnicas hidromeacuterricas habiruales

El coeficiente de rugosidad de Manning en el riacuteo Paranaacute

Considerando que las componentes de grano y de fo rm a del facror

de resisrencia rora l dependen seguacuten lo ya explicado de un ramantildeo

representarivo del sed imenm del lecho y de las dimensiones H y A de las

formas de fondo presentes la ecuacioacuten (526) puede expresarse del siguiente

modo (Fede1e 1995)

1532)c=~cls ~ ~]

Al ser representada en reacuterminos del coeficiente n de Manning la (532) queda

~H] hil6 (5331n =~n [ d h s

[En la ecuacioacuten (533) se eliminoacute A urilizando la ecuacioacuten (516)]

La forma de la funcioacuten ltPn se esrablecioacute empiacutericamence a rraveacutes de un

procedimienco basado en series se1eccionadas de los daros de laborarorio

de Guy y arras (1966) Ello permiri~ obrener expresiones para las

componences n (resisrencia de grano) y n (resisrencia por forma) con las

cuales se dererminoacute para e coeficiente n

n =hl 6 [0 057(ds ) 6 + 1504d 039 ~] 1534) h s h il2

En la Figura 526 se presentan los valores de n versus los valores de n ob

calculados con la ecuacioacuten (534) y las bandas de dispersioacuten de plusmn 20

0 04 --------------_-----~------ - --- - -shy

0035

003

0025

lt3

1i e 002

0 015

001

000gt55tl ~----ZO~-----------------~-----001 0015 002 0025 003 0035

n obS

La Figura 526 muesrra soacutelo la apritud de la ecuacioacuten (534) para representar

los propios daros con que fue calibrada y no su capacidad de prediccioacuten del

coeficiente n de Manning en corrientes aluviales Si se prerende utilizarla debe

considerarse como miacutenimo que fue ajusrada con n observados en canales de

laborarorio con ramantildeos dso del lecho enue - 0200 mm y - 1 mm

Cabe sentildealar que Fedele (1995) inrmdujo la ecuacioacuten (5 34) en las funciones

(524) y (525) para predecir la velocidad de despla7amiento de dunas En el

caso de los daros del riacuteo Paranaacute (d = O300mm) como altu ra H urilizoacute en la so ecuacioacuten (534) un valo r medio correspondiente a las pequentildeas dunas

superpuesras ya que esras uacutelrimas seriacutean responsables de buena parre de la

resisrencia por forma en esre riacuteo como se demuesrra en lo que sigue

Si bien las ecuaciones para Ud con la ecuacioacuten (5 34) incorporada

represenran muy bien los dams urilizados para su calibracioacuten (Figura 521)

auacuten se necesira maacutes invesrigacioacuten para verificar la aprirud de predicmr de

l desarrollado en riacuteos aluviales como el Paranaacute De acuerdo con los

primeros resulrados obrenidos el ramariacuteo de las pequentildeas dunas

superpuesras incervendriacutea en una proporcioacuten imporrante en el valor de H

a reemplazar en (534) especialmente en situaciones de creciente del riacuteo

Asimismo es necesario rener en cuenca la suposicioacuten de uniformidad del

escurrimiento impliacutecira en las ecuaciones de parrida por lo que no seriacutean

esperables predicciones confiables de n en secrores muy localizados del

cauce donde aquela condicioacuten no se cumpla

299

Figura 526 Valores de no~ (Guy y otros 19661 versus n calculados con ecuacioacuten (5341

298

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

Bibliografiacutea

A1am A M Z y Kennedy J F (1969) Friction factor

for f10w in sandmiddotbe( channels Joumal ofthe Hydraulics

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imposition and classification of dunes formed by

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A1len J R L (1976) Computational models fordune

time lag general ideas difficulties ami eat1y results

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Amsler M L Y Garciacutea M (1997) Discussion 01

Sand-dune geometry of large rivers during floods

by P T Julien and G J Klaasen Joumal 01 Hydraulic

Engineering Vol 123 No 6 pp 582-584

AmsJer M L Y Gaudin H E (1994) Influencia

de la superposicioacuten de dunas en el transporte de la

carga de fondo en el riacuteo Paranaacutemiddot Y0I Congreso

Nacional del Agua La Plata Argentina

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Paranaacute river Argentina River Sedimentation

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302

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transversal del tramo medio del riacuteo Paranaacute V

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Construcciones Portuarias y Viacuteas Navegables-Comisioacuten

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sedimentos por acarreo Riacuteo Paranaacute Teacutecnicas

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Drago ECE (1984) Estudios limnoloacutegicos en una

seccioacuten transversal del tramo medio del riacuteo Paranaacute 1

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Drago LeE y Amsler ML (1988) Suspended

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Fedele j _ ~ - Cune veocity in sand bed

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Tuacutenel Subfluvial Inlorme Final Santa Fe

Argentina

- (1995) Estudio de las condiciones de

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Argentina

- (1997a) Anaacutelisis de la evolucioacuten de los

principales paraacutemetros hidraacuteulico-morfoloacutegicos que

pOdriacutean influir sobre el comportamiento futuro de la

obra de proteccioacuten del Tuacutenel Comitente Comisioacuten

Administradora Interprovincial Ente Tuacutenel Subfiuvial

Hemandariasmiddot Inlomne Final Santa Fe Argentina

- (1997b) Ubicacioacuten y dimensiones de la obra

de continuacioacuten de la cubierta protectora del Tuacutenel

Subfluvial Primera etapa proteccioacuten del lecho

Comitente Comisioacuten Administradora Interprovincial

Ente Tuacutenel SUbftuvial Hemandarias Inlomne Final

Santa Fe Argentina

303

FredSltjle 1 (1981) Unsteady flow in straiacuteght alluvial

streams Part 2 Transition from dunes to plane bed

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Aplicada Instituto Nacional de y Teacutecnica

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Perfiles observados de velocidad en un tramo del

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A Vanoni Ed NewYork 745 p

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ASCE No 54 Vito A Vanoni Ed New York 745 p

305

Page 35: Cap5 El Rio Paraná en Su Tramo Medio

la altura de rugosidad total de arena

Urilizando Jos datOs informados por y 0[[0$ n 985) acerca de la

de los Amsler y Schreider (1992) determinaron

mediante la ecuacioacuten (530) la altura de rugosidad total media k de arena en el subtramo entre Villa y Paranaacute

523) En Cuadro 51 se presentan los resultados

CUadro 511shyAltura de

11700 675

13100 094 702

14700 099 730

16350 104 757

l78CO 10 785

20000 115

21500 1iexcl7

4578

4872

5034

5165

5440

5616

los datos de con las alturas de dunas el Cuadro 56 se advierte que la altura de toral en el cauce del Paranaacute estariacutea en el orden de la almra de las pequentildeas dunas superpuestas

y no de las dunas del lecho Maacutes auacuten en seda una cierta

dunas Anre esta

autores citados el anaacutelisis de este aspecto

detallados de velocidad medidos sobre las crestas

dunas en P3 y P5 en el tramo de Villa

A traveacutes del a esos de velocidad observados de ecuaciones

en la Mecaacutenica de Fluidos (Clauser 1956) para escurrimienws

mrbulen ros rugosos Amsler y Scbreider obmvieron evidencias que les conclliir--iexclo

bull La de la almra de total de arena k en

do Paranaacute tendriacutea un valor que se ubica entre 05 y 1 vez la altura de las

pequentildeas dunas superpuestas

bull Ese valor de es variacuteas veces mayor que la altura de de grano k

bull Teniendo en cuenta la ecuacioacuten (52) se que buena parre de la

almra de meosidad por forma k y por lo tamo de la resistencia que ella

300

en el riacuteo Paranaacute se deberiacutea a las pequentildeas dunas aparecen

superpuestas a las maacutes en su cauce acrivo En apoyo de esta

observacioacuten cabe sentildealar que se han dunas en el tramo

de Villa el aacuterea del donde se concentran los mayores

caudales) con caras de aguas muy rendidas en donde no existiriacutea

por forma asodadas a estos casos seriacutean

P5 en Figura 52)

301

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Administradora Interprovincial Ente Tuacutenel Subfiuvial

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Comitente Comisioacuten Administradora Interprovincial

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303

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streams Part 2 Transition from dunes to plane bed

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Guy H P Simons D B Y Richardson E V

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Hemandarias fstdid oacutebre modelo

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Naciones Unidas para el Desarrollo UNESCO

Programa SFARG66521 Subsecretariacutea de

Recursos Hiacutedricos Ezeiza Argentina

loacutepez F Garciacutea C M Droz C J y Prendes H

H (1998) Mediciones de estructura del lujo

medio y de la turbulencia con un ADCP el riacuteo

Paranaacute Argentina Memorias XVIII Congreso

latiacutenoameiexclcano de Hidraacuteulica Avances en

Hidraacuteulica 2 Oaxaca Meacutexico pp 995middot1004

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(orfat bed flows in sand Journal of the

Hydraulics Oivision ASCE 95 No HY4 pp

1227-1234

Milli H (1974) Transporte total de material de

leClO en riacuteo Paranaacute aproximacioacuten teoacutericar

Subsecretariacutea de Recursos Hiacutedricos Instituto

Nacional de Ciencia y Teacutecnica Hidlicas Laboratorio

Hidraacuteulica Ezeiza

Prendes H H (1981) Sedimentacioacuten en el embalse

del Paranaacute Medio Cierre Chapetoacuten Infolme Teacutecnico

Proyecto Ejecutivo Aprovechamiento Paranaacute Medio

Tomo 111 Gap VII EmpressJa yEnergfa E1eacutectJica SE

(1983) mathematical model movable

appliacutecation to the Paraneacute river Second

International Symposiacuteum on River Sedimentation

Nanjing

Prendes H H Huespe J Schreider M l

Amsler M l YZanardi lo (1994) Pronoacutesaco de

evolucioacuten de trinchera dragada en cauce

aluvial influencia de las distintas modalidades de

transporte XVI Congreso latinoamericano de

Hidraacuteulica Vol 2 Asoc Int de Inv Hidraacuteulicas

Santiago Chile pp 393-404

Prendes H H Torres G R Y Zapata C R

(1996) )spectos Sedimentoloacutegicos del Riacho

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Neuqueacuten Argentina

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hrldirlt Pergamon Press Edition 538 p

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Schlichting H (1979) Boundarymiddotlayertheory

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[Traduccioacuten del original alemaacuten por Ing M H

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Perfiles observados de velocidad en un tramo del

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Ente Tuacutenel SUbftuvial Hemandarias Inlomne Final

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Hemandarias fstdid oacutebre modelo

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Aplicada Instituto Nacional de y Teacutecnica

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