Este documento describe las características morfológicas de los cauces fluviales, incluyendo el patrón de alineamiento, el perfil altimétrico, la sección transversal y las formas del lecho. También explica conceptos como la sinuosidad, el caudal formador, indicadores del nivel de banca llena y diferentes esquemas de clasificación de cauces como los de Davis, Leopold & Wolman, Shumm, Brice y Blodgett y Rosgen.

1. MORFOLOGÍA
FLUVIAL
Ing. Efraín Chuchón Prado
CURSO DE EROSION Y TRASPORTE DE
SEDIMENTOS RH -555
UNSCH - 2020

3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA
CORRIENTE
• PATRÓN DE ALINEAMIENTO DEL CANAL
EN PLANTA
• PERFIL ALTIMETRICO DE LA CORRIENTE
• SECCIÓN TRANSVERSAL

4. PATRON DE
ALINEAMIENTO DEL
CANAL EN PLANTA
• Trenzado
• Recto
• Serpenteado

5. SINUOSID
AD
• Relación entre la
longitud del río (l) y
la longitud del valle
(L) (Rosgen, 1996).
• P = l/L

6. Trenza
do
• Múltiples canales de flujo
• Barras e islas intermedias
• Difícil medir la sinuosidad
• Pendiente usualmente alta
• Sección transversal ancha
• Material del lecho: grava

7. Recto
• Sinuosidad < 1.5
• Escasos, usualmente en
tramos cortos (excepto
fallas geológicas)
• Thalweg presenta
sinuosidad

8. Serpenteado o meándrico
• Sucesión de curvas unidas por tramos
rectos
• Sinuosidad > 1.5
• Valles amplios
• Pendientes bajas
• Material transportado: arena

9. PERFIL ALTIMETRICO DE LA CORRIENTE
• La pendiente
está relacionada,
en cada punto,
con las
características del
material del
lecho
• Permite identificar
posibles
controles
estructurales
lecho rocoso
Desprendimiento de laderas
grandes piedras mas de 2m
grandes piedras
gravas
gravas y cantos
arena, limo y arcilla

11. CASCADAS

12. SALTOS Y POZOS

13. ESCALONES Y POZOS

15. Pozos y cruces
HEC-20, 1991.

16. MÁXIMA VELOCIDAD Y TURBULENCIA
Distribución de la velocidad Sitios de máxima turbulencia

17. Barras media y punta

18. Barras media y punta

19. Formas del lecho en
cauces aluviales

20. • El lecho de los canales aluviales no es una frontera rígida.
Se caracteriza por formaciones (acumulaciones) que
varían en tamaño, disposición y localización con los
cambios de flujo, temperatura, carga de sedimentos,
tamaño característico del material del lecho, etc. Las
configuraciones del lecho se definen como todas las
irregularidades más grandes que el tamaño mayor de las
partículas que conforman el lecho de los canales aluviales
y ofrecen la mayor resistencia al flujo que caracteriza
estos canales.
• Los cambios en las formas del lecho resultan de la
interacción entre el flujo, el fluido y el material del lecho;
a su vez, esas configuraciones influyen en los parámetros
del flujo como la profundidad, la velocidad, la rugosidad,
el transporte de sedimento, etc.

21. Régimen Bajo
–Fr < 1
–Flujo Subcrítico
– o, V Bajos
• Lecho plano sin
movimiento
• Rizos
• Rizos
superpuestos
con dunas
• Dunas
Formas del lecho según el
régimen de flujo
Régimen bajo, Régimen de transición y Régimen alto

22. Formas del lecho según el
régimen de flujo Régimen de Transición Flujo
cercano al crítico
Régimen Alto
o,V Altos
Fr > 1
Flujo Supercrítico
-Lecho plano con movimiento
de material
-Antidunas violentas
-Antidunas estacionarias
-Rápidos y Pozos

23. Predicción de las formas del lecho
Diagrama de Simons y
Richardson

24. SECCIÓN
TRANSVERSAL
• Los canales están en un continuo
estado de ajuste de la forma de su
sección transversal la que depende de
la interrelación de 8 variables:
– Caudal Q
– Ancho B
– Profundidad h
– Velocidad V
– Pendiente S
– Rugosidad del material del lecho n
– Tamaño de la carga de sedimento D
– Volumen de sedimento transportado

25. Forma de la sección transversal
• La forma se debe al balance entre la fuerza
del agua y la resistencia del lecho y de los
materiales de las bancas.

26. INTERRALACIÓN ENTRE LAS VARIABLES

27. CAUDAL FORMADOR O DE BANCA
LLENA
• Descarga que justo llena el canal, sin
presentarse desbordamiento hacia la
planicie (Rosgen, 1996)
• Define las características morfológicas del
canal tales como barras, meandros y curvas
• El caudal frecuentede banca
llena forma la sección transversal.

28. Frecuencia del caudal a banca llena
• 1.58 años (Dury 1973, 1976, Riley 1976)
• Entre 1 y 2 años con un valor promedio de 1.5 años
 (Dunne & Leopold, 1978).
• Zonas áridas hasta de 25 años de recurrencia.
• En ríos británicos alcanza frecuencias entre 0.5 y 2.0 veces por año
www.jondot.com.
• Entre 1.02 y 2.69 años (Woodyer 1968)
• Entre 1.01 y 32 años (Williams 1978)
• Entre 1.18 y 3.26 años (Andrews 1980)
• Entre 1.0 y 10 años (USACE 1994)
• Estudios con 29 corrientes en la zona andina antioqueña indican que
TR=1.3 aprox, (Mejia, G 2002)

29. Schumm. Gracia S., J. y Maza A. J. A. (1997)

30. Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

31. Indicadores de nivel de banca llena
• Nivel del agua en la sección está a punto
de desbordarse hacia la planicie de
inundación activa

32. Nivel superior de barras puntuales
• La elevación superior de las barras puntuales es el
mínimo nivel posible de banca llena puesto que este es
el sitio donde la llanura de inundación se empieza
construir por depositación

33. Cambio en la vegetación
• Límite inferior de la
vegetación perenne
en las bancas, o un
rompimiento en la
densidad de la vegetación
• Límite inferior del musgo o
liquen en las rocas o
bancas, o una variación del
musgo a otras plantas
puede ayudar a identificar
el nivel de banca llena

34. Cambio en la pendiente
• Puede presentarse
múltiples cambios
de pendientes.

35. Cambio en la pendiente
• Se debe evitar
confundir los niveles
inferiores de
terrazas con la
llanura de
inundación activa

36. Algunos otros indicadores
• Cambio en el material de las bancas
• Cortes inferiores en las bancas (estera de raíces )
• Marcas de inundación

37. CLASIFICACIÓN DE
CORRIENTES
• Describe la combinación de las
características geomorfológicas de los
ríos, que son producto de los eventos
erosionales y depositacionales a lo largo
del tiempo.
• Permite clasificar cada corriente o
segmento de una red de ríos o de un río
específico.

38. • Una correcta clasificación de los ríos
debe proveer las bases desde las cuales:
– predecir el comportamiento de los ríos
desde su apariencia
– desarrollar relaciones empíricas para
tipos de corrientes individuales
– extrapolar datos de otros ríos con un tipo de
corriente similar
– comunicarsemás efectivamente con
otros profesionales que estén relacionados con
los ríos
– anticipar consecuencias futuras de alternativas
y estrategias de manejo
– evaluar el potencial para la recuperación
natural
– desarrollar diseños de restauración de canales
que más se acomoden a las tendencias
naturales del funcionamiento de corrientes
estables

39. • Por tipos de cauce
Gracia S., J. y Maza A. J. A. (1997)
a)riócaudaloso
b)Riópococaudaloso
TIPO DE CAUCE D/So Fr
Alta montaña >10 >1
Montaña >7 0.7 a 1
Faldas de montaña >6 0.045 a 0.7
Intermedio >5 0.2 a 0.45
Planicie (cauce
arenoso)
a)Río caudaloso
b)Río poco caudaloso
>2
> 1
0.14 a 0.44
0.44 a 0.55

40. Según su comportamiento
• Torrentes: cursos de agua en zonas de montaña,
pendiente longitudinal > 5%, piedras, cantos rodados,
grava y arena, predomina el transporte de fondo,
respuesta rápida a las lluvias, crecientes violentas y de
corta duración
• Ríos torrenciales: suelen presentarse en las zonas de
piedemonte, donde los torrentes depositan sus
sedimentos, se suaviza la pendiente y comienzan a
aparecer las características fluviales.
• Ríos: caudales importantes, variaciones lentas de
caudal, pendiente longitudinal < 1%, lechos de arena,
limo y arcilla, predomina el transporte en suspensión.
Las crecientes se forman lentamente y son de larga
duración (días, meses).

41. Garganta
Cuenca aportante
Cono de deyección
o abanico fluvial

43. • Según los grados de libertad
• Un grado de libertad
• Dos grados de libertad
• Tres grados de libertad

44. •Según el material del cauce
Cohesivo
No cohesivo
Roca

45. • Según el tipo de fondo
Cortesía Lilian Posada
Acorazado
Imbricado

46. • Por el material del fondo
Bien graduado
Mal graduado

47. • Según su geometría en planta
Recto
Sinuoso
Meándrico
Ramificado o anastomozado
Trenzado

48. Evolución de
la clasificación
geomórfica
• Existen muchos
esquemas de
clasificación de
corrientes
– Davis (1899), edades del río
– Leopold & Wolman (1957),
básicamente sobre el patrón
de alineamiento del canal
– Shumm (1963). Asociado a
los sedimentos
– Shumm (1973). Incluyó
estabilidad del canal y carga
de sedimentos.
– Brice y Blogett (1978).
Clasificación orientada
hacia la estabilidad lateral
de los ríos
– Rosgen (1994). Agregó
más características y los
procesos de evolución de
los cauces.

49. DAVIS (1899)
• muchos
tributarios
cortos y rectos
• Sección
transversal V
• No hay llanura
de inundación
• Rápidos y
cascadas a
través de lecho
rocoso
• ancho del
valle mucho
mayor que el
ancho de la
campana del
meandro
• amplia llanura
de inundación
con amplio
sistemas de
meandros
• bajas colinas,
bajas
pendientes
del valle
Juventud
• Fuerte erosión
vertical,
corrientes
gradadas
Madurez
• controles
estructurales
de los
tributarios
• existe llanura
de inundación,
muchos
meandros
• ancho del valle
equivalente al
ancho de la
campana del
meandro
Vejez

50. JUVENTUD

51. MADUREZ

52. VEJEZ

53. LEOPOLD & WOLMAN (1957)
• Trenzado
• Recto
S < 1.5
• Serpenteado
S > 1.5

54. SHUMM
(1963)
• Producción de sedimentos
• Transporte de sedimentos
• Depositación de sedimentos

55. SHUMM
(1977)
• Agregó un criterio de la
estabilidad del canal,
asociándolo con el modo
de transporte de
sedimentos (carga
mezclada, carga
suspendida y carga de
lecho)

56. SHUMM
(1977)
Forma del M% Estable Estabilidad del cauce
transporte de
sedimentos Con depósito Con erosion
sedimento
En suspensión 100 F < 7
Predomina la erosión
del fondo. Poca
ampliación de
márgenes.
del 85 al 100% P > 2.1
S Baja
El principal depósito
ocurre en las márgenes
que origina el
estrechamiento del
cauce. El depósito en
el fondo es menor.
En suspensión 30 7 < F > 25
Es importante el depósito
en las márgenes pero
también el del fondo.
Es importante la
erosión del fondo y
la
ampliación de las
márgenes.
del 65 al 1.5 < P > 21
85% y en el fondo S moderada
del 15% al 35%
De fondo del 35 al
70%
< 5 F > 25
1 < P > 1.5
S alta
Depósito en el fondo y
formación de islas.
La erosión del
fondo es
baja, pero la
ampliación del
cauce es muy
importante.

57. Brice y
Blodgett
1978
Clasificación
orientada hacia
la estabilidad
lateral de los
ríos
CAUCE

58. ROSGEN
(1994)
• Agregó otros aspectos geomorfológicos para ofrecer un
sistema de clasificación que permite conocer la evolución
de los cauces según los procesos actuales que se
presentan.
Nivel 1. Caracterización morfológica del valle: perfil, planta y
sección transversal (cualitativa)
Nivel 2. Descripción morfológica del cauce (cuantitativa) Sección
transversal: Relación de encajonamiento, relación ancho/profundidad y
materiales dominantes
Perfil longitudinal: pendiente, formas del lecho
Forma en planta: sinuosidad, relación ancho banca llena/ancho meandro
Nivel 3. Establece la condición de estabilidad de la corriente y sus
potencialidades
Nivel 4. Busca validar la información de campo

59. Tipo de material Nomenclatura [mm]
Lecho rocoso 1 > 2,048
Piedras 2 256 – 2,048
Cantos 3 64 – 256
Gravas 4 2 – 64
Arenas 5 0.062 – 2
Limo/arcilla 6 < 0.062
Máxima
profundidad a
banca llena Hmax
Ancho
propens
o
cauc
e
a
inundaciónBHmax
Ancho del cauce a
banca llena Bbll
Profundidad
media a banca
llena
Hbll
Gradode encajonamiento
BHmax/Bbll
Relaciónancho/profundidad
Bbll/Hbll
Sinuosidad
Longitudde la corriente(l)/distanciadel valle (L)
Pendiente de la superficie del agua o del terreno
Distancia vertical/distancia horizontal
Materialcaracterísticodel cauce
D50
Tipo de corriente
Tipo de cauce:único, trenzado

60. ROSGEN (1994)

61. ROSGEN (CONT) Descripción general

62. ROSGEN (CONT) Descripción morfológica
• Relación de encajonamiento: cociente entre el
ancho en la zona propensa a inundaciones (flood
prone area-ancho a 2hBll) el ancho de la sección a
banca llena

63. Referencias
• Barnes, Harry. (1987) “Roughness Characteristics of Natural Channel”.
Washington: U.S Geological Survey - Water Supply Paper 1849,
cp1967. .
• Dunne, T, & Leopold, L. (1978). “Water in Environmental
Planning”.
W.H Freeman and Co. San Francisco, CA.
• Feininger T, et al (1972). “Geología de parte de los departamentos
de Antioquia y Caldas (subzona II-B). Boletín Geológico Vol XX No. 2,
p
173. IGM Bogotá. Colombia
• García F., M. y Maza A., J. A. (1997). Morfología de Ríos. Instituto de
Ingeniería UNAM. México.
• Higuera, C. Pérez, G. (1989). “Socavación en Puentes. Análisis,
prevención y rehabilitación”. Tesis de Maestría. Universidad del Cauca.
• Guevara, M. E. (2003). “Socavación en Puentes”. Universidad del
Cauca.
• Hicks, D.M. & P.D. MASON. (1991) “Roughness characteristics
of New Zealand rivers”. New Zealand Dept of Scientific and
Industrial Research, Marine and Freshwater, Natural Resources Survey,
Wellington, N.Z 329p
• INGEOMINAS (1975). Mapa geológico del oriente del departamente de
Antioquia, Colombia, cuadrángulo I-9. Escala 1 : 100.000
• Leopold, L. (1994) "A View of the River". Harvard University Press,
Cambridge,.

64. • Leopold, L., Wolman, G. and MILLER, J. (1964) “Fluvial Process in
Geomorphology”. Dover Publication, Inc. New York,.
• Maza, J. A., 1987, "Introduction to river engineering", División de
Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería UNAM.
• Posada, L. (1994) “Transporte de Sedimentos”. Posgrado en
Aprovechamiento de los Recursos Hidráulicos. Universidad
Nacional de Colombia. Medellín: [s.n].
• Posada, J. (1998) “Determinación del coeficiente de
rugosidad en canales naturales” . Trabajo dirigido de grado
Universidad Nacional de Colombia.
Medellín: [s.n],.
• Richards, K. (1982) “Rivers. Form and Process in Alluvial Channels”.
Methuen. New York,.
• Rorsgen, D. (1994) “Applied River Morphology”. Wildland Hydrology.
Colorado.
• Rosgen, D. L. (1994). “A classification of Natural Rivers”. Elsevier –
Catena 22. USA..
• Simon & Senturk. (1992) “Sediment
Transport Technology, Water and Sediment Dynamics” .
Water Resourses Publication.
• Wohl, E. (1998) “Bed Rock
Morphology and Erosional Processes”. En: River over rocks. Fluvial
processes in Bedrock Channels, Thinkler and Wohl Editors.
American Geophysical Union. Washington, DC.
• Wolman, M. & Miller, M. “Magnitude and
Frequency of Forces in Geomorphic Processes”. Journal of Geology

65. • Tinkler, Keith and Wohl, Ellen Editors. (1998) “River over rocks.
Fluvial processes in Bedrock Channels”. American Geophysical
Union. Washington, DC.
• Universidad del Cauca (2005). Evaluación de las ecuaciones de
régimen en la zona Andina Caucana. IV Convocatoria de apoyo a
proyectos de investigación y desarrollo tecnológico de la VRI.
• Universidad del Cauca (2003). Memorias del curso-taller sobre Obras
de Control Fluvial.
• Wolman, M. G (1954) “A method of sampling coarse river-bed
material”. Transactions of American
Geophysical Union 35. 951- 956p

66. PREGUNTAS?

67. DINAMICA FLUVIAL ELEMENTOS
INTRODUCTORIOS

68. DINAMICA FLUVIAL ELEMENTOS
INTRODUCTORIOS

69. DINAMICA FLUVIAL ELEMENTOS
INTRODUCTORIOS

70. DINAMICA FLUVIAL ELEMENTOS
INTRODUCTORIOS

71. MORFOLOGÍA FLUVIAL PERFIL LONGITUDINAL DEL CAUCE
 El perfil longitudinal de un río, describe la forma en el que éste varía su cota a lo largo de su longitud y
recorrido; de tal modo que el perfil longitudinal reflejará la pendiente de cada tramo, determinada por las
condiciones impuestas por el tramo aguas arriba.
 En general los perfiles longitudinales de los ríos presentan forma cóncava con una pendiente que va
disminuyendo desde zonas con mayor erosión hasta zonas de mayor sedimentación de las zonas bajas.
 Ello, permite establecer la relación siguiente de: Sx = So * e –ax de donde Sx es la pendiente a la
distancia x, aguas debajo de la sección referencia donde la pendiente es S0 y “a” es el coeficiente de
disminución de la pendiente.

72. MORFOLOGÍA FLUVIAL PERFIL LONGITUDINAL DEL CAUCE
 Hay gran cantidad de variables que determinan la pendiente de un cauce, entre ellas tenemos como más
importantes: el caudal, la carga de sedimentos, tamaño del sedimento, geología del terreno etc.…
Generalmente la pendiente del cauce disminuye a medida que aumenta la superficie de la cuenca vertiente.
 También ocurre que para una misma superficie vertiente, la pendiente del cauce guarda una estrecha relación
con el tamaño del sustrato, de tal modo que tramos altos y de gran pendiente tendrán asociados tamaños de
sustrato grande, mientras que tramos bajos llevarán asociados tamaños de sustrato pequeño.
 De tal modo que la disminución de la pendiente aguas abajo se explica en gran medida por la disminución del
tamaño de los sedimentos al aumentar el tamaño de la cuenca.

73. MORFOLOGÍA FLUVIAL
PERFIL LONGITUDINAL DEL CAUCE
 Hay varias explicaciones que justifican la reducción de tamaño aguas abajo, fundamentalmente los procesos
de abrasión en los que el tamaño del sedimento va disminuyendo a medida que aumenta la distancia del
cauce debido a la meteorización, fricción y desgaste .
 Unido a esto se da un proceso de clasificación natural de sedimentos por tamaños llegando más lejos los de
menor tamaño.
 En líneas generales la pendiente tiende a ser mayor en tramos que discurren sobre sustratos duros por su
resistencia a la erosión. También e pueden dar cambios bruscos de pendiente “Knickpoint” en zonas de
confluencia de ríos, cambios geológicos y procesos erosivos generados por actividades humanas.
 La pendiente es quizás una de las variables principales en el proceso de ajuste o adaptación del cauce ante
cambios del régimen de caudales.

74. MORFOLOGÍA FLUVIAL TRAZADO DEL SISTEMA FLUVIAL
 Trazado recto.- Con coeficientes de sinuosidad inferiores a 1.5 donde no se aprecian curvas en el cauce, si
bien la línea del thalweg se desplaza alternativamente de una orilla a la otra haciéndose más visibles en aguas
bajas.
 Trazado trenzado.- Se desarrolla en tramos de mayor pendiente o cuando la carga sólida es elevada y se
caracteriza por la formación de un curso de agua ancho y poco profundo que se divide en varios brazos
dejando islas intercaladas uniéndose aguas abajo y volviéndose a separar a modo de trenzas.
 Trazado meandriforme.- Coeficiente de sinuosidad superior a 1.5 debido a las curvas que desarrolla el cauce
desplazándose en sentido transversal del valle. El tipo de curvas puede ser muy diferente de unos ríos a
otros pudiéndose diferenciar en subtipos como los que se representan.

75. MORFOLOGÍA FLUVIAL : TRAZADO DEL SISTEMA FLUVIAL
 Surge la necesidad de introducir en la relación de
umbrales un parámetro que relacione el trazado
del río con la carga sólida, así, se llega a
establecer la relación de la figura entre pendiente
y carga sólida, indicando que los tramos rectos
son poco frecuentes e inestables y los tramos
trenzados o anamostosados son característicos
de ríos con elevada carga de sedimentos.

76. MORFOLOGÍA FLUVIAL : TRAZADO DEL SISTEMA FLUVIAL
 También existe una relación, propuesta por
Bhoterton (1979), que relaciona el trazado del río
con la erosionabilidad de las orillas; de tal modo
que los tramos rectos corresponden a los casos
en que dicha erosionabilidad es menor que la
capacidad de transporte de las aguas y estas no
pueden desplazarse lateralmente, encontrando
una resistencia a la erosión que puede verse
incrementada por el sistema radical de la
vegetación.
 Finalmente, se hace interesante resaltar la
relación existente en el cauce entre la forma de la
sección y el trazado del río, propuesta por Parker
(1976). Asumiendo la tendencia natural de los ríos
a formar depósitos a un lado y a otro del cauce,
podemos indicar que los meandros se favorecen
cuando la pendiente y el coeficiente de forma,
definido por anchura/profundidad son
suficientemente bajos, y que el trazado trenzado o
anamostosado corresponden a pares de valores
de estas variables más elevados. Los tramos
rectos ocurren solamente en los casos donde el
coeficiente de forma es pequeño.

77. MORFOLOGÍA FLUVIAL TRAZADO DEL
SISTEMA FLUVIAL

78. MORFOLOGÍA FLUVIAL TRAZADO DEL SISTEMA FLUVIAL

79. MORFOLOGÍA FLUVIAL GEOMETRÍA HIDRÁULICA
 Este parámetro se refiere comúnmente a la sección transversal del cauce y su estudio se basa en las relaciones
existentes entre el caudal y la anchura del cauce, la profundidad, la velocidad del agua y la carga de sedimentos entre
otros.
 Cuando estudiamos la carga hidráulica aparecen dos tipos de relaciones, las que se refieren a una misma sección del
cauce, según varía el nivel de las aguas con el caudal, y las que se refieren a las distintas secciones hacia aguas
abajo, en este caso relativas a un determinado caudal generalmente dominante o también llamado “ Bankfull”.
 Estudiando la relación entre la forma de la sección transversal y los caudales circulantes, Leopold y Maddock (1953),
propusieron las siguientes relaciones entre la anchura w, la profundidad d, velocidad media u, caudal Q y carga de
sedimentos Qs para una misma sección:
W = Ca Qa
D = Cb Qb U = Cc Qc
Qs = Cs Qd Donde Ca, Cb, Cc y Cc son constantes numéricas distintas en cada río y sección.
Teniendo en cuenta que el caudal Q es igual a la velocidad u por la sección, (w * d), se ha de cumplir entre dichas
constantes y los exponentes correspondientes la relación:
Ca* Cb* Cc = 1 y a + b + c = 1

80. MORFOLOGÍA FLUVIAL GEOMETRÍA HIDRÁULICA
 Se observa pues que dentro de cada sección, la profundidad es la variable que presenta mayor variación con
los caudales mientras que la anchura permanece relativamente constante y la velocidad se incrementa más
despacio.
 En este caso se observa una mayor variación de la anchura del cauce según se incrementa el caudal aguas
abajo junto con una menor variación de la profundidad y más pequeña o casi nula variación de velocidad del
agua. Respecto a la velocidad, ello puede explicarse atendiendo a las variables relacionadas con ella como
son el calado, que aumenta ligeramente aguas abajo, rugosidad, que disminuye y la pendiente, que lo hace en
mayor medida.

81. MORFOLOGÍA FLUVIAL
RÍO EN EQUILIBRIO
 Una característica fundamental de los sistemas abiertos, es su capacidad para autorregularse, adaptándose a
factores externos de forma que mantengan el estado de equilibrio alcanzando cierta estabilidad.
 En los cauces fluviales este equilibrio esta referido a la regulación de la morfología y dinámica ante las
variables de control o independientes como son el régimen de caudales y sedimentos.
 En un cauce estable o en equilibrio, la forma y trazado se mantienen en el tiempo, aún cuando este último se
vea sometido a desplazamientos laterales pero en los que NO se modifica su sinuosidad.
 Existe una teoría que explica la forma en el que el río trata de ajustarse para alcanzar el estado de equilibrio
dinámico basada en el principio de la entropía y según la cual el río trata de ajustar su flujo y geometría
hidráulica para minimizar la tasa de trabajo efectuado, es decir la energía utilizada por unidad de superficie, lo
que equivale a minimizar la relación. Velocidad x pendiente.

82. MORFOLOGÍA FLUVIAL CAUDAL DOMINANTE
 Atendiendo a la existencia de un cierto equilibrio en los ríos, podemos relacionar la forma de la sección
transversal del cauce con un determinado régimen de caudales o con el valor del caudal más representativo
del mismo, que tenga mayor influencia en la configuración y mantenimiento de dicha sección.
 Bajo estas condiciones se plantea el concepto de “caudal dominante” que se define como el caudal que
determina ciertos parámetros del cauce como la longitud de curvatura de meandros o el caudal que efectúa
mayor trabajo en términos de transporte de sedimentos.
 El caudal dominante y con mayor influencia en la sección será el que llene dicha sección hasta sus orillas
superiores (nivel de bankfull), pudiéndose obtener con este criterio o con el de ser el que realiza mayor
trabajo en el transporte de sedimentos.

83. MORFOLOGÍA FLUVIAL CAUDAL DOMINANTE
 Según vemos en la figura, la curva A representa la tasa de transporte de sedimentos de cada caudal que pasa
por la sección, la cual aumenta exponencialmente al aumentar la magnitud de este último.
 La curva B indica la duración de los caudales a lo largo del periodo considerado, indicando los caudales
mínimos y avenidas extraordinarias poco frecuentes y los caudales intermedios de mayor frecuencia entorno
al caudal medio anual.
 La curva C es el producto de A * B y refleja la cantidad acumulada de sedimentos exportados en el periodo
considerado en B por cada caudal.
 El valor máximo de esta curva indica el caudal que exporta una mayor cantidad de sedimentos, es decir, el
que efectúa un mayor trabajo en la sección considerada (Qd). Si comparamos este valor de caudal con el que
ocupa toda la sección transversal, se observa un valor similar, considerándose su valor como el del caudal
dominante o más representativo del régimen de caudales de dicho tramo:

84. MORFOLOGÍA FLUVIAL CAUDAL DOMINANTE
 Para la obtención del caudal dominante se utiliza un periodo de retorno de 1,5 años en la serie de caudales
máximos anuales o también el criterio de ser el que ocupa toda la sección transversal aunque a veces ésta
tiene una delimitación poco precisa observándose varios ángulos que podrían corresponder al nivel de
bankfull. En este caso y si no existen otros indicios, dicha sección puede quedar definida por el
procedimiento descrito en la figura, correspondiendo el nivel de bankfull al de profundidad para la cual la
relación anchura / profundidad es mínima.

85. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO






Desde el punto de vista de análisis y estructura morfológica
del río es necesario considerar los sedimentos presentes en
el cauce, su naturaleza, granulometría y distribución.
Teniendo en cuenta que estos aspectos hacen que muchas
obras de ingeniería fracasen por no tener en cuenta la
influencia de los sedimentos en el cauce.
Respecto a la naturaleza y origen de los mismos, podemos
considerar una fracción que se encuentra representada en el
lecho del río y eventualmente en movimiento por los caudales
mayores durante un corto periodo de tiempo en lo que se
denomina “carga de fondo”.
otra fracción más pequeña procedente de la erosión de las
laderas y orillas del cauce que no está representada en el
lecho y sí en suspensión en el agua efectuando recorridos
mucho más largos constituyendo lo que se llama “carga de
lavado”.
En relación con la granulometría, la más utilizada es la
propuesta por el Subcomité de Terminología de Sedimentos
de la American Geophysical Union según se aprecia en la
tabla anexa.
El tamaño del sedimento tiene gran importancia, pues
determina la tensión crítica de la corriente que es capaz de
ponerlos en movimiento, según se representa en la figura, de
modo que se muestra la relación entre el tamaño de las
partículas y la velocidad del agua necesaria para su
movimiento lo cual va estrechamente ligada a la tensión
crítica mencionada.
Las partículas de mayor tamaño pesan más y ofrecen más
dificultad al inicio de su movimiento mientras que la mayor
resistencia ofrecida por las más pequeñas responde a su
cohesión.

86. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO
 Los sucesivos y continuos procesos de erosión y
sedimentación dan lugar a diferentes formas del
lecho con una redistribución de partículas
formando acumulaciones más o menos regulares.
 En tramos o ríos arenosos se desarrollan las
denominadas rizaduras, dunas, lecho liso o
antidunas, en función del tipo de régimen de los
caudales tal como muestro en la figura.
 La aparición de estas formas del lecho tiene una
significación especial en la rugosidad o
resistencia que ofrece al paso de las aguas lo cual
debería ser tenido en cuenta para calcular el
coeficiente de rugosidad de Manning

87. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO

88. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO RÁPIDOS Y REMANSOS
 En tramos o ríos de granulometría
más gruesa, se forman barras de
sedimentación “bars” a un lado y
otro de los meandros “point-bar”, o
también acumulaciones dentro del
cauce formando secuencias de
rápidos y remansos “riffles y pools”
que son muy evidentes durante los
caudales bajos quedando parcial o
totalmente cubiertas por los
caudales de avenidas.
 Estas formaciones son una
constante de gran importancia en
la diversidad de hábitats y
especies que viven en el agua. Los
rápidos son zonas muy
productivas para los
macroinvertebrados y los remansos
adquieren especial importancia al
servir de refugio a numerosas
especies.
 Una de las características más
significativas en la secuencia de
rápidos y remansos es su regular
espaciamiento a una distancia
entre 5 – 7 veces la anchura del
cauce.
 Los remansos se localizan en las
pozas “pools” donde el río es más
profundo y los rápidos “riffles” se
centran en las secciones de más
anchura y menor profundidad como
se aprecia en las figuras.

89. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO RÁPIDOS Y REMANSOS

90. SEDIMENTOS Y FORMAS DEL LECHO RÁPIDOS Y REMANSOS
 Cuando los caudales descienden, las variaciones de profundidad y superficie mojada se incrementan
notablemente debiéndose acelerar la velocidad del agua para mantener la continuidad, mientras que en los
caudales elevados las variaciones morfológicas y de velocidad se atenúan llegando a anularse.
 La aparición de rápidos y remansos se ven favorecidas por la aparición de flujos secundarios asociados a
diferentes tensiones de arrastre que determinan la aparición de células de flujo convergente que favorecen la
socavación del cauce en las pozas.
 La aparición de células divergentes favorecen la acumulación de sedimentos en el centro del lecho en los
rápidos. Estas tensiones de arrastre sobre el fondo del cauce reflejan y controlan su morfología.

91. PROCESOS FLUVIALES
 La morfología del cauce descrita anteriormente, responde a la interacción del caudal líquido con los
materiales erosionables del contorno y orillas del mismo. El balance entre los procesos de erosión, transporte
y sedimentación efectuados, dan lugar a las diferentes formas, tamaños y trazados que se observan.
 Una variable fundamental en los procesos fluviales es la velocidad del agua y la distribución de la tensión de
arrastre asociada ala distribución de velocidades dentro del cauce de tal modo que la velocidad del agua varía
en cada punto de la columna de agua, siendo mínima en las proximidades del perímetro del cauce y máxima
hacia el centro de la sección.
 Asociada a una variación de la velocidad dentro de cada sección y a una variación de esta velocidad aguas
abajo, está la presencia de flujos secundarios o trayectorias helicoidales de las líneas de corriente las cuales
tienen un significado especial en el desarrollo de meandros y en la formación de rápidos y remansos de los
tramos rectos.

92. PROCESOS
FLUVIALES
 En el movimiento del agua intervienen dos factores o fuerzas: la gravedad que actúa en la dirección aguas
abajo y la fricción que se opone a este movimiento. La relación resultante de ambas fuerzas determina la
capacidad de la corriente para erosionar y transportar sedimentos.
 La fuerza de fricción que determina la resistencia que opone el contorno puede expresarse por unidad de
superficie como tensión de arrastre “shear stress”, siendo proporcional al gradiente de velocidades y
equivalente a la componente del peso del agua paralela a la superficie de desplazamiento.
 Experimentalmente se ha comprobado que esta energía hidráulica de la corriente, en función de la magnitud
del caudal y de la superficie del cauce, está muy relacionada con la fuerza que presenta el río en un
determinado momento para rectificar el trazado o sección impuestos por la mano del hombre alterándolos o
destruyéndolos cuando no responden a su dinámica natural. Simultáneamente, esta energía también esta
relacionada con la capacidad del río para su propia recuperación especialmente cuando en el cauce existen
sedimentos que puedan ser distribuidos por la corriente.

93. PROCESOS FLUVIALES UMBRALES DE EROSIÓN
 El movimiento de las partículas depende de sus características físicas: tamaño, forma, densidad etc.… y de la
capacidad del agua para su remoción y transporte.
 La relación más usada para el estudio de este fenómeno se refleja en el diagrama de Shields (1936), en
función de una tensión crítica de arrastre. No obstante, la tensión se puede relacionar con la velocidad y
representar el inicio del movimiento de las partículas como muestro en la figura.
 En ella, observamos las velocidades que inician el movimientote las partículas, siendo las arenas las más
fácilmente erosionables. Partículas más finas necesitan velocidades mayores debido a su cohesión y
partículas más gruesas necesitan mayores velocidades debido a su peso y su tamaño.
 También se observan las velocidades en las que se inicia la sedimentación, siendo menor la velocidad
requerida para el transporte de la corriente al inicio del movimiento, para un mismo tamaño de partícula,
resaltando el comportamiento de las partículas más finas cuando se disgregan y mantienen en suspensión

94. PROCESOS FLUVIALES INCISIÓN DE CAUCES
 El proceso de incisión o encajonamiento del cauce se debe al desequilibrio entre la capacidad de transporte
de la corriente y el suministro de carga sólida de tal modo que para corregir ese desequilibrio, las aguas
aumentan su carga sólida tomando sedimentos del propio lecho produciendo erosión de fondo y
encajonando el caudal en ríos progresivamente más profundos.
 Un cauce encajonado así, aparece cuando las fuerzas erosivas debidas a la concentración de los caudales
superan la resistencia de los materiales por los que discurren.

95. PROCESOS FLUVIALES INCISIÓN DE CAUCES
 Son muchas las causas que pueden llegar a desencadenar el proceso, entre ellas se enumeran las siguientes:
-Incremento de fuerzas erosivas por estrechamiento del cauce y por tanto concentración de caudales.
-Aumento de la pendiente por obras de canalización.
-Aumento de escorrentías y de caudales punta de avenidas.
-Disminución de carga sólida de caudales circulantes.
 La canalización o rectificación de ríos es quizás la intervención humana que más problemas ha causado
provocando incisión de cauces. Canalizaciones llevadas a cabo mediante ensanchamientos,
profundizaciones, limpiezas etc.… Todo ello provoca el aumento de la capacidad hidráulica del cauce
aumentando así el radio hidráulico, la pendiente y disminuyendo el coeficiente de rugosidad (ver Manning).
 Ello trae consigo el inevitable aumento de la velocidad y un notable incremento de la tensión de arrastre
produciendo erosiones muy importantes.
 A continuación, se produce un desnivel del lecho con respecto de las orillas que quedan en alto hasta que se
supera el límite de estabilidad y se produce el desmoronamiento de y caída al cauce de materiales
procedentes de la desintegración de las márgenes del río. La caída de las orillas se produce por gravedad
después de su descalzamiento.
 Con el tiempo, el cauce se ha ensanchado hasta llegar a un punto donde el material caído no puede ser
transportado por la corriente y la situación se estabiliza.

96. PROCESOS FLUVIALES INESTABILIDAD LATERAL DEL CAUCE
 El problema de inestabilidad lateral esta referido a la erosión de las orillas ligada a un problema de
inestabilidad provocado por procesos de sedimentación en el lecho. Esto termina con un retraimiento
progresivo de las orillas dando lugar a un río cada vez más ancho y menos profundo.
 Los mecanismos de erosión de las orillas pueden deberse a procesos de la propia corriente como el caso
anterior de incisión de cauces; pero también pueden ser debidos a una pérdida de cohesión debida al
contenido en de humedad.
 El primer caso puede actuar de dos formas: erosionando directamente la orilla y poniendo en movimiento el
material que constituye las paredes del cauce o socavando la base del talud por erosión del fondo con lo cual
se incrementa la pendiente del talud y su altura provocando la caída por gravedad.
 En el segundo caso, los procesos erosivos asociados al exceso de humedad de las orillas dependen de las
condiciones climáticas en general y del movimiento del agua a través del suelo en particular.

97. PROCESOS FLUVIALES INESTABILIDAD LATERAL DEL CAUCE
 Refiriéndonos a un tramo concreto de un sistema fluvial en el que se produce este tipo de erosión, se
considera que puede ser debido a alguno de estos factores o mecanismos:
a.- Erosión directa de la base del talud por efecto de la corriente. Esto ocurre cuando se da un descenso
del nivel del agua por debajo de la altura media del talud.
b.- Erosión del suelo del las orillas causada por escorrentías. c.- Deslizamientos en suelos limosos o
arenosos saturados.
d.- Erosión del suelo por movimiento de agua subterránea hacia el exterior del talud.
e.- Erosión de la parte superior o inferior de las orillas por efecto del viento o por paso de embarcaciones.

98. PROCESOS FLUVIALES INESTABILIDAD LATERAL DEL CAUCE
 Según sea la estructura y composición de las orillas predominará uno u otro tipo. A este respecto podemos
hacer una clasificación de los tipos de orillas:
Orillas de roca.- Muy estables y sometidas a erosión gradual y rotura intermitente de bloques debido a los
cambios de temperatura.
Orillas de material no cohesivo.- Son una mezcla de limos, arenas y gravas. La erosión se realiza
partícula a partícula.
Orillas de material cohesivo.- Constituidas por suelos con alto contenido en arcillas y minerales
activos que determinan agregados. Son más resistentes a la erosión superficial, pero muy susceptibles de rotura
cuando se produce un descenso del nivel de las aguas.
Orillas con materiales estratificados.- Generalmente las más frecuentes y donde aparecen sucesivas
capas de estratos en cuanto a tamaño, permeabilidad y cohesión. La erosión dependerá de la erosionabilidad de
los materiales de cada capa.
 Antes de proceder a la restauración de cualquier cauce, se hace necesario reconocer si en el se está
produciendo uno o varios procesos erosivos procediendo a un reconocimiento de campo e identificación de
síntomas evidentes si los hay. La tabla especifica alguno de ellos.

99. PROCESOS FLUVIALES INESTABILIDAD LATERAL DEL CAUCE