UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNAFACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

ALBERT EINSTEIN Y EL ORIGEN DE LOS MEANDROS

(Resumen y comentarios)

Alumnos: Hansen Cauna Aguilar (Grupo B)

Celeste Mayta Rojas (Grupo A)

Alexander Chire Iquiapaza (Grupo A)

Arnold Falcón Ayma (Grupo A)

Curso:ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

Tacna, Abril del 2016

INTRODUCCIÓN

Albert Einstein, el famoso autor de la Teoría de la Relatividad, es muy conocido entre los científicos y también entre el gran público, debido al enorme impacto que produjo su obra en el desarrollo de la física moderna y de la ciencia en general.

En cambio, los meandros, que son aquellas misteriosas curvas que de un modo reiterativo describen perezosamente algunos ríos, sólo son estudiados por los ingenieros dedicados a la hidráulica fluvial.

Uno de los hechos menos conocidos de la actividad científica de Einstein es el interés que tuvo por algunos aspectos de la hidráulica fluvial. En efecto, en 1926 publicó en la revista Die Naturwissenschaften (Las Ciencias Naturales) un breve artículo titulado “Las Causas de la Formación de los Meandros Fluviales y la llamada Ley de Baer”, que correspondía a la conferencia que había dictado el 7 de enero de 1926 en la Academia Prusiana.

SU INTERÉS EN DIVERSOS TEMAS

Einstein no solo se interesó por la física; era muy aficionado a la música y tocaba el violín con gran habilidad. Fue también un gran pacifista y frente a la amenaza de las nuevas armas llegó a decir: “No sé con qué armamento se peleará la Tercera Guerra Mundial, pero la Cuarta Guerra Mundial se peleará con palos y piedras.” Escribió numerosos artículos en pro de la paz: “La cuestión del desarme”, “Se ha ganado la guerra, pero no la paz”, “La búsqueda de la paz”, y otros más. En 1950 Albert Einstein

se dirigió a los estadounidenses y señaló el peligro de las armas nucleares y los riesgos de la carrera armamentista entre Estados Unidos y la entonces Unión Soviética.

Einstein se interesó en numerosos temas, como los ya mencionados de la física, la música y el pacifismo.

Dado el interés que tuvo Einstein por tantos y diversos temas no debería llamarnos la atención su investigación sobre los meandros; sin embargo, debe reconocerse que se trata de un tema muy específico de hidráulica fluvial, que resultó ser algo aislado entro de su enorme producción científica y humanista.

Hans Albert Einstein

Cuando hablamos de Einstein y los meandros se recuerda a su hijo Hans Albert, el cual era ingeniero Civil, muy reconocido entre los especialistas en hidráulica fluvial, debido a que realizo trabajos sobre Transporte de Sedimentos y por la fórmula que lleva su nombre y que se usa para determinar la capacidad de transporte de sólidos. Hans Albert fue colaborador de Meyer-Peter. En 1938, viajò a Estados Unidos y continuó sus investigaciones sobre transporte de sedimentos en donde realizo la fórmula para el cálculo del transporte sólido (“The Bed-Load Function for Sediment Transportation in Open Channel Flows”).

Hans Albert Einstein participó en el Estudio de Factibilidad del Proyecto Chira-Piura (1968) y, junto con J. S. Long, preparó el documento preliminar titulado “Report on the Sediment Inflow into the Proposed Poechos Reservoir”. Hans Albert Einstein falleció en 1973.

Los meandros

La palabra meandro es definida como las curvas que describe el curso de un río. La palabra meandro viene del griego “Maiandros”, que era el nombre de un río del Asia Menor, conocido por lo tortuoso de su curso.

Los ríos a meandros son ríos muy sinuosos y presentan muchas inflexiones a lo largo de su recorrido. Un río aluvial es tortuoso y a manera que se presentan las curvas llegan a tener muchos meandros, se dice también que un meandro es la sinuosidad de un río formada por un proceso de erosión en la orilla exterior y de sedimentación en la orilla interior.

Para comprender el comportamiento de los meandros debemos entender en primera instancia que no existe un rio totalmente recto en la naturaleza, debido a que la formación de curvas y meandros es inherente a los ríos aluviales, es por eso que se dice que son serpenteantes.

Numerosos investigadores se han interesado en investigar el origen de los meandros, por ejemplo: Leliavsky realizo ilustraciones acerca sus investigaciones realizadas en el laboratorio de Dresde y que consistieron básicamente en un ensayo en donde se colocó un fondo granular con una ligera pendiente, a la cual se insinuó un cauce recto y se dejó correr el agua, observándose que a medida que iba pasando el tiempo el cauce se iba curvándose paulatinamente hasta que se formaba un cauce meándrico.

Los efectos de erosión, sedimentación y desplazamientos laterales y longitudinales que producen los meandros, juegan un papel decisivo en la gestación y desarrollo de la morfología fluvial. Teniendo una gran importancia para la ingeniería en el momento de proyectar una obra ubicada en sus inmediaciones, por ejemplo en la que ocurre en la interacción entre ríos y puentes en donde se exacerba las proximidades de un meandro. El artículo de Albert Einstein ayudó enormemente a poder comprender el origen de las curvas fluviales.

EL ORIGEN DE LOS MEANDROS

No muchas personas están enteradas que el renombrado físico Albert Einstein escribió en 1926 un artículo sobre la causa de los meandros. Asimismo, no muchas personas conocen que su hijo, el famoso profesor Hans Einstein, que desarrolló la fórmula de transporte de sedimentos que lleva su nombre, comenzó su carrera no en la ingeniería hidráulica, sino en la ingeniería estructural. Se nos ocurre que Albert tenía un gran interés en los meandros, y que le debe haber recomendado a su hijo Hans que incursionara en la hidráulica fluvial. La historia nos revela que a mediados del siglo XX, Hans se convirtió en uno de los grandes pilares del naciente campo de la ingeniería de sedimentos.

La discusión de Einstein sobre el origen de los meandros es casual pero característicamente profunda. Su atribución de que las corrientes secundarias se deben a la aceleración de Coriolis debe haber estado entre las primeras. Su explicación de cómo los meandros se forman debido a un balance entre las fuerzas de inercia y de fricción en una dirección perpendicular al flujo principal es magistral. A la fecha no se conoce exactamente el proceso, pero una cosa es muy cierta: Las enseñanzas de Einstein nos ha ayudado a comprender el misterio de los meandros.

Siguiendo con la simpleza que lo caracteriza empieza con un pequeño experimento que cualquiera puede fácilmente repetir y que consiste en imaginar una taza con fondo plano, llena de té. A partir de la observación del movimiento de las hojas de té señala que algo similar ocurre cuando un río desarrolla una curva y concluye que “en cada sección transversal a lo largo de una curva fluvial se desarrolla una fuerza centrífuga que actúa hacia la parte exterior de la curva. Esta fuerza es menor cerca del fondo, donde la velocidad es menor como consecuencia de la fricción, y mayor lejos de él.” Y añade que esto causa un movimiento circular del líquido. Señala luego que aun en los tramos fluviales que no son curvos se presentará un movimiento circular, aunque muy pequeño, y que se debe a la influencia de la rotación de la Tierra. Y sigue su desarrollo señalando que el ajuste de la distribución de velocidades como consecuencia de la fricción interna contrarresta lentamente las consecuencias del movimiento circular. El desarrollo de un flujo helicoidal favorece la formación de los meandros. Muchos estudiosos se han interesado por los meandros, pero muy pocos autores mencionan la contribución de Einstein a su esclarecimiento. Se considera que el artículo de Albert Einstein sobre los meandros ayudó considerablemente a entender, de un modo muy simple, la participación del flujo helicoidal en la formación de los meandros, en la determinación de su longitud y en su propagación hacia aguas abajo.

FORMACION Y CAUSA DE LA FORMACION DE LOS MEANDROS

La formación de un meandro es un término un poco equívoco que se refiere a los factores naturales y los procesos que dan lugar a los meandros. La configuración en forma de onda de una corriente está cambiando constantemente. Una vez que se forma un canal sinusoidal este está sometido a un proceso durante el cual la amplitud y la concavidad de los bucles aumentan de manera espectacular por los efectos del flujo helicoidal debido al aumento de la cantidad de erosión que ocurre en el exterior de una curva. En palabras de Elizabeth A. Madera

Este proceso de formación de meandros parece ser un proceso auto intensificado... en el que una mayor curvatura provoca más erosión de la orilla, lo que se traduce en una mayor curvatura.

Elizabeth A. Madera

El flujo helicoidal se explica como una transferencia de momento desde el interior de la curva hacia el exterior. Tan pronto como la corriente entra en una curva parte de ese momento se convierte en momento angular, y su conservación requeriría un aumento de la velocidad en el interior y una disminución en el exterior, exactamente lo contrario de lo que sucede. La fuerza centrífuga eleva la superficie en el exterior, moviendo la superficie del agua transversalmente. Esta agua se mueve hacia abajo para reemplazar el agua del subsuelo empujado de vuelta al

final de la curva. El resultado es el flujo helicoidal, y cuanto mayor es la curvatura, mayor es el momento angular y más fuertes las corrientes cruzadas.

La cuestión a dilucidar es la razón por la que los arroyos de cualquier tamaño se vuelven sinuosos por vez primera. Hay varias teorías, no necesariamente excluyentes entre sí.

Teoría estocástica

La teoría estocástica puede tomar muchas formas, pero una de las más generales es la formulada por Scheidegger:

El tren de meandros se supone que es el resultado de las fluctuaciones estocásticas de la dirección del flujo, debidas a la presencia aleatoria de los cambios de dirección por obstáculos en el curso del río.

Sin embargo, en el caso de una zona de escasa pendiente, el caudal de las corrientes fluviales pueden dar origen a revueltas o meandros que no siempre se deben al azar, ya que predominan los meandros hacia la izquierda en el hemisferio norte y a la derecha en el hemisferio sur, debido al propio movimiento de rotación de la Tierra. Las superficies naturales son erosionables en diferentes grados según la pendiente y la constitución del suelo y del subsuelo. El resultado de todos los factores físicos que actúan al azar motiva que los cursos no sean rectos, y que luego se conviertan progresivamente en sinuosos. Incluso los cursos o canales que parecen tener una recta sinuosa divisoria que conducen finalmente a un canal sinuoso.

Teoría del equilibrio

En la teoría del equilibrio, los meandros disminuyen hasta que el gradiente de la corriente alcanza un equilibrio entre la erosionabilidad del terreno y la capacidad de transporte de la corriente (tanto de agua como de depósitos).9 Una masa de agua descendente debe renunciar a la energía potencial, que, habida cuenta de que tiene la misma velocidad en el final que al principio, se elimina por la interacción con el material del lecho de la corriente. La distancia más corta, es decir, un canal recto, da los resultados más altos de energía por unidad de longitud, lo que altera más los cauces, crea más sedimentos y la agradación de la corriente. La presencia de meandros a lo largo del curso permite ajustar la longitud hasta lograr un equilibrio de energía por unidad de longitud en que la corriente lleva lejos todos los sedimentos que produce.

Teoría geomórfica/morfotectónica

Geomórfico se refiere a la estructura de la superficie del terreno y morfotectónico tiene que ver con lo más profundo, o tectónico (la placa), con la estructura de la roca. Las características incluidas en estas categorías no son al azar y guían los arroyos por caminos no aleatorios. Son los obstáculos previsibles los que instigan la formación de meandros para desviar el arroyo. Por ejemplo, un banco de arena (geomórfico) podría desviar el arroyo, causando o influyendo en el

patrón de meandros,10 o la corriente puede ser guiada por la existencia de una falla (morfotectónica).