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RESUMEN ................................................... ......................................................................................................... .............................................................................. ........................ 4 ITRODUCCION ........................................................................................................................ 4 OBJETIVOS .............................................................................................................................. 5 FUNDAMENTO TEORICO ..................................................................................................... 5 APROXIMACIÓN A LA HIDRÁULICA FLUVIAL .......................................................... 5 DEFINICIONES ........................................................................................................................ 8 PRIMERA PARTE ................................................................................................................ 8 La geomorfología: ................................................... ....................................................................................................... ........................................................... ....... 8 La degradación: ............................................. .................................................................................................. ..................................................................... ................ 8 La agradación: ............................................... .................................................................................................... ..................................................................... ................ 8 El Glosario de la Organización Meteorológica Mundial: .................................................. 8 Erosión Laminar: ..................................................... ......................................................................................................... ......................................................... ..... 10 Erosión en Surcos: ................................................... ....................................................................................................... ......................................................... ..... 10 Erosión Eólica: ................................................................................................................. 10 Fondo móvil (o lecho móvil): .......................................................................................... 11 Sedimento: ..................................................... .......................................................................................................... ................................................................... .............. 11 Transporte de Sedimentos: .............................................. ............................................................................................... ................................................. 11 Río con Pendiente Pe ndiente Estabilizada: ............................................... ....................................................................................... ........................................ 11 1
| Río Encajonado: ............................................................................................................... 12 Río Estable: ...................................................................................................................... 12 Río Fangoso: .................................................................................................................... 12 Río Kárstico: .................................................................................................................... 12 Río Subterráneo: ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 12 En el Diccionario, meandro ...................................................... .............................................................................................. ........................................ 12 Un torrente ....................................................................................................................... 13 GEOMORFOLOGÍA ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 13 SEGUNDA PARTE ............................................................................................................. 13 El Sistema Fluvial: ........................................................................................................... 13 Las variables en ríos r íos aluviales son: ................................................... .................................................................................. ............................... 15 CAUDAL DOMINANTE O FORMATIVO, SE DEFINE ..................................................... ............................... ...................... 16 TERCERA PARTE ..................................................... ......................................................................................................... ......................................................... ..... 16 PERFIL LONGITUDINAL DEL RÍO ...................................................... ..................................................................................... ............................... 17 TIPOS DE RÍOS .................................................................................................................. 18 Ríos rectos: .................................................... ......................................................................................................... ................................................................... .............. 18 Ríos trenzados: ................................................................................................................. 18 Ríos con meandreo: .......................................................................................................... 19 CLASIFICACIÓN DE RÍOS SEGÚN SU EDAD .............................................................. 20 Ríos Jóvenes: ................................................. ...................................................................................................... ................................................................... .............. 20 2
| Río Encajonado: ............................................................................................................... 12 Río Estable: ...................................................................................................................... 12 Río Fangoso: .................................................................................................................... 12 Río Kárstico: .................................................................................................................... 12 Río Subterráneo: ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 12 En el Diccionario, meandro ...................................................... .............................................................................................. ........................................ 12 Un torrente ....................................................................................................................... 13 GEOMORFOLOGÍA ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 13 SEGUNDA PARTE ............................................................................................................. 13 El Sistema Fluvial: ........................................................................................................... 13 Las variables en ríos r íos aluviales son: ................................................... .................................................................................. ............................... 15 CAUDAL DOMINANTE O FORMATIVO, SE DEFINE ..................................................... ............................... ...................... 16 TERCERA PARTE ..................................................... ......................................................................................................... ......................................................... ..... 16 PERFIL LONGITUDINAL DEL RÍO ...................................................... ..................................................................................... ............................... 17 TIPOS DE RÍOS .................................................................................................................. 18 Ríos rectos: .................................................... ......................................................................................................... ................................................................... .............. 18 Ríos trenzados: ................................................................................................................. 18 Ríos con meandreo: .......................................................................................................... 19 CLASIFICACIÓN DE RÍOS SEGÚN SU EDAD .............................................................. 20 Ríos Jóvenes: ................................................. ...................................................................................................... ................................................................... .............. 20 2
| Ríos Maduros: .................................................................................................................. 20 Ríos Viejos: ...................................................................................................................... 21 GEOMETRÍA DE MEANDROS ........................................................................................ 21 MATERIALES Y METODOS ................................................................................................ 23 MATERIAL DE TRABAJO ............................................... ................................................................................................ ................................................. 23 RESULTADOS ..................................................... .......................................................................................................... ................................................................... .............. 24 GRANULOMETRIA .................................................. ...................................................................................................... ......................................................... ..... 24 DETERMINACION DEL DIAMETRO MEDIO ............................................................... 25 CALCULOS HIDRAULICOS ..................................................... ............................................................................................. ........................................ 27 calculos previos: ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 30 DISCUSIÓN DE RESULTADOS ........................................................................................... 31 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES .................................................... .......................................................................... ...................... 31 RECOMENDACIÓN ...................................................... .......................................................................................................... ......................................................... ..... 32 BIBLIOGRAFIA ................................................... ........................................................................................................ ................................................................... .............. 32 ANEXO ............................................... ..................................................................................................... ..................................................................................... ............................... 33
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RESUMEN El presente trabajo se realizó en el Rio Alameda, Distrito de Recuay, provincia de Recuay, Departamento de Ancash. Uno de los ríos tributarios del Rio Santa. Consiste en realizar el análisis granulométrico en el laboratorio de mecánica de suelos, medición del caudal; la metodología empleada fue llegar al rio Alameda, interpretación y procesamiento de la información recopilada; trabajos de campo como plano topográfico y ensayos en el laboratorio. Con fines académicos se tomó el caudal de aforo, ya que no se cuenta con el dato del caudal máximo histórico; para este caudal de aforo actual (5.03 m3/s). En el tramo del estudio el flujo es turbulento, subcritico y el diámetro medio de las partículas es 11.86 mm.
ITRODUCCION Los Ríos del Perú por sus formas irregulares, en crecida de avenidas ocasionan inundaciones, fuertes erosiones, entre otros desastres. Estos fenómenos han ocurrido muchas veces en el pasado y podrán ocurrir en el futuro, por si no hacemos prevención de la misma. El Rio Santa a lo largo de su curso, en máxima creciente, ocasiona daños por erosión e inundación. Particularmente la ciudad de Recuay que se encuentra al margen izquierdo del Rio Santa, en el año 1985, en ese entonces la CORDE ANCASH basada en el proyecto integral de defensa ribereña instalaron los espigones con el fin de canalizar el rio. El Rio Alameda, es un afluente del rio santa nace desde la cordillera blanca y negra de las quebradas de Catac, Churriac pachacoto y conococha la pendiente del cauce principal del rio es 1.82 % 0, según Hack 1957. La pendiente en el tramo en estudio es 1.7%.
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OBJETIVOS
Realizar la curva granulométrica de la muestra del rio Alameda. Clasificación de las partículas me la muestra. Hallar el diámetro medio. Clasificación del rio. Caudal actual. Caudal máximo. Caudal formativa. Pendiente del tramo en estudio. Tipo de flujo.
FUNDAMENTO TEORICO
APROXIMACIÓN A LA HIDRÁULICA FLUVIAL Hay tres grandes ideas que debemos tener presentes al enfrentarnos al estudio de los ríos. Las tres ideas son fases de un mismo problema. En primer lugar debemos mirar a los ríos como riqueza, como recursos naturales, como fuentes de vida; es decir, como posibilidades de aprovechamiento en beneficio de la Humanidad. Así ha sido desde los tiempos más remotos, cuando el hombre se estableció junto a las fuentes de agua, las aprovechó y empezó la civilización. En los primeros tiempos la utilización de los ríos se lograba mediante sencillas obras de ingeniería. Hoy, en cambio, se requiere de complejas obras para satisfacer la creciente demanda de agua y de bienestar. Es así como tenemos proyectos de irrigación, de hidroelectricidad, de abastecimiento poblacional e industrial, de recreación, así como de control y encauzamiento de ríos, que requieren importantes obras de ingeniería relacionadas con la
Hidráulica Fluvial. La Hidráulica Fluvial tiene mucho que ver con el comportamiento de importantes estructuras hidráulicas. Así, las bocatomas son obras construidas en un río con el objeto de captar sus aguas para utilizarlas en un proyecto hidráulico. El diseño, construcción y operación de una bocatoma es importante tema de la Hidráulica Fluvial, pues su implementación significa una modificación profunda en el escurrimiento fluvial. Para el aprovechamiento de los ríos se recurre también a la
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| construcción de presas con el objeto de regular caudales. Cuando las presas están ubicadas sobre el lecho de los ríos representan cambios fluviomorfológicos importantes, como erosión y sedimentación. La pérdida de volumen útil de los embalses y los métodos de lucha para mantenerlos forman parte de la Hidráulica Fluvial. Hay numerosas estructuras hidráulicas y problemas de diseño muy relacionados con la Hidráulica Fluvial. En segundo lugar debemos mirar a los ríos como elementos naturales de los cuales tenemos que defendernos. Las avenidas son fenómenos naturales, producto de la aparición de determinadas condiciones hidrometeorológicas. Una inundación, en cambio, es el desbordamiento de un río por la incapacidad del cauce para contener el caudal que se presenta. La inundación es, pues, un fenómeno de tipo hidráulico, prueba de ello es que pueden ocurrir inundaciones sin que haya crecidas o un evento hidrometeorológico extraordinario. Las obras de control y el tratamiento del problema de las avenidas e inundaciones son parte de la Hidráulica Fluvial. La tercera idea que debemos tener presente con relación a un río es su protección. Debemos proteger al río de la agresión humana. Una forma típica de agresión a los ríos, que luego se vuelve contra quien la causó, es la contaminación. La contaminación es un fuerte limitante para el uso del agua. La contaminación es la pérdida de pureza del agua como consecuencia de la incorporación de sustancias extrañas. El agua que está en la Naturaleza es prácticamente pura; se contamina cuando entra en contacto con la corteza terrestre y con las acciones humanas (en algunos casos el agua se contamina antes de llegar a la tierra, tal es la lluvia ácida). El río es un gran dren colector de la cuenca, no sólo del agua, sino de todo aquello que está en contacto con ella. Los ríos conducen las sustancias contaminantes de un lugar a otro. En el Perú casi todos los ríos están contaminados. Debemos, pues, luchar contra la contaminación para que de ese modo sea más fácil y económico el aprovechamiento de los ríos. Las tres características señaladas en el estudio de los ríos nos hacen ver que la Hidráulica Fluvial tiene que ubicarse dentro del estudio y tratamiento integral de la cuenca. En la costa los ríos son la única fuente de agua utilizable económicamente para abastecimiento poblacional e industrial, irrigaciones y recarga del agua subterránea. En algunos casos también son posibles los aprovechamientos hidroeléctricos. En la selva, en cambio, hay ríos de grandes caudales, pendientes pequeñas, larg os recorridos y fuerte inestabilidad y tendencia a la variación de curso. Como allí llueve en abundancia (en la selva baja) no se hacen irrigaciones, pero sí se aprovechan mucho los ríos para la navegación. Hay una importante tarea en lo que respecta a
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| crear y mantener las condiciones adecuadas para la navegación y actividades portuarias.
En la sierra encontramos ríos de variadas características. Sin embargo, los valles son estrechos, la tierra agrícola es escasa, hay fuerte erosión de cuencas. Hay muchas posibilidades de desarrollos energéticos. En la región altiplánica las pendientes son pequeñas. Los estudios efectuados por la antigua ONERN (Oficina Nacional de Evaluación de Recursos Naturales), hoy INRENA (Instituto Nacional de Recursos Naturales), han permitido identificar 1 007 ríos en el Perú, los que se desarrollan en tres vertientes. Pacifico 381 ríos (hasta del 4to orden, 53 ríos principales) Pacifico 564 ríos (hasta del 6to orden, 4 ríos principales) Pacifico 62 ríos (hasta del 4to orden, 12 ríos principales) (Rocha, 1972, p. 13)
Tabla 1 Identificador de ríos ONERN
Vertiente Pacifico Atlántico Titicaca Total Datos obtenidos (ONER)
Masa Anual(m3/año) 35 1999 10 2022
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Caudal(m3/s) 1110 63388 317 64815
Porcentaje (%) 1.7 97.8 0.5 100
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DEFINICIONES PRIMERA PARTE
La geomorfología: se ocupa principalmente de las formas actuales de la tierra, pero tiene un importante papel en el análisis histórico del paisaje. Para un correcto entendimiento de los diferentes procesos geo mórficos se requiere una apreciación adecuada del clima mundial. El clima (temperatura y precipitación, principalmente) tiene una gran influencia en los procesos geomórficos. Esta influencia puede ser directa o indirecta. Por ejemplo, el clima determina la cobertura vegetal (cantidad, tipo y distribución espacial).
La degradación: (disminución de niveles, erosión, socavación) incluye básicamente tres procesos: intemperismo, pérdidas violentas de suelo y erosión en general. El intemperismo consiste en la descomposición, en la desintegración, de las rocas en el lugar en el que se hallan. Una forma de degradación es la pérdida violenta de suelos como consecuencia de deslizamientos, avalanchas y huaicos. En el Perú la degradación violenta es importante y frecuente. Resulta ser un concepto indispensable para comprender, por ejemplo, la gran variabilidad temporal del transporte sólido fluvial.
La agradación: es el proceso contrario. Consiste en la sedimentación, en el aumento de niveles, en la deposición de materiales sólidos. Desde el punto de vista del estudio de la Hidráulica Fluvial nos interesan mucho los procesos de erosión de la corteza terrestre, pues en el manejo de un río el transporte sólido es muy importante y éste sólo puede comprenderse y controlarse en función de la erosión de la cuenca.
El Glosario de la Organización Meteorológica Mundial: define la erosión como el desgaste del suelo por acción del agua en movimiento, de los glaciares, vientos y olas. Nos dice que la erosión es el proceso natural de destrucción ("demolition") de la superficie de la Tierra y la remoción por el viento y el agua de los productos resultantes.
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Como consecuencia de la erosión hay un cambio de la pendiente original del terreno (pendiente endogenética). En algunos lugares hay remoción de materiales y en otros hay sedimentación. Como consecuencia aparece una nueva pendiente a la que se denomina exogenética.
Figura 1Variacion de pendiente durante la Erosión (ARTURO ROCHA)
El producto de la erosión de la roca forma un talud o cono aluvial junto a la roca desnuda. Este material, que en inglés se llama "debris" (escombros, restos, despojos) es transportado por el agua o el viento hacia los ríos, los que lo conducen eventualmente hasta el mar. En los ríos este material recibe el nombre de material sólido o sedimentos.
Erosión en Cárcavas: es la que causa profundas excavaciones en el suelo. Cárcava, según el diccionario, es la "hoya o zanja grande que suelen hacer las
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| avenidas de agua".
Erosión Laminar: es la remoción, por efecto de la lluvia o del escurrimiento de las aguas, de una capa más o menos uniforme del suelo superficial.
Erosión en Surcos: es la remoción y pérdida del suelo superficial en pequeños canales, ocasionada por el agua.
Erosión Eólica: es la separación, transporte y depósito de suelo por la acción del viento. La remoción y el depósito pueden ser en forma más o menos unif orme, o como médanos y dunas localizadas.
Un río puede definirse como "un sistema de canales naturales (cursos de agua) por medio de los cuales se descarga el agua de la cuenca".
En el Diccionario de la Lengua Española encontramos que el río se define como "corriente de agua continua y más o menos caudalosa que va a desembocar en otra, en un lago o en el mar". La palabra río viene del latín rius, rivus: arroyo. (Frulink, 1964, p. 43)
Define el río como, el elemento de drenaje de la cuenca. Sin embargo, un río no sólo lleva agua sino también materiales sólidos que provienen de la erosión de la cuenca. En general los ríos tienen fondo móvil, aunque no todos, ni siempre.
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Fondo móvil (o lecho móvil): significa que el lecho del río está constituido por partículas sólidas no cohesivas (arena, grava), que están en movimiento. Para determinadas características del flujo se ponen en movimiento partículas de un determinado tamaño. A los lechos móviles se oponen los lechos rígidos.
Sedimento: es una palabra que tiene diferentes significados en diferentes ciencias. En Hidráulica Fluvial entendemos por sedimento cualquier material, más pesado que el agua, que es transportado en algún momento por la corriente y luego depositado. En consecuencia, en Hidráulica Fluvial la palabra sedimento se aplica tanto a una enorme roca, como a una fina partícula de arcilla.
Transporte de Sedimentos: Se denomina así al estudio de los procesos de erosión, iniciación del movimiento, transporte, depósito y compactación de las partículas sólidas. La teoría se refiere a las partículas no cohesivas. La cohesión es la fuerza que une a las partículas de arcilla, como consecuencia de la atracción iónica entre ellas. (Rocha, 1972)
Estas seis definiciones fueron recogidas, en el referido Glosario, del Glosario
Hidrológico Internacional de la Organización Meteorológica Mundial (OMM):
Río con Pendiente Estabilizada: río que ha alcanzado aparentemente un estado aproximado al de equilibrio entre transporte y aportación de sedimentos (sólidos).
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Río Encajonado: río que ha excavado su cauce en el lecho de un valle muy cerrado.
Río Estable: río que en su conjunto mantiene sus pendientes, profundidades y dimensiones de cauce sin elevar o descender su lecho.
Río Fangoso: flujo de agua en el que, por estar fuertemente cargada de agua y residuos, la masa fluyente es espesa y viscosa.
Río Kárstico: río que tiene su origen en una fuente kárstica, o que corre por una región kárstica.
Río Subterráneo: masa de agua en movimiento que pasa a través de un intersticio de gran tamaño, tal como una caverna, cueva o conjunto de grandes intersticios en comunicación.
En el Diccionario, meandro se define como cada una de las curvas que describe el curso de un río. Por extensión se aplica a un camino.
En un contorno rígido el lecho y las paredes son invariables; el tirante depende fundamentalmente del caudal. En un lecho móvil el fondo puede cambiar, por erosión o depósito; el ancho también.
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Figura 2.Sección del Canal (ARTURO ROCHA)
Un torrente. Según el Diccionario, "corriente o avenida impetuosa de aguas que sobreviene en tiempos de muchas lluvias o de rápidos deshielos". (Einstein, 1964, p. 48)
GEOMORFOLOGÍA SEGUNDA PARTE El Sistema Fluvial: (Ricardo, 2014): Un río está dentro del dominio del sistema fluvial, que consiste de la cuenca de drenaje y de los reservorios, lagos u océanos ubicados aguas abajo. Schumm (1977) ha dividido el sistema fluvial en tres partes. Para un correcto entendimiento de los diferentes procesos geo mórficos se requiere una apreciación adecuada del clima mundial.
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Figura 3.El sistema fluvial (después de schumm, 1977)
La parte superior o Zona 1, es la porción de cuenca donde se origina la mayor cantidad de agua y de sedimentos. Quebradas pequeñas en esta zona se caracterizan por ser inestables y a menudo por encontrarse trenzados. Debido a la inestabilidad de los cauces, el estudio de la geomorfología del río solo puede ser analizado sobre la base de asunciones gruesas más no detalladas.
La parte media o Zona 2, es el tramo en el cual el río es más estable y donde su configuración está mejor definida. Ríos grandes presentan tramos largos en esta Zona 2, pero esta zona puede estar ausente en ríos pequeños. Este es el tramo en el cual se realizan los mayores estudios, modelamientos y obras de control. La Zona 3, está cerca de la boca de salida donde el río aluvial está bajo la influencia de las variaciones de las mareas. Los ríos en esta zona a menudo se encuentran trenzados.
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En un río no hay determinaciones previas, las respuestas son estudio de la hidrología, geomorfología o la hidráulica fluvial.
Un canal artificial es prismático y definido por una sección tipo. Un río no.
La rugosidad en un canal es un parámetro bien definido y determinante de su capacidad
En un río, el caudal y la altura de agua están relacionados de una manera más compleja. Existe una resistencia al flujo por el tamaño del grano del material de fondo y otra añadida por las formas del fondo granular (dunas, etc.).
Las variables en ríos aluviales son: a) Propiedades del fluido b) Propiedades del sedimento c) Características del sistema de flujo: Caudal líquido (Q), Caudal sólido (Qs), Ancho del canal (B), Tirante de agua (D), Velocidad del flujo (U), Radio hidráulico (R), Pendiente del canal (S), y Factor de fricción (f).
Ricardo, (2014) El concepto de régimen generalmente es considerado como sinónimo de equilibrio. El concepto se originó del estudio de canales aluviales estables, que con fondo móvil y bancos de tierra, no presentaban socavación ni sedimentación durante un ciclo operativo. (p, 15)
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| El término “gradual” como una condición de equilibrio en ríos que actúan como agente de transporte. Definió río graduado, como aquel que en un periodo de años, la pendiente se ajusta suavemente para proveer, con la descarga disponible y las condiciones prevalentes de la geometría del canal, la velocidad requerida para transportar la carga de sedimentos proporcionada por la cuenca. (Mackin, 1948)
CAUDAL DOMINANTE O FORMATIVO, SE DEFINE TERCERA PARTE Como aquel caudal que de permanecer constante a lo largo del año, transporta la misma cantidad de material de fondo que el hidrograma anual.
Como el caudal máximo que es capaz de pasar por el cauce principal sin que desborde hacia la planicie. Este criterio ha conducido a resultados más congruentes.
Williams (1978), usando un conjunto de 233 datos, obtuvo la siguiente
ecuación de regresión para la descarga formativa.
Donde: Q = descarga dominante en pies3/seg. Af = área correspondiente al cauce con caudal dominante.
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| S = pendiente de la superficie de agua:
PERFIL LONGITUDINAL DEL RÍO
La pendiente de una corriente es determinada por las condiciones impuestas aguas arriba, pero la elevación y localización de cada punto del perfil es también determinado por el nivel aguas abajo.
Las principales variables que controlan la pendiente son la descarga, la carga de sedimento de fondo y su diámetro.
Hack (1957) obtuvo una relación empírica para el perfil longitudinal de ríos en
Virginia y Maryland.
Donde: S = pendiente del cauce en (pies/milla) d = tamaño medio de la partícula del lecho (mm) Ad = Area de drenaje (milla2)
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TIPOS DE RÍOS
Los ríos en la naturaleza presentan generalmente tres formas: rectos trenzados y meandreantes.
Ríos rectos: Existen en planicies que son inadecuadas para permitir velocidades erosivas, o en pendientes pronunciadas donde se pueden alcanzar altas velocidades. Ríos realmente rectos son raros en la naturaleza. Un río recto, en esta clasificación, se refiere como aquel que no tiene comportamiento meándrico; esto es, su sinuosidad es menor de 1.5.
Figura 4.Rio Recto de acuerdo a su geometría (SIMON ,1984)
Ríos trenzados: Son aquellos formados por canales interconectados aleatoriamente, separados por barras, que presentan la apariencia de una trenza. En ríos con formaciones de barras por el depósito de sedimentos puede ocurrir el trenzado para diferentes
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| pendientes, pero en ríos sedimentarios balanceados se cree que el trenzado resulta por los depósitos de materiales transportados durante avenidas grandes en
cantidades
o
tamaños
bastante
considerables.
Estos
depósitos
frecuentemente forman barras en donde florece la vegetación.
Figura 5.Rio trenzado de acuerdo a su geometría (JULIAN, 1984)
Ríos con meandreo: Un río con meandreo es aquel en el que la configuración se presenta en forma de una serie de curvas consecutivas. La diversidad de formas y tamaños de los meandros se puede explicar por las diferentes circunstancias en las que se originan y por los cambios que surgen durante su evolución en el tiempo, que muchas veces están relacionados con las características del material de las márgenes.
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Figura 6Rio Meandreante de acuerdo a su geometría (JULIAN, 1984)
CLASIFICACIÓN DE RÍOS SEGÚN SU EDAD
Ríos Jóvenes: Los cauces se desarrollan primeramente mediante la erosión del agua sobre la superficie del terreno; tienen generalmente valles irregulares en forme de V. Sus cauces adoptan la misma forma y están constituidos por materiales fracturados que pueden o no ser erosionables. Casi todos los ríos de montaña y sus tributarios son ejemplos de ríos jóvenes.
Ríos Maduros: El valle fluvial se ensancha, las pendientes longitudinales son suaves y la erosión lateral es mucho más significativa que la erosión en el fondo. El lecho del río alcanza una condición de equilibrio, es decir, la pendiente y la energía del río son justamente suficientes para transportar el material aportado al río. En un
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| cauce maduro hay llanuras de inundación angostas y se tiene al desarrollo de los meandros.
Ríos Viejos: Son extensiones en el tiempo de los maduros. A medida que la erosión continúa, los valles fluviales se desarrollan hasta que sus características pasan a ser las de mayor ancho y menor pendiente.
GEOMETRÍA DE MEANDROS Usualmente ecuaciones empíricas relacionan la longitud de onda y la amplitud de la curva del meandro con el ancho del canal a caudal formativo, por ejemplo, Inglis, 1949, Leopold y Wolman, 1957, 1960; y Séller, 1967); estos investigadores también relacionaron la longitud de onda con el radio de curvatura (Leopold y Wolman, 1960).
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|
Figura 7.Dagrama típico de un meandro(KELLER,19789)
Fórmulas empíricas para Geometría de Meandros:
Tabla 2 Geometría de meandros 1
Ecuacion
Autor
λ=6.60B^0.99
Inglis,1949(datos de Ferguson)
λ=10.9B^1.01
Leopoldo y wolman,1957
λ=10.00B^1.025
Zeller,1967
λ=12.13B^1.09
Ackers yCCharlton,1970
λ=17.20B
Goryeki,1960
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| Tabla 3 Geometría de meandros2
Ecuacion
Autor
a=18.9B^0.99
Inglis,1949(datos de Ferguson)
a=10.9B^1.04
Inglis,1949(datos de Bates)
a=2.7B ^1.1
Leopoldo y wolman,1957
a=4.5B
Zeller,1967
a=14B
Bates,1944
a=18.2B
Dury,1954
a=12.15B
Altunin,1949
Tabla 4 Geometría de meandros 3
λ=54.0Q^0.5
Inglis,1949
λ=32.9Q^0.551
Leopoldo y wolman,1957
λ=54.3Q^0.5
Dury,1954
λ=11.55Q^0.75
Agrwal,1941
λ=61.2Q^0.67
Blench,1910
MATERIALES Y METODOS MATERIAL DE TRABAJO Se utilizó los siguientes materiales y equipos
Wincha de 50 m y 3 m.
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Lampa.
GPS digital.
Software, civil 3D
Cámara digital.
Cuaderno de apuntes.
Tamices.
Balanza.
Recipientes.
Estufa.
RESULTADOS
Se realizaron los siguientes cálculos.
GRANULOMETRIA
Tabla 5 Datos de laboratorio peso del recipiente p. del rect. + muestra p. de la muestra
p. del suelo seco
674
6896.85
7675 7001
Tabla 6 Calculo de granulometría DIAMETRO
Peso ret. (g)
% ret.
24
% ret. Acu.
% pasa
| 3"
76.2
0
0
0
100.000
2"
50.8
92.7
2.577
2.577
97.423
1 1/2"
38.1
137.3
3.816
6.393
93.607
1"
25.4
172.5
4.795
11.188
88.812
3/4"
19.05
252.6
7.021
18.209
81.791
3/8"
9.525
799.8
22.231
40.441
59.559
n° 4
4.75
729.7
20.283
60.724
39.276
n°16
1.19
897.3
24.942
85.665
14.335
n°40
0.425
374.1
10.399
96.064
3.936
n°100
0.149
125.8
3.497
99.561
0.439
n°200
0.075
13.1
0.364
99.925
0.075
2.7
0.075
100.000
0.000
3597.6
100.000
<200 ∑
CURVA GRANULOMETRICO 120 100 80
A S A P E 60 U Q %
40 20 0 100
10
1
0.1
DIAMETRO DE LA PARTICULA (mm)
Figura 8.Curva granulométrico para hallar diámetro medio (ELABORACION PROPIA)
DETERMINACION DEL DIAMETRO MEDIO
25
0.01
| Tabla 7 Calculo de diámetro medio Diámetro
% PASA
Di
∆Pi
Di*∆Pi
3"
76.2
100
2"
50.8
97.42
63.5
2.58
163.830
1 1/2"
38.1
93.61
44.467
3.81
169.419
1"
25.4
88.81
31.75
4.8
152.400
3/4"
19.05
81.79
22.225
7.02
156.020
3/8"
9.525
59.56
14.288
22.23
317.622
n° 4
4.75
39.28
7.138
20.28
144.759
n° 16
1.19
14.34
2.925
24.94
72.950
n° 40
0.425
3.94
0.808
10.4
8.403
n° 100
0.149
0.44
0.287
3.5
1.005
n° 200
0.075
0.075
0.112
0.365
0.041
0
0.075
0.075
0.006
100
1186.453
<200
∑
=
1186.453 100
= 11.86453
Tabla 8 Cálculos preliminares de granulometría CALCULOS OBTENIDOS CON GRANULOMETRIA COEFICIENTE
uniformidad curvatura
DIAMETRO
MATERIAL
11.153 15.030
CLASIFICACION :
GRAVA %
60.72
D60
9.714
AASHTO
A-a1
ARENA%
39.21
D30
11.277
SUCS
GW
FINOS%
0.08
D10
0.871
D75
16.14
D25
2.712
El suelo es bien graduado, según la clasificación es gravas y arenas, con amplia gama de tamaños y cantidades de todos los tamaños intermedio.
26
|
CALCULOS HIDRAULICOS
Tabla 9 Sección 1 TRAMO 01 N#
TIRANTE(m)
AREA(m2)
PERIMETRO(m)
VELOCIDAD(m/s)
CAUDAL (m3/s)
1
0.51
0.55
4.58
1.18
0.65
2
0.8
1.36
5.36
1.18
1.60
3
0.64
1.47
5.46
1.18
1.74
4
0.28
0.96
5.10
1.18
1.13
5
0
0.35
4.33
1.18
0.41
∑
4.70
∑
5.53
Tabla 10 Sección 2 TRAMO 02 N#
TIRANTE(m)
AREA(m2)
PERIMETRO(m)
VELOCIDAD(m/s)
CAUDAL (Q)
1
0.25
0.27
4.26
1.18
0.32
2
0.32
0.60
4.57
1.18
0.71
3
0.46
0.83
4.79
1.18
0.97
4
0.36
0.88
4.84
1.18
1.03
5
0.38
0.71
4.76
1.18
0.84
6
0.55
0.91
4.97
1.18
1.07
7
0.16
0.67
4.81
1.18
0.79
8
0.08
0.21
4.28
1.18
0.24
9
0.00
0.11
2.77
1.18
0.13
∑
5.18
∑
27
6.10
| Tabla 11 Sección 3 TRAMO 03 N#
TIRANTE(m)
AREA(m2/s)
1
0.13
0.155
4.2139
1.178
0.183
2
0.14
0.295
4.3921
1.178
0.348
3
0.39
0.584
4.6507
1.178
0.687
4
0.36
0.801
4.9931
1.178
0.944
5
0.34
0.680
4.7558
1.178
0.801
6
0.38
0.714
4.7308
1.178
0.841
7
0.26
0.632
4.9012
1.178
0.745
8
0.18
0.434
4.4517
1.178
0.511
9
0.05
0.227
4.2529
1.178
0.268
0
0.074
2.7612
1.178
0.087
10 ∑
PERIMETRO(m)
VELOCIDAD(m/s)
4.598
∑
CAUDAL (m3/s)
5.416
Tabla 12 Sección 4 TRAMO 04 N#
TIRANTE(m)
AREA(m2)
1
0.274
0.323
4.31
1.178
0.380
2
0.376
0.681
4.6758
1.178
0.803
3
0.297
0.779
4.7033
1.178
0.917
4
0.398
0.747
4.7015
1.178
0.880
5
0.406
0.879
5.0724
1.178
1.035
6
0.413
1.000
4.8515
1.178
1.178
7
0.398
0.931
4.8472
1.178
1.096
8
0.512
1.006
5.3772
1.178
1.185
9
0.134
0.738
4.8125
1.178
0.869
0
0.035
1.0418
1.178
0.041
10 ∑
PERIMETRO(m)
VELOCIDAD(m/s)
7.118
∑
28
CAUDAL (m3/s)
8.385
| Tabla 13 Datos para cálculo de caudales AFORADO CORRENTOMETRO "AEM213-D"
FLOTADOR
N# V (cm/s)
V(m/s)
tiempo (s)
distancia(m)
1
118.3
1.183
45.68
50
2
119.9
1.199
45.43
50
3
118.7
1.187
44.48
50
4
117.9
1.179
43.52
50
5
119.3
1.193
43.14
50
6
117.8
1.178
42.78
50
7
117.3
1.173
46.78
50
8
117.4
1.174
44.87
50
9
115.6
1.156
45.66
50
10
115.8
1.158
50.26
50
1.178
49.30
50
45.627
50
Vm
PROMEDIO
Tabla 14 Comparación de caudales COMPARACION DE CAUDALES FLOTADOR
CORRENTOMETRO " AEM213- D"
Vel. Superficial(m/s)
1.096
ANCHO PROMEDIO(m)
vel. Media(m/s)
0.931
VELOCIDAD MEDIA(m/s)
1.178
Area de la Sección(m2)
5.399
PERIM. PROM.(m)
38.348
CAUDAL(m2/s)
5.03
CAUDAL PROM.(m3/s)
6.359
29
16.273
|
Cálculos previos:
COEFIENTE DE COERIOLIS (α) α =1.26 COEFIENTE DE BOUSSINESQ (β) β =1.11
RADIO HIDRAULICO R = 0.141 CALCULO DE NUMERO DE REYNOLDS T ( C)=20 ̊ V =0.000001 # Re =525084 Flujo turbulento (# Re ˃ 1000) PENDIENTE DEL CAUCE PRINCIPAL Hack (1957) S (m/m) =1.85 FLUJO TURBULENTO (# Re ˃ 1000) SINUOSIDAD Long. Rio(m)
124
Long. Recto(m)
120
P
1.03
CALCULO DEL NUMERO DE FROUDE
= F=
∗ ∗ ∗ 0.58
El flujo es subcritico presencia de dunas
30
|
Tabla 15 Pendiente del tramo PENDIENTE DEL TRAMO (s) COTAS A(msnm) COTAS B(msnm) LONG. CAUCE(m)
3306 3304 120 S(m/m)
0.017
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Los resultados de los cálculos son diferentes para cada autor, ya que estas son ecuaciones empíricas y modeladas en diferentes países, ríos.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIOES
El tramo en estudio tiene una pendiente de 1.7%
El caudal de aforo es 5.03m3/s.
El ancho promedio del espejo del agua es 16.273 m.
El flujo es subcritico, F =0.58
El número de Reynolds mayor que, 525084>1000, flujo turbulento.
El diámetro medio de las partículas es 11.86 mm.
Según la clasificación SUCS, la muestra es un GW.
La muestra es bien graduada.
Según la clasificación es un rio maduro.
31
|
RECOMENDACIÓN Para el cálculo académico se tomó el caudal directo del aforo, para fines de estudios para el diseño de alguna estructura hidráulica se debe tener en cuenta el caudal formativo, que está en función del caudal máximo histórico.
BIBLIOGRAFIA
Einstein, A. (1964). Sedimentation. U.S.A: VENTE TE CHOW. Frulink, H. (1964). Introduction to river engineering international course. Holanda: Delft. Mackin, H. (1948). transport the imposed sediment. Madrid: Geological Society of America. Ricardo, A. (2014). MORFOLOGIA DE UN RIO. LIMA: UNALM. Rocha, A. (1972). Trasporte de sedimentos. Lima: Uni.
32
|
ANEXO
Cuarteo de la muestra
Pesando la muestra
Lavado de la muestra
Secado al estufa a 110 °C
Muestra seca para tamizar
Orden de los tamices
33
