Facultad de ingenierìa civil Escuela profesional de ingenierìa civil
Tema
:
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE
RUGOSIDAD DE UN CAUCE APLICANDO EL METODO DE COWAN (RIO CUMBAZA – PUENTE MORALES) DOCENTE :
DR.ING. JOSE DEL C. PIZARRO BALDERA
ALUMNOs :
CLEVER IVAN RIMARACHIN RAMIREZ
CODIGO
72752050
:
1
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE UN CAUCE APLICANDO EL METODO DE COWAN (RIO CUMBAZA – PUENTE MORALES) TARAPOTO-PERÚ
2
INDICE: INTRODUCCIÓN
4
OBJETIVOS
5
MARCO TEORICO DEFINICONES Y CONCEPTOS
6
OBJETIVOS DE LA HIDRAULICA DE RIOS
6
INTERVENCION DE LA HIDRÁLICA DE RIOS EN LA INGENIERÍA
7
CLASIFICACION DE LOS RIOS.
8
METODO DE COWAN PARA ESTIMAR n
11
DESARROLLO DE LA PRACTICA DE CAMPO
13
OBTENCION DE RESULTADOS
21
ANALISIS DE RESULTADOS
22
CONCLUSIONES
23
RECOMENDACIONES
23
ANEXOS
24
BIBLIOGRAFIA
33
3
INTRODUCCION:
Desde la antigüedad el ser humano se ha visto en la necesidad de buscar la manera más eficiente de desarrollarse en su vida diaria, un principal problema que se presenta son las vías de transporte para el comercio u otras actividades. Es así que una de las vías ví as de transporte en la amazonía peruana son los ríos, medio de transporte que el hombre hace uso desde tiempos milenarios, pero visto desde un concepto diferente, éste documento nos dará a conocer un poco más detallada sobre uno de los factores que necesitamos conocer sobre los parámetros de un cauce o río. En este siguiente documento veremos cómo calcularemos el coeficiente de rugosidad del maning, en un ejemplo práctico y real.
4
OBJETIVOS:
-
Conocer de manera más detallada las partes de un cauce de río
-
Calcular de manera práctica el coeficiente de rugosidad de maning
-
Aplicar los conocimiento brindados en clase, por el DR. ING. JOSE DEL C.PIZARRO BALDERA.
-
Analizar los resultados obtenidos.
-
Describir las partes esenciales de un cauce de río.
5
MARCO TEORICO DEFINICIONES Y CONCEPTOS La hidráulica de ríos es la ciencia aplicada que estudia las leyes que gobiernan el flujo de agua en los cursos naturales (ríos o quebradas) que se encuentran sobre la superficie terrestre. La hidráulica de ríos combina conceptos de hidrología superficial, hidráulica general, geomorfología, topografía y batimetría. Estudia el comportamiento hidráulico de los ríos en lo que se refiere a caudales y niveles medios extremos. Las velocidades y dirección del flujo de agua, así como la capacidad de transporte de sedimentos. Las variaciones del fondo por socavación y sedimentación y los ataques contra márgenes, erosión de riberas. RÍO: Interviene con las actividades humanas en los ríos para su adecuación para el aprovechamiento de los recursos o la reducción de los riesgos de daño. Pero el río no es en sí mismo objeto de la ingeniería civil, como pueden ser una carretera carr etera o un ferrocarril. El río es el elemento natural que recoge las aguas de una cuenca y las transporta en lámina libre hasta su desembocadura. El antecedente o punto de referencia referencia más directo en los estudios de ingeniería ingeniería civil para entender un río es la hidráulica de régimen en lámina libre y las obras hidráulicas para transporte en lámina libre: los canales. Cabe mencionar que la batimetría es una ciencia de la cual nos afianzaremos para que con ayuda de ecosondas podamos describir perfectamente el perfil de un río (ríos profundos)
OBJETIVOS DE LA HIDRÁULICA DE RIOS -
Estudia las modificaciones de los cursos naturales de agua de acuerdo a su configuración en planta.
-
Estudia las modificaciones de la sección transversal en función al caudal de escurrimiento.
6
INTERVENCION DE LA HIDRÁLICA DE RIOS EN LA INGENIERÍA.
Estudia el comportamiento hidráulico del rio porque en el cauce se proyectarán las estructuras hidráulicas de servicio o aprovechamiento de agua. Permite realizar el estudio hidráulico, para determinar las condiciones de operatividad y estabilidad del cauce del río. •
El estudio de hidrovías para el transporte fluvial de carga y pasajeros.
•
En el aprovechamiento de las aguas fluviales para la agricultura.
•
En el diseño de obras de encausamiento de márgenes de los ríos.
•
En el diseño de muros para disminuir los golpes en tangente.
•
En el diseño de espigones para los cauces en los ríos.
•
En la construcción de puertos fluviales para el comercio o transporte.
•
En el diseño de puentes.
•
En el diseño de bocatomas.
CUENCAS Y MACROCUENCAS. Cuenca.- Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso de agua. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida, para cada punto de su recorrido. O también se define por cuenca hidrográfica como un territorio vaciado por un único sistema sistema de drenaje natural, es decir, que sus aguas dan al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de aguas. Macrocuenca.- la macrocuenca viene a ser el conjunto de varias cuencas, un claro ejemplo de ellas es la cuenca del Amazonas, cuyo cursos de agua son extensas áreas de terreno y también Los cursos de agua forman un único curso llamada río Amazonas.
7
CLASIFICACION DE LOS RIOS.
Clasificación según período de actividad Perennes Estos ríos están formados por cursos de agua localizados en regiones de l luvias abundantes, con escasas fluctuaciones a lo largo del año. Sin embargo, incluso en las áreas donde llueve muy poco pueden existir ríos con caudal permanente si existe una alimentación freática (es decir, de aguas subterráneas) suficiente. La mayoría de los ríos pueden experimentar cambios estacionales y diarios en su caudal, debido a las fluctuaciones de las características de la cobertura vegetal, de las precipitaciones y de otras variaciones del tiempo atmosférico como la nubosidad, insolación, evaporación o más bien, evapotranspiración, etc. Estacionales Estos ríos y ramblas son de zonas con clima tipo mediterráneo, en donde hay estaciones muy diferenciadas, con inviernos húmedos y veranos secos o viceversa. Suelen darse más en zonas de montaña que en las zonas de llanura. Transitorios Son los ríos de zonas con clima desértico o seco, de caudal que a veces, en los cuales se puede estar sin precipitaciones durante años. Esto es debido a la poca frecuencia de las tormentas en zonas de clima de desierto. Pero cuando existen descargas de tormenta, to rmenta, que muchas veces son torrenciales, los ríos surgen rápidamente y a gran velocidad. Reciben el nombre de wadis o uadis, a los cauces casi siempre secos de las zonas desérticas, que pueden llegar a tener crecidas violentas y muy breves. Alóctonos Son ríos, generalmente de zonas áridas, cuyas aguas proceden de otras regiones más lluviosas. El Nilo en Egipto siempre se ha tomado como ejemplo de este tipo de ríos. Clasificación según geomorfología Según la geometría en planta que adopta la corriente, se pueden clasificar los ríos en tres tipos básicos: rectilíneo, meándrico, y anastomosado (braided en inglés). Los parámetros utilizados para esta clasificación son la sinuosidad y multiplicidad. Esta última depende del número de barras que divide la corriente en varios brazos. 8
Rectilíneo Estas corrientes se caracterizan por una sinuosidad baja (menor a 1,5) y m ultiplicidad 1, es decir, un único canal. Son muy inestables, tendiendo a evolucionar a otros tipos de río, salvo cuando corren siguiendo una falla geológica. Tienen caudal de alta energía y gran capacidad erosiva. Meándrico Este tipo de río tiene sinuosidad alta (mayor a 1,5) 1,5 ) y canal único. Su característica carac terística principal es la unidad geométrica llamada meandro, curva completa sobre el canal, compuesto por dos arcos sucesivos. En contraste con los dos tipos anteriores, las corrientes fluviales meandriformes combinan un carácter erosivo (generalmente, en la parte cóncava de la curva o meandro) y sedimentario (en la orilla convexa). Estas diferencias se deben, como es obvio, a la distinta velocidad de las aguas en las dos orillas. Clasificación según su edad Ríos jóvenes. Se encuentran en los cauces de montaña, tienen pendientes altas y sección transversal Ríos maduros. Los ríos maduros se presentan en valles amplios, tienen pendientes relativamente escasas. La erosión de las márgenes ha reemplazado a la erosión del fondo. Ríos viejos. Los ríos viejos se encuentran en valles amplios y planicies cuyo ancho es 15 a 20 veces mayor que el ancho de los meandros, y, las pendientes son muy reducidas. Clasificación según su condición de estabilidad Estática. Un cauce tiene estabilidad estática, cuando la corriente es capaz de arrastrar sedimentos, pero no puede mover o arrastrar las partículas o los elementos de las orillas. Pertenecen a este tipo son los tramos de ríos en que las márgenes son rocosos o tienen una cohesión muy alta. Dinámica. Un cauce tiene estabilidad dinámica cuando las variaciones de la corriente, los materiales de la plantilla y de las orillas, y los sedimentos transportados han formado una pendiente y una sección que no cambian apreciablemente en el tiempo. En estas condiciones, el río sufre desplazamientos laterales continuos en las curvas, con erosiones en las márgenes exteriores y depósito de sedimento en las interiores. Todos los caudales, antes de producirse un desbordamiento, escurren por un único cauce que no tiene islas o bifurcaciones.
9
Inestabilidad dinámica. El río escurre por un solo cauce, como en el caso anterior, pero se presenta cuando el desplazamiento lateral de los meandros es muy intenso y por lo tanto, el corte natural de estos es frecuente. Por una parte el río trata de alcanzar su pendiente de equilibrio al desarrollar sus meandros y por otra estos se estrangulan rápidamente y se cortan. A causa de lo señalado el tramo de río no alcanza a estabilizar su pendiente. Morfológica. Este grado de estabilidad es el concepto más amplio; es decir, en cualquier cauce natural, la pendiente de un tramo cualquiera, el ancho y el tirante de su sección transversal, así como el número de brazos en el que se divida el cauce, depende n del gasto líquido líq uido que ocurre anualmente y de su distribución, de las características físicas de los materiales que forman el fondo y orillas, y de la l a calidad y cantidad del sedimento que es transportado; tra nsportado; este llega al tramo, tanto procedente de aguas arriba como de aportaciones laterales. En otras palabras, cualquier corriente natural no alterada por factores humanos tiene estabilidad morfológica, por ello un cauce que en forma natural tiene estabilidad estática o dinámica, también la tiene morfológica. Clasificación según su comportamiento Torrentes: son cursos de agua en zonas de montaña con pendiente longitudinal > 5%. El transporte sólido está compuesto principalmente por piedras, cantos rodados, grava y arena. Predomina el transporte de fondo, el material en suspensión, si existe no tiene las condiciones para depositarse. Estos cursos de agua tienen una respuesta rápida a las lluvias, las crecientes son 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%. Los lechos son de arena, limo y arcilla, predomina el transporte en suspensión. Las crecientes se forman lentamente y son de larga duración (días, meses). Otros autores, con relación a la pendiente longitudinal establecen: Torrenciales: S > 1.5 % Torrentes: S > 6 % en éstos se abandona la premisa de que el flujo tiene una fase líquida y otra sólida, ya que la cantidad de sólidos transportados es tal que el comportamiento del flujo es no newtoniano.
10
Clasificación por condiciones de transporte En términos generales se considera que los tramo de los ríos están sujetos a un proceso de erosión o sedimentación o están en equilibrio. Una clasificación importante de los ríos relacionada con estos aspectos, es la propuesta de Schumm, que está basada en la carga de sedimento, pues considera que dicho factor afecta significativamente la estabilidad del cauce, su forma y su sinuosidad. Establece tres tipos principales de cauces: estable, erosionable y depositante, y propone subclases dependiendo del modo de transporte del sedimento, ya sea en la capa de fondo, mixto o en suspensión.
RUGOSIDAD DEL CAUCE Es el coeficiente de rugosidad en la resistencia que ofrecen las paredes y el fondo o lecho del cauce de un rio al paso del flujo de agua. Esta resistencia es variable dependiendo de los siguientes factores. a) Con respecto a su sección transversal b) Con respecto a su vista en planta METODO DE COWAN PARA ESTIMAR n El método de COWAN es un método sencillo de cálculo y su aplicación es muy frecuente en el cálculo de diversos parámetros hidráulicos como el caudal circulante en un curso de natural de agua. En el diseño de estructuras hidráulicas para el drenaje de obras de arte viales es necesario calcular el caudal de diseño aplicando el método hidráulico, aplicando la fórmula de Manning, para ello es necesario calcular el valor de “n” y este se determina aplicando el método de COWAN. En lo que respecta al cálculo del valor de “n”, por el método de estudio, se aplica la
siguiente fórmula:
n=(n0+n1+n2+n3+n4)n5 donde los valores de cada valor de n se representan en el cuadro siguiente
11
CONDICION DEL CAUCE
VALORES
Tierra MATERIAL CONSIDERADO
GRADO DE IRREGUALRIDAD
VARIACIONES DE LA
Roca portada Grava fina
0.030
n0
0.028
Liso
0.000
Menor Moderado
n1
Gradual
0.000
Frecuentemente alternante
n2
Menor Apreciable
0.000
n3
0.010-0.015 0.020-0.030
Severo
0.040-0.060
Baja
0.005-0.010
Media
0.010-0.020
Alta
n4
Muy alta
MEANDROS
0.005 0.010-0.015
despreciable
CANTIDAD DE
0.010 0.020
DEL CAUCE
VEGETACION
0.005
Severo
Ocasionalmente alternante
OBSTRUCCIONES
0.024
Grava gruesa
SECCION TRANSVERSAL
EFECTO RELATIVO DE
0.025
0.025-0.050 0.050-0.100
Menor Apreciable severa
1
n5
1.150 1.300
Cuadro N° 1
12
DESARROLLO DE LA PRACTICA DE CAMPO
UBICACIÓN
La zona de estudio se encuentra ubicada en el puente de morales, río Cumbaza del distrito de Morales-Tarapoto Perú
13
MATERIALES WINCHA de 50m para medir el cauce del río.
Machete para cortar las malezas
Cámara fotográfica para ilustrar las imágenes.
GPS para determinar la ubicación de la zona de estudio.
14
PROCEDIMIENTO.
Se puede observar grava gruesa en el cauce por lo que podemos estimar el primer valor n0=0.28
15
Se puede observar que el grado de irregularidad es menor lo que estimaremos el segundo valor n1=0.005
16
Se puede observar las variaciones de la sección transversal del cauce lo que es mínimo o gradual, del cual estimaremos el tercer valor n2=0.000
17
Se puede observar la presencia de rocas gigantes que son obstrucciones en el cauce lo que tiene un régimen menor del cual estimaremos el tercer cuarto valor n3=0.005
18
Se puede observar la presencia de vegetación con una estimación media lo cual obtendremos el quinto valor n4=0.015
19
Se puede observar la presencia de un meandro apreciable lo cual estimaremos un valor n5=1.100
20
Representaremos todos los datos obtenidos en campo en el siguiente cuadro
n0
0.028
n1
0.005
n2
0.000
n3
0.005
n4
0.015
n5
1.100
Cuadro N°2 Con los valores representados en el cuadro N°2 precederemos precederemos a calcular el valor de “n” “ n” con la
fórmula.
n=(n0+n1+n2+n3+n4)n5 n=(0.028+0.005+0.000+0.005+0.015)(1.100) n=0.0583
21
Algunos valores de “n” estimados en los ríos de Venezuela.
Río
Valor de “n”
Rio Apure en Bruzual
0.0416
Rio Apure en el Samán
0.0575
Rio Aráuca en Puente Inernacional
0.0619
Rio Aro en la Homallita
0.0228
Brazo Quisiquiare en Tama-Tama
0.0391
Rio Capanaparo en Urañon
0.0328
Rio Cauca en la Aurora
0.0372
Rio Cuchivero en Punto Boral
0.0466
Rio Matiyure en Puente Achaguas
0.0391
Fuente : ORGANO DE DIVULGACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO VENEZUELA
ANALISIS DE RESULTADOS Como podemos observar nuestro valor n=0.0583 obtenido en el rio cumbaza, es aceptable ya que lo podemos corroborar en el cuadro de valores de n de algunos ríos de Venezuela. Lo que podemos decir que el cauce en el río cumbaza se considera una rugosidad considerable.
22
CONCLUSIONES •
Como ya pudimos ver la rugosidad en el rio cumbaza tiene una rugosidad considerable que es aceptable, esto se puede ver a simple inspección cuando nos sometemos a campo, visto desde el mismo lugar, lo podemos constatar viendo las rocas que son una obstrucción, la vegetación que existe en el margen del río, la grava gruesa considerable que es arrastrada de la parte alta de la cuenca, todos aquellos factores determinan la rugosidad del cauce
•
Concluimos que la práctica de campo se realizó con todos los parámetros establecidos para llegar a un resultado real y propio de la zona de estudio.
RECOMENDACIONES •
Se recomienda incentivar más el interés en el curso porque trata más sobre temas prácticos y de consideración.
•
Se recomienda hacer diferentes ensayos en distintas partes del cauce del río para obtener valores reales que sirvan más adelante para cálculos hidráulicos.
•
Se recomienda investigar más métodos técnicos para el cálculo de rugosidades.
23
ANEXOS
24
25
26
27
28
29
30
31
32
BIBLIOGRAFÍA http://servicio.bc.uc.edu.ve/ingenieria/revista/a7n2/7-2-1.pdf https://www.google.com.pe/search?q=rugosidades+en+los+rios+tabla+de+valores&biw=13 66&bih=638&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwiLjobQx4fTAhUFW5AKHR dBAo8QsAQIHQ#imgrc=_ https://es.wikipedia.org/wiki/Meandro http://www.tesis.uchile.cl/tesis/uchile/2008/ponce_e/sources/ponce_e.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Geomorfolog%C3%ADa_fluvial https://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_hidr%C3%A1ulica ftp://ceres.udc.es/ITS_Caminos/1_Ciclo/Hidraulica_Hidrolog ftp://ceres.udc.es/ITS_Caminos/1_Ciclo/Hid raulica_Hidrologia_II/tema_Hidraulica_Fluv ia_II/tema_Hidraulica_Fluvial.p ial.p df http://fce.unse.edu.ar/sites/default/files/pdf/asignatura/Hidraulica%20de%20Rios.pdf https://ingenieroagricolablog.wordpress.com/2016/09/22/descarga-libro-introduccion-a-lahidraulica-fluvial-de-arturo-rocha-feliceS
33
