Trabajo de fluvial
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1 CONTENIDO 1. RESUMEN ................................................................................................................. 4 2. INTRODUCCION ..................................................................................................... 5 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 6 4. ANTECEDENTES .................................................................................................... 6 5. JUSTIFICACION...................................................................................................... 7 6. OBJETIVOS DEL ESTUDIO .................................................................................. 7 6.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 7 6.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................... 8 7. REVISION DE LITERATURA ............................................................................... 8 7.1. ASPECTOS BASICOS ........................................................................................ 8 7.1.1. CUENCA .......................................................................................................... 8 7.1.2. MORFOLGIA DE RIOS .................................................................................. 9 7.2. EROSION........................................................................................................... 11 7.2.1. CONCEPTO ................................................................................................... 11 7.2.2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE EROSION ......................................... 12 7.2.3. TIPOS DE EROSION .................................................................................... 12 7.2.4. FACTORES QUE INTERVIENE EN LA EROSION ................................... 16 7.2.5. METODOS DE MEDICION DE EROSION ................................................. 16 7.3. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ................................................................. 23 7.3.1. ASPECTOS BASICOS EN EL ESTUDIO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.............................................................................................................. 23 7.3.2. EL FONDO MOVIL ...................................................................................... 36 7.3.3. TRANSPORTE EN FONDO ......................................................................... 43 7.3.4. TRANSPORTE EN SUSPENSION ............................................................... 66 7.3.5. TRANSPORTE TOTAL ................................................................................ 72
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1
CONTENIDO
1. RESUMEN ................................................................................................................. 4
2. INTRODUCCION ..................................................................................................... 5
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 6
4. ANTECEDENTES .................................................................................................... 6
5. JUSTIFICACION ...................................................................................................... 7
6. OBJETIVOS DEL ESTUDIO .................................................................................. 7
6.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 7
6.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................... 8
7. REVISION DE LITERATURA ............................................................................... 8
7.1. ASPECTOS BASICOS ........................................................................................ 8
7.1.1. CUENCA .......................................................................................................... 8
7.1.2. MORFOLGIA DE RIOS .................................................................................. 9
7.2. EROSION........................................................................................................... 11
7.2.1. CONCEPTO ................................................................................................... 11
7.2.2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE EROSION ......................................... 12
7.2.3. TIPOS DE EROSION .................................................................................... 12
7.2.4. FACTORES QUE INTERVIENE EN LA EROSION ................................... 16
7.2.5. METODOS DE MEDICION DE EROSION ................................................. 16
7.3. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ................................................................. 23
7.3.1. ASPECTOS BASICOS EN EL ESTUDIO DE TRANSPORTE DE
SEDIMENTOS.............................................................................................................. 23
7.3.2. EL FONDO MOVIL ...................................................................................... 36
7.3.3. TRANSPORTE EN FONDO ......................................................................... 43
7.3.4. TRANSPORTE EN SUSPENSION ............................................................... 66
7.3.5. TRANSPORTE TOTAL ................................................................................ 72
2
8. METODOS Y MATERIALES ............................................................................... 77
8.1. DEL AMBITO DE ESTUDIO ........................................................................... 77
8.1.1. CARACTERISTICAS GENERALES ........................................................... 78
8.1.2. ASPECTO SOCIO ECONOMICO ................................................................ 80
8.1.3. ACCESIBILIDAD – VIAS DE COMUNICACIÓN ..................................... 80
8.1.4. ASPECTOS FISIOGRAFICOS DEL AREA DEL PROYECTO .................. 80
8.1.5. CLIMATOLOGIA ......................................................................................... 81
8.1.6. GEOMORFOLOGIA ..................................................................................... 82
8.1.7. MAXIMAS AVENIDAS ............................................................................... 84
8.2. MATERIALES................................................................................................... 86
8.3. METODOLOGIA .............................................................................................. 87
8.3.1. BUSQUEDA DE INFORMACION .............................................................. 87
8.3.2. TRABAJO DE CAMPO ................................................................................. 87
8.3.3. TRABAJO DE LABORATORIO .................................................................. 88
8.3.4. TRABAJO DE GABINETE ........................................................................... 89
9. RESULTADOS Y DISCUSION ............................................................................. 89
9.1. EROSION........................................................................................................... 89
9.2. DATOS HIDRAULICOS Y GEOMETRICOS ................................................. 93
9.2.1. PENDIENTE LONGITUDINAL DEL TRAMO DEL RIO .......................... 93
9.2.2. REPRESENTACION DE LA SECCION TRANSVERSALES DEL RIO
COTA: 94
9.2.3. VELODIDAD DEL FLUJO ........................................................................... 94
9.2.4. CAUDAL ....................................................................................................... 95
9.3. PROPIEDADES DEL AGUA ........................................................................... 96
9.3.1. TEMPERATURA ........................................................................................... 96
3
9.3.2. PESO ESPECÍFICO y DENSIDAD .............................................................. 96
9.3.3. VISCOSIDAD DINAMICA .......................................................................... 96
9.3.4. VISCOSIDAD CINEMATICA ...................................................................... 96
9.4. PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS ....................................................... 96
9.4.1. PESO ESPECÍFICO DE LAS PARTICULAS .............................................. 97
9.4.2. GRAVEDAD ESPECÍFICA .......................................................................... 97
9.4.3. DENSIDAD RELATIVA ............................................................................... 97
9.4.4. PESO ESPECÍFICO SUMERGIDO .............................................................. 98
9.4.5. DISTRIBUCIONES TEORICAS ................................................................... 98
9.4.6. PESO ESPECÍFICO DE LA MEZCLA AGUA-SEDIMENTO (ΓM) .......... 99
9.4.7. VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS .................................... 99
9.4.8. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LAS PARTICULAS ........... 100
9.4.9. CALCULOS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ............................... 100
10. CONCLUSIONES ................................................................................................. 119
11. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 120
ANEXOS ........................................................................................................................... 121
4
1. RESUMEN
Este resumen incluye información diversa que contribuye a interpretar el contenido de los
capítulos posteriores y a entender la estructura de este trabajo. Se aportan conceptos
básicos sobre los procesos de erosión y transporte de sedimento que van a tratarse en
algunos de los capítulos posteriores, se insiste en………….. Por último, se desarrolla
brevemente el contenido de cada uno de los capítulos.
5
El presente trabajo denominado Estudio Sedimentológico de la Cuenca del Rio Coata, uno
de los afluentes más importantes del Lago Titicaca la cual es de régimen permanente y sus
máximas descargas se presentan generalmente en los meses Enero febrero y marzo.
En el presente trabajo se estudiara los sedimentos en un tramo de un kilómetro, aguas
arriba de puente Maravillas, el cual corresponde a la provincia de San Roman del
departamento de Puno. El objetivo general de este trabajo es realizar el estudio erosivo y
sedimento lógico de un tramo crítico de la cuenca del rio Coata.
2. NTRODUCCION
Para poder aprovechar y conservar un recurso es necesario conocerlo en cuanto a ríos una
parte de esta tarea corresponde a la hidráulica fluvial.
Desde el punto de vista el estudio de la hidráulica fluvial, nos interesan mucho los
procesos de erosión de la corteza terrestre, pues los sedimentos fluviales se originan en la
erosión de la cuenca. La erosión es un proceso natural que se desarrolla continuamente
desde los tiempos geológicos y que determina y modela la forma de la corteza terrestre.
Para el estudio de la teoría del trasporte de sedimentos y para la solución de numerosos
problemas de la ingeniería fluvial es necesario conocer las condiciones de inicio del
movimiento de las partículas constituyentes del lecho.
El conocimiento de las condiciones de iniciación de movimiento permite calcular el gasto
solido de fondo (arrastre), así como dimensionar canales estables, diseñar sistemas de
protección contra la erosión y resolver numerosos problemas de hidráulica fluvial.
La determinación del gasto solido de un rio esta, en primer lugar, fuertemente relacionada
con las características de la cuenca. Especialmente con su erosionabilidad, y por lo tanto,
con la producción de sedimentos. Por ende la cuantificación del gasto solido debe empezar
por el conocimiento de la cuenca, evidentemente que si no existe erosión de la cuenca,
menos existiría transporte solido del rio; esto ocurre frecuentemente en los ríos en algunas
épocas del año. La determinación del gasto solido esta también relacionadas con las
características hidráulicas del rio (pendiente, velocidad, tirante, rugosidad, etc.), de la
6
granulometría, y de otras propiedades de materiales sólidos transportados en el fondo y en
suspensión.
El gasto solido que lleva un rio en un momento determinado puede ser menor que su
capacidad de transporte, así; un rio que discurre sobre un fondo constituido por piedras de
gran tamaño puede tener como consecuencia de su velocidad una gran capacidad de
transporte, pero en realidad pudiera no haber transporte solido debido al gran tamaño de las
piedras que constituyen el lecho. En un caso como este se dice que el rio se encuentra en
estado de erosión latente, esto es frecuente en ciertos torrentes, cuando un rio transporta su
máxima capacidad de solido se dice que se halla en estado aluvial o de saturación.
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La cuenca del rio Coata está en permanente evolución debido a procesos como la
erosión, sedimentación, etc. El relieve es resultado de la acción fuerzas de
diferente origen que actúan de forma conjunta y constante en un proceso y
destrucción de relieve. Estos agentes son las fuerzas internos y externos. Las
fuerzas externas que modifican la superficie provocan desgaste en algunas zonas y
acumulación en otras.
En la cuenca del rio Coata se genera erosión, transporte y sedimentación. Es en este
marco de la cuenca Coata le damos atención a la hidráulica fluvial que es la
interacción de los sedimentos en el fluido en movimiento.
A partir de este contexto las preguntas que no guiaron a este estudio son ¿COMO
ES ELCOMPORTAMIENTO DE TRASPORTE DE SEDIMENTOS EN EL RIO
COATA?
4. ANTECEDENTES
En el Departamento de Puno, el Ministerio de Agricultura hace estudios y ejecuta a
través de sus programas defensas ribereñas quienes se encarga de identificar las áreas
inundables y construir obras como defensas ribereñas, caso como PRONAMACHS se
encarga del manejo Integral de Cuencas hidrográficas y Conservación de Suelos, quien
7
es el ente encargado de conservar y disminuir la erosión a través de la construcción de
andenes que se produce en las partes altas de la cuenca a causa de altas precipitaciones y
la desforestación, mientras tanto la Administración Técnica de Distritos de Riego se
encarga de evaluar y ubicar zonas donde exista una gran cantidad y aprovechable del
material de acarreo en los cauces del río.
Los estudios efectuados por la Oficina Nacional de Recursos Naturales (ONER) hoy
Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA), han permitido identificar 1007 ríos
en el Perú, los que se desarrollan en vertientes; Pacífico con 381 ríos. Atlántico con 564
ríos y Titicaca con 62 ríos hasta de cuarto orden, y 12 ríos.
El proyecto especial del Lago Titicaca en convenio de la Universidad Nacional de
Ingeniería, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto Nacional de Desarrollo – PELT
realizaron los estudios complementarios de transporte de sedimentos en suspensión de
los ríos afluentes al Lago Titicaca como: Ramis, Ilave, Huancané, Coata.
5. JUSTIFICACION
Con presente trabajo se determinara el transporte de sedimento, en suspensión,
fondo y total, esto nos servirá para hacer diseños de estructura hidráulicas como:
Defensas ribereñas, captación, puentes, sistemas de riego, etc. Ya que para el
planeamiento y construcción de obras hidráulicas es necesario el estudio de
transporte de sedimentos.
6. OBJETIVOS DEL ESTUDIO
6.1. OBJETIVO GENERAL
El objetivo principal de este estudio es determinar y evaluar el
transporte de sedimentos en un tramo del rio Coata, para poner en
práctica los conceptos y formulas usados en el curso de hidráulica
fluvial.
Cuantificar la perdida de suelo en la cuenca del rio Coata.
8
6.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar las características de los sedimentos del río Coata.
Cuantificar el gasto sólido de fondo, gasto sólido en suspensión y
transporte total.
Determinar los cálculos y análisis correspondientes de Resistencia al
flujo, que el resultado servirá como referencia para el coeficiente de
rugosidad para el río en estudio.
Identificar las fórmulas que se adecuen a las características del tramo
de estudio del rio Coata, para aplicarlas en este estudio de transporte
de sedimentos.
Utilizar la ecuación universal de perdida de suelo, para cuantificar la
perdida de suelo en la cuenca del rio Coata.
7. REVISION DE LITERATURA
7.1. ASPECTOS BASICOS
7.1.1. CUENCA
Cuenca hidrográfica, es el área o ámbito de estudio geográfico, delimitado por el Divortium
Acuarium, donde ocurre el ciclo hidrológico e interactúan los factores naturales, sociales,
económicas, políticas e institucionales y que son variables en el tiempo. Los factores de la
cuenca que afectan el escurrimiento son: tamaño, forma, orientación, topografía, geología y
el tipo de cultivo que haya en la superficie. Tanto la razón como el volumen de
escurrimiento se incrementan a medida que aumenta el tamaño de la cuenca.
Las características de una hoya hidrográfica dependen de la morfología (forma, relieve, red
de drenaje, etc.), los tipos de suelos, la capa vegetal, la geología, las prácticas agrícolas, etc.
Estos elementos físicos proporcionan la más conveniente posibilidad de conocer la
variación en el espacio de los elementos del régimen hidrológico.
9
7.1.2. MORFOLGIA DE RIOS
Es la concentración de las aguas de escorrentía en un cauce definido y sobre el cual
discurren, a través de las secciones de su curso superior, medio e inferior. Las partes
de un río son: cauce, álveo y Lecho.
Clasificación de Ríos. Según su edad.
RIOS JOVENES RIOS MADUROS RIOS VIEJOS
Corresponde al estado
inicial de un río
El valle se ha anchado El valle se ancha mas y
adquiere menor pendiente
Generalmente tiene la
forma de V
Las pendientes son
menores
Los meandros cubren
menos que el área de todo
el valle
Son muy irregulares El río se encuentra en
estado de equilibrio
Se forman diques
naturales a lo largo del río
El ejemplo típico es un
torrente de montaña, de
gran poder erosivo, con
caídas y rápidas
El valle es lo suficiente
ancho como para que se
desarrollen actividades
agro económica
El río es mas regular,
desaparecen las caídas y
rápidas
El delta no está bien
formado
Se forman meandros y
pequeñas áreas de
inundación
Se forman las deltas en la
desembocadura
Se ha hecho obras de
encauzamiento para evitar
el desplazamiento lateral
del río
El río puede formar
meandros, con islas o
divagar con muy baja
pendiente y gran cantidad
10
Clasificación Morfológica de los Ríos.
Desde el punto de vista morfológico hay tres grandes grupos de ríos, estos son:
rectos, entrelazados o tipo braided y meándricos como se detalla a continuación:
Ríos Entrelazados o de Tipo Braided. Corresponde generalmente a ríos anchos,
endiente es fuerte, lo que da lugar a pequeños tirantes (calados) y el río corre en forma de
varios canales o brazos alredor de pequeñas islas. LANE planteó que las dos causas que
explican la existencia de un río entrelazado son:
Exceso de sedimentos que el río no puede transportar en su
totalidad, una de las cuales deposita y da lugar ala
formación de islas.
Pendiente fuerte, lo que origina pequeños tirantes.
Uno de estos factores o los dos juntos, son causa de la
aparición de ríos entrelazados.
Ríos Meandricos. Están formados por una sucesión de curvas. Las características de estas
curvas, que son muy dinámicas, es que no se deben esencialmente alas propiedades del
terreno, sino a la naturaleza del comportamiento fluvial. La palabra meandro proviene del
griego, a través del latín, “meandros”. En griego “maiandros” era el nombre de un río de
Asia Menor, célebre por lo tortuoso de su curso.
Ríos rectos. Como hemos visto, Prácticamente no existen ríos rectos en la naturaleza veces
sucede que existe un sistema de encauzamiento recto, constituidos por diques paralelos,
pero dentro de él, para caudales menores que el de diseño, el río desarrolla su propia
sinuosidad. Para el caudal de diseño, el río ocupa toda la sección transversal y se comporta
como si fuese recto. En determinados encauzamientos ocurre que lo más peligroso para el
de isla
11
sistema de defensas no es el caudal máximo, sino uno menor, para lo cual el río desarrolla
curvas, una de las cuales puede atacar casi frontalmente los diques de encauzamiento.
7.2. EROSION
Los agentes de erosión son los medios a través de los cuales actúan las fuerzas externa s
para configurar los relieves terrestres aquí los situaremos de forma individualizada para
su mejor comprensión. Estos agentes erosivos actúan en relación con el clima , la
litología, la vegetación, etc.
7.2.1. CONCEPTO
Del latín erosĭo, la erosión es el desgaste que se produce en la superficie de
un cuerpo por la acción de agentes externos (como el viento o el agua) o
por la fricción continua de otros cuerpos.
Rocha (1990) dice que la erosión es “un proceso natural que se desarrolla
continuamente desde los tiempos geológicos y que determina y modela la
forma de la corteza terrestre. La erosión se debe a la actuación de agentes
externos como el agua, viento y heladas”.
La erosión del suelo es la remoción del material superficial por acción del
viento o del agua. El proceso se presenta gracias a la presencia del agua en
las formas: pluvial (lluvias) o de escorrentía (escurrimiento), que en
contacto con el suelo (las primeras con impacto y las segundas con fuerzas
tractivas), vencen la resistencia de las partículas (Fricción o cohesión) del
suelo generándose el proceso de erosión.
12
7.2.2. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE EROSION
El estudio de la erosión del suelo es importante desde el punto de vista de la conservación
de suelos. Puesto que la erosión modifica permanentemente la apariencia del paisaje
terrestre. Estos cambios pueden ser lentos o rápidos, bruscos o paulatinos.
Entonces, la erosión tiene un efecto de desgaste continuo del suelo en las cuencas altas y
genera la variación de las cotas del terreno, causando además la elevación del fondo de los
lagos, lagunas y mares. Las partículas sólidas producto de la erosión llegan a los ríos en
diferentes formas y finuras.
Según los estudios e información recaudada de los trabajos realizadas hasta la fecha,
indican que las tierras de pastoreos que han sido convertidas en tierras de cultivo esto
aumentan su erosión aproximadamente en 5 veces, los bosques convertidos en tierras de
cultivo aumentan su capacidad erosiva entre 100 a 1000 veces (Aguirre, 1987).
7.2.3. TIPOS DE EROSION
7.2.3.1. EN FUNCION DE LOS AGENTES CAUSANTES
A. Erosión eólica:
La erosión eólica es el desgaste de las rocas o la remoción del suelo
debido a la acción del viento. El viento es un agente de modelado del
relieve que puede acarrear grandes cantidades de polvo a través del
mundo, pero los granos de arena solo pueden ser transportados a
distancias relativamente cortas.
B. Erosión marina:
La erosión marina es aquella en la que el mar lleva a cabo su trabajo de
destrucción del litoral principalmente por la acción de las olas y las
corrientes producidas por ellas y en menor medida por las mareas. En la
erosión intervienen varios factores relacionados con las olas, las mareas y
las corrientes, la presión ejercida por el agua y el aire situado en las
grietas de las rocas.
13
C. Erosión glaciar:
La erosión glaciar es la erosión causada por el movimiento del hielo. La
fuerza de la gravedad atrae el hielo hacia el valle, como a un río.
Es un proceso de abrasión, que se da por efecto del hielo que pule y ralla
con presión el fondo del valle. A su paso, el hielo de la lengua del glaciar
arrastra sedimentos arrancados del fondo, que transporta a lo largo de su
recorrido hasta ser depositado formando morrenas.
D. Erosión hídrica:
Erosión laminar: Es una erosión superficial. Después de una lluvia
es posible que se pierda una capa fina y uniforme de toda la superficie
del suelo como si fuera una lámina.
14
Erosión en surcos: Es fácilmente perceptible debido a formación de
surcos irregulares favoreciendo remoción de parte superficial del suelo.
Este tipo de erosión puede ser controlada. Caso contrario proceso
avanza y llega a etapa de cárcava
Erosión por cárcavas: Consiste en pérdidas de grandes masas de
suelo formando surcos de gran profundidad y largo.
15
Erosión fluvial: Acción erosiva de un río se debe a energía del agua.
7.2.3.2. EN FUNCION DEL TIEMPO EN QUE SUS AGENTES
TARDEN EN MANIFESTARSE
A. Erosión natural o geológica
Es el desgaste natural de la superficie de la tierra sin intervención del
hombre. Los factores que actúan son: El agua de las lluvias, las
corrientes fluviales, el mar, el viento, la temperatura y la gravedad.
Es un proceso lento que busca una estabilidad de la superficie y un
equilibrio entre el suelo, la vegetación, los animales y el agua. La
erosión geológica contribuye a La formación del relieve, la
meteorización de las rocas y la formación de los suelos.
B. Erosión acelerada o antrópica
Erosión causada de forma directa o indirecta por los hombres. Las
acciones humanas, a menudo desencadenan o potencian procesos que
son llevados a cabo por los agentes naturales. El papel del hombre
como agente de erosión no consiste solamente en su capacidad de
intensificar los procesos naturales, sino que también es capaz de
introducir modificaciones en las combinaciones de procesos que
16
tienen lugar en la Naturaleza, favoreciendo precisamente a los más
agresivos, con lo que se convierte en motor de aceleración de la
erosión.
7.2.4. FACTORES QUE INTERVIENE EN LA EROSION
Morgan, (2005) señala que los factores que afectan la erosión y la sedimentación
están en función del tipo de erosión en cuestión. Sin embargo, como regla general,
se puede decir que la erosión que ocurrirá en un suelo específico va a depender
directamente de ciertas variables, las cuales se mencionan a continuación:
Clima
Vegetación
Hojarasca
Tipo de suelo
Topografía
Velocidad del flujo
Uso de la tierra
7.2.5. METODOS DE MEDICION DE EROSION
7.2.5.1. METODOS EMPIRICOS: ECUACION UNIVERSAL DE LA
PERDIDA DE SUELO (USLE)
17
La Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (USLE), fué desarrollada por
Wischmeier y Smith (1978), como una metodología para la estimación de la erosión
laminar en parcelas pequeñas. Luego de varias modificaciones la ecuación se
presenta como una metodología de gran utilidad en la planificación de obras de
conservación de suelos.
Se ha considerado que la USLE (Wischmeier, 1978), hasta el momento, representa
la metodología más idónea para el cálculo de las pérdidas de suelo en tierras
agrícolas; por ello, se ha utilizado esta metodología como una guía para la
evaluación de acciones en manejo de cuencas, en especial aquellas que conllevan a
un cambio del uso de la tierra y manejo de suelos. De acuerdo a la USLE, la tasa de
pérdidas de suelo por erosión hídrica (A), es una función de: el poder erosivo de la
lluvia (R), la erodabilidad de los suelos (K), la cobertura vegetal (C), la práctica
conservacionista (P), el factor de longitud de la pendiente (L) y el factor de
inclinación de la pendiente (S); todos estos factores conforman la Ecuación
Universal de Pérdida de Suelo (USLE), la cual se expresa como:
PR.K.L.S.C.A
Donde:
A = Media anual de la pérdida de suelo por unidad de superficie (Tn/ha.año).
R = Factor de erosión de la lluvia (J.cm/m2.hr).
K = Factor de erosionabilidad del suelo (Tn.m2.hr/ha.J.cm).
L = Factor de la longitud de la pendiente (adimensional).
S = Factor del gradiente de la pendiente (adimensional).
C = Factor de cultivo y/o vegetación (adimensional).
P = Factor de prácticas de conservación de suelos (adimensional).
A. Factor de erosión de la lluvia (R)
18
Un factor que determina la erosión del suelo por el agua es la Erosividad de la lluvia, o
índice de erosión de la precipitación pluvial. Según Wischmeier (1978), define como el
producto de la energía cinética de un aguacero por su máxima intensidad en 30 minutos
dividido por cien.
La energía del aguacero, en J/m2, viene dada por la siguiente expresión:
TILogI89210.2E
Donde:
LogI89210.2 = Representa la energía cinética del aguacero de intensidad I,
por cm de lluvia y m2 de superficie (J/cm.m2).
I = Intensidad del aguacero (cm/hr).
T = Duración del aguacero (hr).
En consecuencia, el valor del factor de erosión de la lluvia (R), se define por la siguiente
ecuación:
30
n
1j
jjj
I100
TILogI89210.2
R
Donde:
R = Factor de erosión de la lluvia (J.cm/m2.hr).
Tj = Período de tiempo en horas, para intervalos homogéneos de lluvia durante
el aguacero (duración del aguacero).
Ij = Intensidad del aguacero en los intervalos citados (cm/hr).
I30 = Máxima intensidad de la lluvia en 30 minutos, durante el aguacero
(cm/hr).
j = Los intervalos homogéneos del aguacero.
19
n = Número de intervalos.
B. Factor de erosionabilidad del suelo (K)
El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del
perfil del suelo en la pérdida de suelo. El factor K se calcula en función del porcentaje de
limo arena muy fina (0.1 – 0.002 mm), porcentaje de partículas de suelo comprendidas
entre 0.002 – 0.2 mm de diámetro, o lo que es igual a 100 menos el % de arcilla de la
muestra, porcentaje de materia orgánica (MO), código de la estructura del suelo y la clase
de permeabilidad del perfil.
El factor K se puede estimar mediante el nomograma de erodabilidad de los suelos o puede
ser calculado analíticamente mediante la siguiente ecuación (en unidades del sistema
métrico, en cm):
100
3P3.232S4.2MO120.000271MK
1.14
Donde:
M = (% limo + % arena muy fina)*(100 - % arcilla).
MO = % de materia orgánica.
S = Número correspondiente a la estructura del suelo (código de estructura
del suelo) codificada de la siguiente forma:
1.- Gránulo muy fino y grumo muy fino ( 1 mm).
2.- Gránulo fino y grumo fino (1-2 mm).
3.- Gránulo medio, grumo medio (2-5 mm) y gránulo grueso (5-10 mm).
4.- Gránulo liso, prismático, columnar y muy grueso.
20
Los valores correspondientes a la obtención del parámetro M, % de materia
orgánica y estructura, se toman de los 15 a 20 cm superiores del perfil edáfico.
P = Clase de permeabilidad del perfil del suelo, según la codificación de la
U.S.D.A. – Soil Survey Manual, que diferencia los siguientes grados:
1.- Rápida p muy rápida.
2.- Moderadamente rápida.
3.- Moderada.
4.- Moderadamente lenta.
5.- Lenta.
6.- Muy lenta.
C. Factor de la longitud de la pendiente (L)
La longitud de la pendiente se define como la distancia desde el punto de origen del flujo
sobre la superficie hasta el punto donde la pendiente disminuye lo suficiente para que
ocurra el depósito o hasta el punto en que la escorrentía llega a ser concentrado en un canal
definido (Kirby y Morgan, 1984).
Para su cálculo se utiliza la fórmula propuesta por Wischmeier y Smith (1978):
m
22.1
λL
Donde:
L = Factor de la longitud de la pendiente.
= Longitud de la pendiente en metros.
m = Exponente de la longitud de la pendiente.
22.1 = Longitud de la parcela unitaria.
21
m es un exponente que depende del grado de pendiente.
m = 0.5 para pendientes ≥ 5%.
m = 0.4 para pendientes entre 3 y 5%.
m = 0.3 para pendientes entre 1 y 3%.
m = 0.2 para pendientes ≤ 1%.
D. Factor del gradiente de la pendiente (S)
El factor de inclinación de la pendiente refleja la influencia de la gradiente de la pendiente
en la erosión. El potencial de erosión se incrementa con la inclinación de la pendiente.
Según Smith y Wischmeier (1978) la ecuación normalizada en una parcela experimental
con 9% de pendiente, propuso la siguiente ecuación:
m2
6.613
s0.043s0.300.43S
Donde:
S = Factor del gradiente de la pendiente.
s = Pendiente media de la ladera de la cuenca (%).
E. Factor de cultivo y/o vegetación (C)
Se define como la relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo, en un campo
cultivado o con vegetación y las que se pierden en una parcela sometida a labranza y
barbecho continuo para el mismo suelo, pendiente y precipitación pluvial (Wischmeier y
Smith, 1978).
22
El valor de C se determina experimentalmente para cada clase de cubiertas, y en el caso de
cultivos agrícolas no es constante a lo largo del año, estableciéndose para su cálculo una
serie de períodos, según las características propias del tipo de cultivo.
Los valores aproximados de C asociados con cubierta vegetal se muestran en la siguiente
tabla.
F. Factor de prácticas de conservación de suelos (P)
El factor P, representa la relación entre la erosión producida sin ninguna práctica
conservacionista, P=1, y la erosión producida con prácticas conservacionistas. El valor de
P, depende del tipo de práctica y de la pendiente del terreno. Las medidas agronómicas de
manejo de cultivo, tales como manejo de desechos, labranza en contorno, etc, no se
incluyen en P. El valor de P para suelos con prácticas de conservación se puede obtener de
las tablas existentes.
23
El factor de práctica conservacionista (P), refleja el efecto de las prácticas de conservación
de suelos que tienden a modificar la topografía, tales como: terrazas, cultivos en franjas y
curvas de nivel.
7.3. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
7.3.1. ASPECTOS BASICOS EN EL ESTUDIO DE TRANSPORTE DE
SEDIMENTOS.
7.3.1.1. DEFINICION DE SEDIMENTO
MAZA A. J. (16), Se entiende por sedimento a todas las partículas de suelo y roca
de la cuenca que son arrastrados por una corriente.
Por su comportamiento al ser transportado por una corriente, el sedimento se puede
diferenciar en dos grandes grupos; el que se encuentra en el fondo del cauce y el
material de lavado.
ROCHA F. A. (23), 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 transportada 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.
En general los sedimentos están constituidos por materiales no cohesivos, como
limos, arenas, gravas y eventualmente piedras.
7.3.1.2. ORIGEN DE SEDIMENTOS
24
La fuente principal la constituyen los suelos y rocas que se encuentran en la
cuenca, y el agua y el viento son, en nuestro medio, los principales agentes de
erosión y de transporte. Por otro lado, dada la actividad del hombre en el medio
que lo rodea, las fuentes del sedimento pueden clasificarse en naturales y
artificiales.
7.3.1.3. PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS
Las características que definen los procesos de suspensión, transporte y
posterior deposición del sedimento dependen no sólo de las condiciones de flujo
sino también de las propiedades del sedimento. Estas propiedades pueden
caracterizar al sedimento como un conjunto o a las partículas que lo forman,
individualmente.
Propiedades individuales de las partículas que constituyen el suelo granular y
que deben conocerse para resolver problemas de hidráulica fluvial:
Peso especifica o masa especifica.
Forma
Tamaño
Velocidad de caída
Se debe conocer también las propiedades referentes a un conjunto grande de
partículas de las cuales las más importantes son:
Distribución granulométrica
Peso volumétrico
A. Peso específico de las partículas
Es la relación entre el peso de la partícula y su volumen, o lo que es igual, el
producto de la densidad y la aceleración de la gravedad.
25
𝜸𝑺 =𝑷
𝑽
𝜸𝑺 = 𝒈𝝆𝒔
Dónde:
𝜸𝑺 =Peso específico de la partícula
𝑷 =Peso de la partícula (N).
𝒈 =Aceleracion de la gravedad (𝒎𝒔𝟐⁄ ).
TABLA…..2.1. Rango de valores del peso específico
De partículas sólidas. Maza. J.A. 1987.
Material γs [N/m3] SI γs [Kgv/m3] ST
Piedras y
guijarros
18,000 a 28,000 1,800 a 2,800
Gravas 21,000 a 24,000 2,100 a 2,400
Arenas 26,000 a 27,000 2,600 a 2,700
B. Gravedad especifica
26
La gravedad específica, G, se define como la relación entre la densidad de la
partícula sólida y la densidad del agua a 4°C.
𝑮 =𝝆𝑺
𝝆=
𝜸𝑺
𝜸
C. Densidad relativa
𝛁 =𝝆𝒔 − 𝝆
𝝆=
𝜸𝒔 − 𝜸
𝜸
Δ = Densidad relativa cuyo valor común para cuarzos es de 1.65.
D. Peso específico sumergido
Se define por la diferencia entre el peso específico del sedimento y el peso
específico del agua.
𝜸𝑺 = 𝜸𝒔 − 𝜸
E. Peso específico de la mezcla agua-sedimento (γm)
Cuando el agua lleva material sólido en suspensión, tal como limo, arcilla, etc.,
su peso específico difiere del peso específico del agua clara y se puede calcular
con la siguiente expresión:
𝜸𝒎 = 𝜸 +∀𝒔
∀𝒎
(𝜸𝒔 − 𝜸)
Dónde:
27
∀𝒔= Volumen de sedimento del peso especifico 𝜸𝒔.
∀𝒎=Volumen de la mezcla.
𝑪𝑺= Concentración de sedimentos en suspensión (en peso).
𝑪𝑺 =𝑾𝑺
∀𝒎=
𝜸𝒔∀𝒔
∀𝒎
F. Concentración
Es la cantidad de partículas contenidas en el seno de un líquido, la cual se puede
calcular comparando pesos (concentración en peso) o volúmenes (concentración en
volumen). En hidráulica fluvial se considera que la concentración de partículas en
suspensión no incluye materia vegetal ni sólidos disueltos. Por ello, para separar las
partículas de sedimentos, la muestra debe decantarse o filtrarse y no evaporarse.
Concentración en peso
Existen varias formas de expresar la concentración en peso, siendo una de
ellas la que relaciona el peso seco de los sedimentos con el volumen total de
la muestra
𝑪𝑺 =𝑾𝑺
∀𝒎=
𝜸𝑺∀𝑺
∀𝒎
Dónde:
∀𝑺=Volumen de sedimento de peso específico.
∀𝒎=Vvolumen de la mezcla
𝑪𝑺 =Concentración de sedimentos en suspensión (en peso).
28
La concentración en peso se expresa en partes por millón, teniendo para el agua la
siguiente equivalencia:
1𝑃𝑃𝑚 =10−6
𝑚3𝑡
Concentración en volumen
Se define como la relación entre el volumen de los sólidos que hay en la muestra y
el volumen total de la misma.
𝑪𝑺 =∀𝑺
∀𝒎=
𝜸𝒎𝒘𝑺
𝜸𝒔𝒘𝒎
Dónde:
∀𝑺=Volumen de sedimento de peso específico (ppm)
∀𝒎=Vvolumen de la mezcla
𝑪𝑺 =Concentración de sedimentos en suspensión (en peso).
𝒘𝑺= peso de solidos
𝒘𝒎= peso de la muestra
𝜸𝒎 =Peso específico de la muestra.
𝜸𝒔= peso específico de los sólidos.
𝟏𝑷𝑷𝒎 = 𝟏𝟎−𝟔𝒎𝟑
𝒎𝟑=
𝒎𝒍
𝒎𝟑
29
G. Forma de las partículas.
Es una característica que determina el modo del movimiento de la partícula
(granos de forma aplanada, en el lecho, difícilmente se mueven por rotación,
pero sí se desplazan fácilmente o, eventualmente pueden saltar). Normalmente
se define a través de la redondez, esfericidad y el factor de forma.
Redondez
Se define por la relación entre el radio medio de las aristas y esquinas de la
partícula y el radio de la circunferencia inscrita en la máxima área
proyectada de la partícula.
Esfericidad
Es la relación entre el área superficial de una esfera de volumen equivalente
a la de la partícula y el área superficial de la partícula.
La esfericidad juega un papel importante en la determinación de la velocidad
de caída. La esfericidad depende de la composición mineral de la partícula.
𝝑 = √𝒄
𝒃(
𝒃
𝒂)
𝟐𝟑
= √𝒃 ∗ 𝒄
𝒂𝟐
𝟑
Dónde:
𝝑= Esfericidad
𝒂 =Arista más larga
𝒃 =Arista de longitud intermedia.
30
𝒄 =Arista más corta.
Factor forma
Se define por la siguiente ecuación.
𝑺. 𝑭 =𝑪
√𝑨𝑩
H. Tamaño de las partículas
El tamaño de una partícula de sedimentos es su característica más importante y de
allí que fue la única propiedad que se utilizó en el pasado para caracterizar el grano
de sedimento. Sin embargo, cuando la forma, la densidad y la distribución
granulométrica son semejantes, se podría considerar que la variación del tamaño
define la variación del comportamiento del sedimento. A continuación se citan los
diámetros característicos.
I. Velocidad de caída de una partícula
La velocidad de caída es la máxima velocidad que la partícula alcanza cuando
cae libremente en agua. La velocidad de caída tiene en cuenta el peso, la forma,
el tamaño de la partícula, la temperatura y la densidad del agua.
31
Velocidad de caída de una esfera.- La expresión general para obtener la
velocidad de caída de una esfera es:
𝝎 = [𝟒𝒈 ∗ ∆𝑫
𝟑𝑪𝑫]
𝟏𝟐⁄
Dónde:
= Velocidad de caída, en (m/s).
g = Gravedad en (m/s2)
D = Diámetro de la partícula en (m)
CD = Coeficiente de arrastre que depende del número de Reynols,
= Peso específico de la partícula sumergida
= ( S - ) /
Dónde:
= Peso específico del agua, en (Kgf/m3).
S = Peso específico de los sólidos, en (Kgf/m3).
𝑪𝑫 =𝟐𝟒
𝑹𝒆
Dónde:
CD = Coeficiente de arrastre que depende del número de Reynols,
𝑅𝑒 = Numero de Reynols.
𝑹𝒆 =𝝎 ∗ 𝒅
𝒗
Dónde:
32
Re = Número de Reynolds.
= Velocidad de caída, en (m/s).
D = Diámetro de la partícula.
v = viscosidad dinámica del agua en (𝑚3
𝑠), varia con la
temperatura.
Velocidad de caída de una partícula natural.- Para obtener la velocidad de
caída de partículas naturales con tamaño entre limos y gravas, Rubey
propuso en 1933 la expresión:
𝝎 = 𝑭𝟏[𝒈 ∗ ∆𝑫]𝟏
𝟐⁄
Dónde:
3
2
3
2
1
3636
3
2
DgDgF
33
J. Distribución granulométrica de sedimentos
Para la determinación de la curva
de distribución granulométrica de
muestras de arena, la equivalencia de
mallas y aberturas es la siguiente
Equivalencia de mallas y aberturas.
TAMICES ABERTURA
ASTM mm
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
1/2" 12.700
3/8" 9.525
1/4" 6.350
No4 4.760
34
En el estudio de transporte de sólidos
existen diferentes criterios para tomar o elegir un diámetro representativo de la
muestra.
Diámetro característico
Se puede definir el diámetro característico, de la graduación granulométrica de una
muestra de sedimentos de lecho, como el diámetro de una malla por donde pasa un
porcentaje determinado de la muestra.
Para realizar estudios del transporte de sedimento, comúnmente se menciona el uso
de los diámetros característicos o representativos. No existen criterios definidos para
tomar o elegir un diámetro representativo de una muestra, entre los más usados
podemos mencionar:
D35 : Propuesto por Einstein para representar el diámetro de una muestra.
D40 : Usado por Scoklitsch, para representar e diámetro la muestra.
No8 2.380
No10 2.000
No16 1.190
No20 0.840
No30 0.590
No40 0.420
No 50 0.300
No60 0.250
No80 0.180
No100 0.149
No200 0.074
35
D50 : Es el que en muchos casos representa el diámetro medio.
D65 : Usado por Einstein para representar la rugosidad de los granos.
D84 y D16: Diámetros derivados de un análisis probabilístico.
Dm : Diámetro medio aritmético
Dg : Diámetro medio geométrico.
Distribuciones teóricas:
𝑫𝒏 = 𝑫𝒎𝒂𝒙 {𝟏 − [𝟏 − (𝒏
𝟏𝟎𝟎)
𝟐
]
𝟏𝟐⁄
}
Donde:
𝑫𝒎𝒂𝒙= diametro maximo
𝒏= porcentaje que pasa.
Desviación estándar
Otro parámetro importante en la especificación de una distribución
granulométrica es la desviación estándar de la muestra, σ. Un valor de
σ grande indica que existe una variación de diámetros muy amplia,
mientras que un valor pequeño indica mayor uniformidad en la
distribución
Partículas de sedimento con distribución log-normal
𝝈𝒈 =𝑫𝟖𝟒
𝑫𝟓𝟎=
𝑫𝟓𝟎
𝑫𝟏𝟔= (
𝑫𝟖𝟒
𝑫𝟏𝟔)
𝟏𝟐⁄
𝝈𝒈 = Desviación estándar geométrica. Si σg > 3.0, la
distribución es extendida.
36
Partículas de sedimento con distribución normal
𝝈𝒈 = 𝑫𝟖𝟒 − 𝑫𝟓𝟎 = 𝑫𝟓𝟎 − 𝑫𝟏𝟔 =𝑫𝟖𝟒 − 𝑫𝟏𝟔
𝟐
7.3.2. EL FONDO MOVIL
7.3.2.1. CONCEPTO DE INICIACIÓN DE MOVIMIENTO
El conocimiento de las condiciones de iniciación del movimiento permite calcular el
gasto sólido de fondo, así como dimensionar canales estables, diseñar sistemas de
protección contra la erosión, y resolver numerosos problemas de hidráulica fluvial.
Hay dos formas de aproximarse al estudio de la iniciación del movimiento. Una de
ellas se refiere a la acción del esfuerzo de corte o fuerza tractiva y la otra forma es la
determinación de la velocidad crítica.
A. Criterio de la fuerza tractiva critica
Según rocha señala que la fuerza que ejerce la corriente sobre el fondo por unidad de
área se denomina fuerza tractiva (𝝉𝟎). El movimiento de las partículas constituyentes
del lecho empieza cuando la fuerza tractiva es mayor que la fuerza tractiva critica (𝝉∗𝒄).
Se denomina fuerza tractiva critica a la fuerza mínima necesaria para poner en
movimiento las partículas constituyentes del lecho.
Esfuerzo cortante medio sobre el lecho.
𝝉𝟎 = 𝑨𝑳𝑺
37
𝝉 = 𝜸𝑹𝑺
Dónde:
o = Fuerza tractiva.
𝝉 = Fuerza Tractiva unitaria sobre el fondo o esfuerzo cortante.
= Peso específico del agua.
R = Radio hidráulico
S = Pendiente
L= Longitud del tramo del canal
A= Are amojada.
Esfuerzo cortante crítico.
Muchos métodos se han propuesto para evaluar el esfuerzo cortante crítico de
materiales no cohesivos de granulometría uniforme siendo la contribución más
importante del siglo XX la propuesta por Shields, que se ilustra en la figura:
38
FIGURA;. Diagrama de SHIELDS para la iniciación de movimiento.
a) Parámetro de SHIELDS.
𝝉∗𝒄 =𝝉𝟎
(𝜸𝒔 − 𝜸) ∗ 𝑫𝟓𝟎=
𝝆𝑽∗𝟐
(𝜸𝑺 − 𝜸)𝑫𝟓𝟎
b) Índice de inestabilidad
𝑹𝒆∗ =𝑽∗ ∗ 𝑫𝟓𝟎
𝒗
Dónde:
39
𝑹𝒆∗ =Es el número de Reynols cortante crítico calculado con la velocidad de corte
crítica y el diámetro de la partícula.
𝑽∗ = Es la velocidad de corte crítica.
𝑽∗ = √𝝉𝟎
𝝆= √𝒈𝑹𝑺
FIGURA:. Curva de SHIELDS para movimiento incipiente de sedimentos. ρs = 2,650
Kg/m3, ρw = 1,000 Kg/m3, ν = 10-6 m2/s y T°= 20
Otros criterios basados en el esfuerzo cortante crítico para determinar el inicio del
movimiento son:
Meyer-Peter y Muller
𝝉𝑪∗ = 𝟎. 𝟎𝟒𝟕(𝜸𝒔 − 𝜸)𝑫𝒎
Laursen
40
𝝉𝑪∗ = 𝟎. 𝟎𝟑𝟗(𝜸𝒔 − 𝜸)𝑫𝟓𝟎
Dónde:
𝜸𝒔= Es el peso específico del sedimento ( 𝑘𝑔. 𝑓
𝑚3⁄ ).
B. Criterio basado en la velocidad de flujo
Otro criterio para determinar el inicio del transporte de sedimentos consiste en comparar la
velocidad media del flujo con la velocidad media crítica. Entre más pequeño sea el tirante
de agua, menor es la velocidad media del flujo que se requiere para empezar el transporte
de sedimentos. Debido a las dificultades en la determinación del esfuerzo cortante de un
cauce, el enfoque empírico para determinar velocidades medias en ríos ha prevalecido a lo
largo del tiempo.
Según este criterio, habrá movimiento de partículas si la velocidad media del flujo (V)
supera la velocidad media crítica (Vc) para el inicio del movimiento. La velocidad del flujo
permisible depende de las características del material que conforma el cauce y expresa la
velocidad máxima admisible antes de que empiece a erosionarse.
Velocidad media del flujo: La ecuación más general es la de Chezy con coeficiente
de resistencia al flujo dado por Manning.
𝑉 = 𝐶√𝑅𝐼 =1
𝑛𝑅
23⁄ 𝑆
12⁄
Dónde:
41
𝑽= Velocidad media en la sección transversal del cauce.
𝑹=radio hidráulico
𝑺= gradiente hidráulico.
𝑪= coeficiente de resistencia al flujo
𝒏= coeficiente de rugosidad de Manning.
En estas ecuaciones el esfuerzo cortante está expresado implícitamente en el coeficiente C.
𝑪 =𝑹
𝟏𝟔⁄
𝒏 (
𝑚1
2⁄
𝑠)
Otra expresión de C muy usada en hidráulica fluvial es:
𝑪 = 𝟏𝟖 𝐥𝐨𝐠 (𝟏𝟐𝑹
𝑫𝟗𝟎) (
𝑚1
2⁄
𝑠)
Velocidad crítica para inicio de movimiento de partículas
La velocidad crítica se define como la velocidad mínima que requiere una partícula del
lecho de diámetro D, para iniciar su movimiento (bajo unas ciertas condiciones de flujo).
Las fórmulas o tablas que evalúan ambos conceptos son todas de tipo experimental.
.
Para calcular la velocidad crítica del flujo que da inicio al movimiento de partículas, se
usan entre otras, las siguientes ecuaciones:
Maza-García
𝑽𝑪 = 𝟒. 𝟕𝟏∆𝟏
𝟐⁄ 𝑫𝟎.𝟑𝟓𝑹𝟎.𝟏𝟓
42
= ( S - ) /
Dónde:
𝑫= 𝑫𝒎= Para cauces con material casi uniforme.
𝑫= 𝑫𝟗𝟎= Para distribuciones de materiales bien gradados y si la distribución
granulométrica es log-normal
𝑫= 𝑫𝟖𝟒= Para cualquier otra distribución
𝑽𝒄 = Velocidad crítica [m/s]
D Y R en metros.
Ecuación empírica (HEC-18, 1993)
𝑽𝑪 = 𝒉𝟏
𝟔⁄ 𝑫𝟓𝟎𝟏
𝟑⁄
Vc = velocidad crítica por encima de la cual el material de lecho con tamaño D50 o más
pequeño es transportado [m/s]
h = profundidad del flujo [m]
D50 = diámetro de la partícula de lecho en una mezcla cuyo 50% es menor [m]
Ecuación logarítmica
𝑉𝐶 = 5.75 𝑉∗𝐶 log (5.53ℎ
𝐷50)
𝑽∗𝑪 = √𝝉𝟎
𝝆= √𝒈𝑹𝑺
V*c = Velocidad cortante crítica para inicio del movimiento de sedimentos.
H = Profundidad del agua [m]
43
H = R = hm en cauces de sección aproximadamente rectangular o muy anchos
D50 = diámetro de la partícula de lecho en una mezcla cuyo 50% es menor [m]
𝒉𝒎 =𝑨
𝑩
hm = Profundidad media del flujo = profundidad hidráulica
B = Ancho de la superficie libre del cauce
7.3.3. TRANSPORTE EN FONDO
Cuando el esfuerzo de corte promedio en el fondo excede la fuerza tractiva critica
para el material, estadísticamente las partículas del fondo empiezan a moverse en la
dirección del flujo. Las partículas se mueven de diferentes formas dependiendo de
las condiciones del flujo, tamaño y peso específico de las partículas.
Una forma de movimiento de las partículas es por rodamiento o deslizamiento a lo
largo del lecho. Tal tipo de movimiento de las partículas es generalmente
discontinuo: la partícula puede deslizarse o rodar por algún tiempo, quedar
estacionada por otro tiempo y nuevamente empezar el movimiento por algún otro
tiempo. El sedimento transportado de esta forma es conocido como “Arrastre de
contacto”. Una segunda forma de movimiento del sedimento es conocida como
“Transporte por Saltación”. Saltación es un modo impactante de transporte en caso
de materiales no cohesivos de velocidades de caída relativamente altas. El tercer
modo de transporte es el “Transporte en Suspensión”, en este caso las partículas de
sedimento son continuamente soportados por la turbulencia del flujo.
A pesar de la existencia de los modelos Teórico-hidráulicos que explican
razonablemente el transporte de fondo, no existe aun un método de cálculo para
cuantificar, con precisión el volumen de sedimentos transportados por un río. Los
métodos de cálculo fueron desarrollados básicamente con datos de laboratorio, dado
que las mediciones de campo son bastante escasas. Aun así los datos de laboratorio
son afectados en su precisión por las dificultades técnicas de medición. Cuando los
44
sedimentos son muy finos, parte del material es transportado en suspensión y
muchas veces considera como transporte de fondo.
Partiendo de estas consideraciones se puede esperar una diferencia significativa en
los resultados de la aplicación de los diferentes métodos de cálculo.
7.3.3.1. CALCULLO DE RESISTENCIA AL FLUJO
Los estudios de resistencia al flujo se realizan en gabinete con los datos obtenidos del
campo, por diferentes métodos que han sido desarrollados con el objetivo de relacionar
los parámetros sedimentológicos.
FÓRMULA DE PARIS.
2
12.047.01
C
O
C
O
O
LogLogC
C
)12.047.01.(
2
00
0
cc
LogLogCC
Donde
C = Coeficiente de Chezy
45
CO = Coeficiente de Chezy para la condición crítica:
35
1032D
hLogC C
O
hC = Profundidad critica para una pendiente S
S
Dh SC
C.
.. 35
O = Fuerza tractiva sobre el fondo
C = Fuerza tractiva Critica
DS
CC
.*
*C = Parámetro Adimensional de Shields. Este se obtiene mediante
la relación grafica propuesta por Shields
C
Rn
61
21
.. SRCV
AVQ .
FÓRMULA DE TUSUBAKI, FURUYA E ISHIJARA, IWAGAKI
46
Tusubaki y Furuya, para régimen de Rizos y Dunas
2
1
*225.0148.3 D
KLog S
DKS *10
21
**225.01*48.3
Dg
V
D SS
O
.
. 2
**
SRgV O ..*
24
61
SKn
2
13
2
..1
SRn
V
AVQ .
47
Ishijara y Iwagaki, para régimen de fondo plano
769.0
*10D
K S
Donde:
KS = Rugosidad equivalente del lecho
* = Relación adimensional de la Fuerza tractiva
V* = Velocidad de corte
MÉTODO DE BROWNLIE
Régimen de rizos y dunas
161.0
389.0529.1
3 σ57.4
.
S
D
R
Dg
q
3
161.0
389.0529.1
..57.4 DgS
D
Rq
Régimen de antidunas y rápidas
128.0
46.060.1
3 σ51.7
.
S
D
R
Dg
q
48
TqQ *
Donde:
q = Caudal liquido por unidad de ancho (caudal especifico) en
m3/seg/m
= Desviación estándar geométrica de los sedimentos, dado por:
)1(
22
nn
DDn
MÉTODO DE RANGA RAJU.
Rg
VKaA
..1
.*
1..
*
31
50
S
D
RKbE
S*
Donde:
A y E = Parámetros de Ranga Raju. Se Obtiene el valor de A en
función de a E, mediante el grafico de Ranga Raju.
49
Ka y Kb = Constantes de Ranga Raju que dependen del D50,
D50 = Diámetro correspondiente al 50% del material acumulado
en el análisis granulométrico por tamizado.
SOLUCIÓN DE LOVERA, ALAM Y KENNEDY.
Se tiene las siguientes relaciones:
'λ'λ'λ
2
...8λ
V
SRg
Donde:
obtener de la relación de:
2
50
10D
R y
RV .Re
de FrK, o también de Fr. Este valor se Puede
Número de Froude Referido al Sedimento:
50.Dg
VFrK
Número de Fraude:
50
Rg
VFr
.
Al realizar los cálculos, se debe empezar mediante la utilización de una
velocidad estimada, que puede ser la superficial
SRgV ..8.λ
1
7.3.3.2. MÉTODO DE LAURSEN
En 1958, Laursen propuso su método para obtener el transporte de fondo, mediante
el cual y dentro de un cierto rango, también es posible conocer el arrastre en la capa
de fondo en suspensión”.
La ecuación propuesta por Laursen se derivó de un análisis teórico, que concluyó
que el transporte de fondo depende en gran medida de los siguientes parámetros.
7.3.3.3. EACUACIÓN DE KALINSKE.
Kalinske en 1947 publicó su método para evaluar el arrastre de material en la capa
de fondo, puesto que propuso una ecuación racional para el transporte de fondo.
V
V
DV
Gsf S
S
57.250*
51
rFV
V
o
CS ,
Si r=0.25
o
C
S
FDV
Gsf
50*
Con el auxilio de la figura 11 (anexo) se obtiene directamente el valor de
SDV
Gsf
50*
en función de
o
C
.
DSC 039.0
DS
Co
ogRSV *
7.3.3.4. FÓRMULA DE DUBOYS.
La fórmula de DU BOYS la formulación más antigua (1879), se fundamenta en la
capacidad de arrastre de la corriente por exceso de la tensión de corte o esfuerzos
cortantes provocados por la corriente. el umbral de inicio de la erosión está dado
por:
𝝉𝒄 = 𝝉𝒄
Por tanto para que exista arrastre se debe cumplir
𝝉𝒄 − 𝝉𝒄 > 𝟎
52
La ecuación que obtuvo fue:
𝒈𝑩 = 𝒕𝑭 = 𝒕𝒔 = 𝒌𝝉𝒐(𝝉𝟎 − 𝝉𝒄∗)
Donde:
K = Parámetro de transporte que depende del diámetro de las partículas
𝝉𝟎 = Fuerza tractiva de la corriente en kg/m2
𝝉𝒄∗ = Fuerza tractiva crítica.
K es un parámetro el cual según STRAUB se obtiene con:
𝒌 =𝟎. 𝟏𝟕
𝑫𝟑
𝟒⁄
y el esfuerzo crítico con la expresión:
𝜏𝐶∗ = 0.61 + 0.019𝐷
Transporte sólido de fondo kg/seg
TTT SFSF *
Transporte sólido de fondo Tn/día
86400*1000
SF
SF
TT
7.3.3.5. FÓRMULA DE MEYER, PETER Y MULLER.
53
La primera serie de ensayos se efectuó con partículas de diámetro uniforme y peso
específico natural (2.68 TN/m3).
La segunda serie de ensayos se realizó con materiales sólidos de granulometría
uniforme, pero con diferentes pesos específicos, se usó barita (4.2 TN/m3) y carbón
(1.25 TN/m3).
La tercera serie de ensayos correspondió a materiales sólidos de granulometría no
uniforme y peso específico natural. (2.68 TN/m3).
La cuarta y última serie de en sayos considero granulometría no uniforme y
diferentes pesos específicos, se obtiene finalmente la ecuación adimensional de
MEYER – PETER Y MULLER.
Fue derivada para datos que cubren los siguientes rangos:
Pendiente : S = 0.0004 a 0.02
Diámetro de la partícula : D = 0.0004 a 0.03 m
Profundidad = radio hidráulico: R = 0.01 a 1.20 m
Peso específico del sedimento: S
Es la cuarta serie de sus ensayos y puede ser modificado introduciendo
algunos parámetros adimensionales.
32
*
23
25.0047.0
n
nS
Parámetro de flujo DD
RS
S
C
S
*
54
Parámetro de transporte 2
1
3
21
1
gD
Gsf
SS
23
n
nS
nS = macro rugosidad.
n = micro rugosidad.
nS/n = puede asumirse igual a 0.85 si no hay otras fuentes de información.
= coeficiente de rizos.
FÓRMULA DE MEYER PETER Y MULLER
En una Cuarta serie de ensayo propone la relación de parámetros adimensionales, como
son el Parámetro de transporte y el Parámetro de flujo.
21
3
21
.
1
Dg
T
SS
SF
Dg
V
D SS
O
..
. 2
**
Donde:
* = Parámetro de Flujo. Adimensional de la fuerza tractiva
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
55
La relación que propone Meyer Meter entre estos dos parámetros es:
32
*
23
25.0047.0
r
S
n
n
Además existe la relación:
23
r
S
n
n
Reemplazando la ecuación y despejando se tiene:
23
)25.0
047.0).(( *
Despejando la ecuación (111) se tiene
21
3
21
.
1.
.
Dg
T
S
S
SF
Donde:
ns = Macro rugosidad
nr = Micro rugosidad
= Coeficiente de rizos.
56
7.3.3.6. FÓRMULA DE SHIELDS.
En 1936 Shields presento los resultados de los experimentos que efectúo para
determinar la fuerza tractiva critica necesario para iniciar el arrastre de sedimentos;
a la que llamo fuerza tractiva critica. Shields además relaciona esta fuerza tractiva
critica, con un valor adimensional, presentando esta relación en un gráfico.
D
SqTS
co
SF
.1
..10
Donde:
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
O = Fuerza tractiva sobre el fondo
C = Fuerza tractiva Critica
Este valor se obtiene del grafico propuesto por Shields, para la iniciación del
movimiento de las partículas del lecho En el que se Relacionan los parámetros
DF
S
CCcr
*
*
*C = Parámetro Adimensional de Shields
DV .Re *
*
Re* = Numero de Reynolds relacionado a la partícula de
sedimento.
57
T
q= Caudal líquido por unidad de ancho (caudal específico)
7.3.3.7. METODO DE FRIJLINK.
SR
D
eSRgDGsf **
**27.0
50 ******5
m3/seg/m
SR
D
S eSRgDGsf **
**027
50
50
*******
Kg/seg/m
0*27.0
50 ******5
eSRgDGsf S Kg/seg/m
El parámetro dimensional denominado factor de rizos se puede calcular de:
23
90
12log18*
D
RRS
V
La fórmula de Frijlink solo se debe aplicar sí 151
*
.
58
7.3.3.8. METODO DE I.I.LEVI.
Levi propuso su fórmula para obtener el gasto solido del material de fondo,
su expresión es:
FÓRMULA DE LEVI.
41
3
23
*
.002.0
Dmy
VVV
gT CS
SF
Donde:
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en
kg/seg/m
VC = Velocidad critica. Propuesto por Levi
21
71
7ln
max.4.1
Dm
y
Dm
DDmgVC
Dm = Diámetro medio
Dmax = Diámetro máximo correspondiente al análisis
granulométrico, por tamizado.
7.3.3.9. METODO DE J. GARDE Y M. ALBERTSON.
59
Al continuar con su estudio encontraron una relación que permite evaluar el
arrastre sobre fondo con rizos y dunas. Para ello verificaron que la mayoría
de las ecuaciones de transporte de fondo pueden ser expresadas de la
siguiente forma:
C
fDD
fDV
Gsf
S
C
SS
**0
Si * es mucho mayor que C* , se puede escribir que: *
* fGsfB
donde DV
GsfGsf
S
B*
* . En la figura 16 (anexo), se muestra la relación
entre los tres parámetros adimensionales y de ella se obtiene *
BGsf de
donde se despeja el Gsf, es decir:
50*
* *** DVgsfGsf SB
7.3.3.10. METODO DE S. SATO, H. KIKAWA Y K. ASHIDA.
La expresión teórica general propuesta por estos autores es:
00
517.2
CC FF
00
1
CCF
0
*0 *
C
SKA
FV
Gsf
nFSKA
Se obtiene la cantidad de transporte en función del coeficiente de rugosidad
n (figura 17.1 y 17.2 anexo).
60
Se observa en esa figura que existen zonas bien diferenciadas:
Para n>=0.025
0
*0 *
C
SKA
FV
Gsf
0
*0 **
CFVGsf
Para 025.0010.0 n , se cumple la relación.
5.3
*40
1
nSKA
5.3
0
*0*40
1**
nFVGsf C
SRgV ***
Donde C según Shields esfuerzo critico Kg/m2.
7.3.3.11. SOLUCIÓN DE ZANKE
En esta solución Zanke propone la utilización de la curva de riesgo, en el cual el valor de
la fuerza tractiva critica de Shields, marca un estado de riesgo Ri = 0.01 (10%).
61
Riyg
V
V
VDV
gT
C
S
SF ..
....04.0
3
**
SygV ..*
DgV CC .'..*
S'
19.
*
110
C
oRi
SRo ..
50
31
2
* .'.
Dg
D
Si, D* ≤ 6 => 5.0*
* 109.0 DC
Si, 6 < D* ≤ 10 => 64.0*
* 14.0 DC
Si, 10 < D* ≤ 20 => 1.0*
* 04.0 DC
Si, 20 < D* ≤ 150 => 29.0*
* 013.0 DC
Si, D* > 6 => 055.0* C
62
Donde:
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
*V = Velocidad de corte
CV = Velocidad crítica
Ri = El riesgo de Zanke
7.3.3.12. FÓRMULA DE GARDE Y ALBERTSON.
Plantearon una relación para evaluar el arrastre de fondo sobre un fondo con rizos y
dunas. Además de que la mayor parte de ecuaciones obedecen a la siguiente función
C
S
C
S
O
S
SF fDD
fDV
T**
* ...
En un análisis del parámetro adimensional de la fuerza tractiva se tiene:
DV
TT
S
SF
SFB..*
*
DVTT SSFBSF ... *
*
Donde:
*
* fTSFB
63
El cual se obtiene del grafico de Garde y Albertson que relaciona el adimensional de la
fuerza tractiva y el valor de T*SFB.
Dg
V
D SS
O
..
. 2
**
)(2500 23
OSF qqST
T
Donde:
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
q = Caudal liquida por unidad de ancho (caudal especifico) en
m3/seg/m
qo = Caudal critico especifico (caudal unitario) en m3/seg/m
67
23
403
5
26.0S
Dq S
O
7.3.3.13. FÓRMULA DE EINSTEIN BROWN
El parámetro de trasporte está dado por:
64
21
3
50
21
.
1.
.
DgF
T
SS
SF
Donde:
SS DgDgF
..
.υ36
..
.υ36
3
23
50
2
3
50
2
31
.40
Para la condición de
09.0
1
Esta relación fue expresada gráficamente.
50
*.
1
DS
O
0
50.
DS
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
Transporte sólido de fondo kg/seg
TTT SFSF *
65
Transporte sólido de fondo Tn/día
86400*1000
SF
SF
TT
7.3.3.14. FÓRMULA DE EINSTEIN
21
3
50
21
.
1..
Dg
T
SS
SF
SR
DS
.. 50
21
21
3
50.
1.
Dg
T
S
S
SF
para poder obtener una solución o se puede usar la ecuación siguiente:
ψ39.0..465.0
1 e
Donde:
TSF = Transporte sólido de fondo por unidad de ancho en kg/seg/m
66
Transporte
7.3.4. TRANSPORTE EN SUSPENSION
La suspensión está constituida por las partículas finas, las que se distribuyen en toda la
sección transversal del río y son las que dan color al agua.
Uno de los problemas de mayor interés en la mecánica de suspensión es el estudio de un
método exacto como las partículas como las partículas de sedimentos son transportados
en suspensión. Es ampliamente conocido que la turbulencia del flujo es el responsable
por la suspensión de las partículas en una corriente de agua. Las partículas en
suspensión están sujetas a la acción de la componente vertical de la velocidad turbulenta
hacia arriba y hacia abajo, y a la acción de la gravedad que causa la sedimentación de las
partículas que tienen mayor peso específico que el agua.
El exceso de la fuerza tractiva, con respecto a la crítica, es lo que causa el movimiento
de las partículas del fondo y determina la intensidad del arrastre, que se caracteriza por
que las partículas ruedan o se deslizan sobre el fondo. Si la fuerza tractiva aumenta un
poco más, algunas partículas se desprenden del fondo y avanzan temporalmente a saltos.
Si la fuerza tractiva continua aumentando llega un momento en que la velocidad de corte
será mayor que la velocidad de caída de las partículas, y estas entraran en suspensión.
De estas concepciones podemos dar a conocer las siguientes formulas:
7.3.4.1. METODO DE COLBY.
Según B.R. colby: Los diagramas de Gss en función de la velocidad para 4
profundidades (tirante con factor 10 y con factor 3 de corrección), para esto se debe
contar con los datos de la velocidad y el tirante hidráulico.
67
"*GssKGss
K = 1+ (K1*K2 -1)(0.01)K3.
Gss” = Gss1*C.
Donde:
K1, K2, K3, = Factores de corrección.
Gss” = Gasto sólido de suspensión corregida.
C = Factor de corrección de una tonelada.
USDA/día = 2.98 t/m día.
Gss’ = Gasto sólido de suspensión obtenida en las graficas de la figura 19.1 con
relación a la figura 19.2 (anexos).
7.3.4.2. METODO DE GARDE Y PANDE.
.
4
*000051.0.
V
q
Tss
..000051.0
4
* qV
TSS
SRgV O ..*
Donde:
TSS = Transporte sólido en Suspensión por unidad de ancho en kg/seg/m
68
V* = Velocidad de corte
Velocidad de sedimentación, este valor puede ser obtenida del
grafico de Yallin, mediante la relación de
D. y
2
3..
gDS
Transporte sólido en suspensión kg/seg
TTT SFSF *
Transporte sólido en suspensión Tn/día
86400*1000
SFSF
TT
.
7.3.4.3. METODO DE SAMAGA.
21
3
50
21
.
1..
Dg
T
SS
SS
21
21
3.
1.
.
Dg
T
S
SSS
3
*30
Dg
V
D SS
O
.
. 2
**
69
Donde:
TSS = Transporte sólido en Suspensión por unidad de ancho en kg/seg/m
= Parámetro de transporte
* = Adimensional de la fuerza tractiva
7.3.4.4. FÓRMULA DE BENEDICT Y VANUNI
SSS CQT .0027.0
)/( 3*314.35sm
Donde:
TSS = Transporte sólido en Suspensión por unidad de ancho en TN/dia
Q = Descarga de agua en Pie3/seg
CS = Concentración de carga en suspensión en ppm.
7.3.4.5. MÉTODO DE LANE Y KALINSKE
...6
115
y
n
SS eCsqT
70
Donde:
TSS = Transporte sólido en Suspensión por unidad de ancho en
kg/seg/m
q = Caudal liquido por unidad de ancho (caudal unitario) en
m3/seg/m
CS = Concentración de carga en suspensión en kg/m3
e = valor exponencial igual a 2.718282
n = rugosidad de Manning
y = tirante en m
61
*
,y
n
Vf
w = velocidad de sedimentación, esta puede ser obtenida de la
relación de YALLIN
SRgV O ..*
V* = velocidad d corte
7.3.4.6. MEDICIÓN DEL TRANSPORTE SÓLIDO EN SUSPENSIÓN
Obtención de la Concentración de Sólidos
Realizando un Análisis de laboratorio, Mediante el método de diferencia de pesos. Se
obtiene la cantidad de sólidos en peso que se encuentran en una mezcla de sedimento y
agua. Esto realizando la separación de los sólidos del agua mediante utilizando el papel
filtro, con ayuda de bomba de vacíos. Para así conocer la cantidad del peso de sólidos
71
que se encuentra en una cierta cantidad volumétrica conocida de muestra de agua, que
viene a ser la concentración de sólidos suspendidos en el agua.
En el procedimiento de laboratorio se obtiene el valor de la concentración mediante la
utilización de las siguientes ecuaciones:
1000*)(
/V
WiWflitgrCs
610*WiW
WiWfppmCs
aguafiltro
Donde:
Cs = Concentración de Sólidos o Sedimentos Suspendidos
Wf = Peso del filtro con muestra y/o sedimento (g)
W(filtro+agua) = Peso del filtro más la muestra de agua
Wi = Peso del filtro (g)
Vm = Volumen de la muestra
Obtención del Gasto Sólido en Suspensión
Conocido el valor de Concentración de sólidos suspendidos en peso por unidad
volumétrica, se puede obtener los valores del transporte de sedimentos en suspensión
mediante la utilización de la fórmula que relaciona el caudal y la concentración
CsQTSS *
Donde:
TSS = Transporte sólido en suspensión kg/seg
72
Q = Descarga de agua en m3/seg
CS = Concentración de carga en suspensión en kg/m3
7.3.5. TRANSPORTE TOTAL
Generalmente se calcula sumando el transporte en suspensión con el transporte de fondo.
Las dos formas de transporte de sólidos son fundamentalmente diferentes. Por eso la
mayor parte de los investigadores recomiendan: calcular las dos partes separadamente, y
que la suma de las dos es la capacidad de transporte total.
No obstante algunos investigadores recomiendan formulas o diagramas para la suma,
sosteniendo que ambas partes dependen de los mismos parámetros del flujo. Este camino
es muy simple, y normalmente los resultados son muy satisfactorios. Por esta razón es
que estas relaciones son usadas.
7.3.5.1. MÉTODO DE ACKES Y WHITE.
GARDE R. (07), Postularon que solo parte del esfuerzo de corte generado en el fondo
del río es efectivamente el causante de movimiento de las partículas. Bajo esta presencia
definieron un parámetro de movilidad de sedimentos. En términos de parámetros de
flujo y descarga de sólidos.
73
21
3
50
21
.
1..
Dg
T
SS
ST
21
3
50
21
.
1.
.
Dg
T
S
S
ST
4
*2
12
1
.....
C
S
S
V
V
V
ygG
4
1.3
5.0
*2
C
ccG
Los valores de c1, c2, c3, c4, dependen de D*, el cual está dado por:
2*.
.
gDD S
Además de que:
Para los valores de: 1 < D* < 60
74
*1 56.01 LogDc
54.386.22
**2 LogDLogDLogc
14.0
23.0
21
*
3 D
c
34.166.9
*
4 D
c
Para los valores de: D* > 60
c1 = 0 ; c2 = 0.025
c3 = 0.17 ; c4 = 1.50
Donde:
= Parámetro de transporte
*V = Velocidad de corte
75
7.3.5.2. MÉTODO DE ENGELUND Y HANSEN.
DE PIEROLA C. (06). Propusieron la ecuación de transporte total en base a la relación
con el esfuerzo de corte y el factor de fricción del fondo. Luego de un amplio estudio
con datos obtenidos en laboratorio, propusieron una ecuación válida para todos los
regímenes de flujo que se estudia mas adelante la parte de metodología.
21
3
50
21
.
1..
Dg
T
SS
ST
21
3
50
21
.
1.
.
Dg
T
S
S
ST
2
5
*4.0. f
f
25
*4.0
2
*8
V
Vf
76
DS
O
.*
Donde:
TST = Transporte sólidos total por unidad de ancho kg/seg/m
f = factor de fricción
7.3.5.3. MÉTODO DE GARDE Y DATIRI.
GARDE, R. (07). Para el Estudio del transporte de sólidos total se considera que la
carga de sedimentos en suspensión, toma la misma forma funcional que el transporte de
fondo, es decir que el aporte de sedimentos se encuentra en una cuestión de equilibrio
con la erosión del cauce; por esta razón consideran que el transporte de sedimentos se
expresa en valores totales, por lo cual el transporte de sedimentos, sea en suspensión o
de fondo dependen de la fuerza tractiva que se ejerce sobre el cauce.
*
* ..
f
DV
T
S
ST
77
4
*
*
16..
S
ST
DV
T
SST DVT ....16 *
4
*
DS
O
.*
Donde:
TST = Transporte sólidos total por unidad de ancho kg/seg/m
= Parámetro de flujo
8. METODOS Y MATERIALES
8.1. DEL AMBITO DE ESTUDIO
Se delimita el área de estudio, correspondiente a la cuenca del rio Coata. Se describen las
principales características relevantes para el estudio de la erosión y el transporte de
sedimento (relieve, hidrografía, geología y litología, clima, vegetación y usos del suelo, y
características de los suelos).
.
78
8.1.1. CARACTERISTICAS GENERALES
8.1.1.1. UBICACIÓN
A. Ubicación geográfica
Coordenadas Geográficas:
Latitud Sur: 15º06’36‖ - 15º55’12‖
Longitud Oeste: 71º12’00‖ - 69º55’12‖
Coordenadas UTM (WGS84)
Norte: 8’328,509 – 8’239,696
Este: 282,907 – 401,525
Variación Altitudinal: 5,300 – 3,800 m.s.n.m.
Límites Hidrográficos:
Norte: Cuenca Ramis.
Sur: Cuenca Illpa y cuenca Alto Tambo.
Este: Lago Titicaca.
Oeste: Cuenca Chili y cuenca Colca Siguas
Zona de estudio:
Este: 342,000 m. y 404,000 m.
Norte: 8´264,000 m. y 8´308,000 m.
79
FIGURA: Zona de estudio. Aguas arriba del puente maravillas
B. Ubicación política
La cuenca del río Coata se ubica íntegramente dentro del Departamento de
Puno, ocupa las superficies de las provincias de San Román, Lampa y parte
de las provincias de Puno y Huancané.
El 24.30% de área de la cuenca se ubica en San Román, el 74.98% en Lampa
y el 0.52% en Puno y 0.20% en Huancané.
C. Ubicación administrativa
La entidad administrativa que regula el uso de los recursos hídricos en la
cuenca del río Coata (Cuencas de los ríos Cabanillas y Lampa) es la
Administración Técnica del Distrito de Riego Juliaca, la que tiene una
dependencia, también de orden administrativo del Ministerio de Agricultura
a través de la Intendencia de Recursos Hídricos del INRENA y de la
Dirección Regional Agraria Puno.
80
8.1.2. ASPECTO SOCIO ECONOMICO
8.1.2.1. POBLACION
La población total de la cuenca del Río Coata es de 221,097 habitantes. El
70.49% de población total, se ubica dentro del área urbana y el 29.51% en la
zona rural; mientras que el 49.51% es de sexo masculino, y el 50.49% es de
sexo femenino.
8.1.3. ACCESIBILIDAD – VIAS DE COMUNICACIÓN
La ciudad de Juliaca es el centro urbano más relevante en la cuenca del río Coata,
prácticamente el tiempo de acceso en una unidad móvil desde la ciudad de Juliaca
hacia a cualquier lugar de la cuenca es de un promedio de 1.5 horas.
Las vías de comunicación están compuestas por los sistemas de transporte carretero,
ferroviario y aéreo.
El sistema de transporte carretero es el más extenso y uno de los más importantes de
la zona debido a su longitud y a la cantidad de vías de comunicación existente; así
tenemos que toda la zona esta recorrida por una carretera principal que comunica el
departamento de Puno con la costa peruana. Dicha carretera une las ciudades de
Arequipa, Juliaca y unidades diversas, desde ligeras hasta pesadas, tanto nacionales
como internacionales.
8.1.4. ASPECTOS FISIOGRAFICOS DEL AREA DEL PROYECTO
La cuenca del rio Coata está conformado por las cuencas de los ríos Cabanillas y
Lampa.
81
Cota máxima de la cuenca Coata: 5,300 msnm.
Cota mínima de la cuenca Coata: 3,800 msnm.
Altitud media de la cuenca del río Lampa: 4,225 msnm.
Altitud media de la cuenca del río Cabanillas: 4,320 msnm.
Ríos principales : Cabanillas y Lampa
Longitud de cauce más largo (Cuenca Cabanillas): 131.37 Km.
Longitud de cauce más largo (Cuenca Lampa): 101.44 Km.
Longitud del río Coata (desde la confluencia – Lago Titicaca):
57.20 Km.
Se caracteriza como un sistema de cuenca endorreica, ubicada entre las provincias
de San Román, Lampa, Huancané y Puno en el Departamento de Puno.
La superficie total de la cuenca Coata es de 4,908.44 Km2. Sus características
fisiográficas principales que son materia de estudio son las siguientes:
8.1.5. CLIMATOLOGIA
8.1.5.1. PRECIPITACION MEDIA AREAL DE LA CUENCA
La cuenca del rio Coata tiene una precipitación media areal de 721.66 mm.
82
8.1.5.2. TEMPERATURA
El área del estudio se configura una planicie despejada (no hay bosques), razón por
la cual la incidencia del sol es máxima, así como el desplazamiento del aire -
viento- es completo (las formaciones montañosas están alejadas), y la pérdida de
calor es rápida en horas de la noche, atenuándose por la cercanía del Lago
Titicaca. Teniendo temperaturas de máximas de hasta 24 °C en época lluviosa -
verano- y mínimas de -11 °C en época de estiaje.
8.1.6. GEOMORFOLOGIA
8.1.6.1. PARAMETROS DE FORMA DE LA CUENCA
83
Area de la cuenca: La cuenca del río Coata tiene una superficie de 4,908.44 Km2.
De las subcuencas hidrográficas la subcuenca Lampa tiene el mayor área y es el
31.78% del área total de la cuenca Coata.
Factor de Forma (Ff): El factor de forma hallado para la cuenca del río Coata es de
0.14, lo cual explica o describe su forma alargada. Sin embargo sus subcuencas
integrantes poseen factores de forma mayores, del orden promedio de 0.25,
evidenciando superficies con un mayor ancho medio, respecto a su mayor longitud,
es decir mayor capacidad receptora de precipitaciones pluviales.
Pendiente Media de la Cuenca: La cuenca del río Coata tiene una pendiente
promedio de 6.38%, las subcuencas presentan pendientes mayores al 9%.
Observándose que la subcuenca Jarpaña presenta la mayor pendiente con 15.67%.
8.1.6.2. PARAMETROS DE RELIEVE
Altitud Media de la Cuenca: La altitud media de la cuenca Coata es de 4,336.12
msnm. Las subcuencas la mayor parte tienen altitudes medias mayores a 4,060
msnm., excepto la subcuenca Bajo Coata tiene una altitud media de 3,875.91
msnm., y es por lo mismo que se encuentra ubicada en la parte más baja de la
cuenca Coata.
8.1.6.3. PARÁMETROS DE LA RED HIDROGRAFICA
Número de Orden de los Ríos: Se ha clasificado los cauces según el grado de
ramificación, encontrándose que el cauce principal de la cuenca Coata, el río Coata
es de orden seis (6), los ríos Cabanillas, Lampa, Verde y Paratía son de orden 5, en
tanto los ríos Cotaña, Cerrillos y Jarpaña son de orden 4.
84
Densidad de Drenaje: El parámetro que relaciona la longitud total de ríos y el área
de la cuenca, tiene como valor promedio 0.61 Km/Km2 para la cuenca Coata, lo que
indica que la cuenca del río Coata está bien drenada. Las subcuencas de Lampa,
Cotaña y Paratía tienen un drenaje más denso, del orden 0.76 Km/Km2.
Pendiente Media del Río Principal: El valor de la pendiente longitudinal se ha
efectuado con el método de áreas compensadas para el cauce principal de cada
subcuenca. El río Pisco Coata presenta una pendiente media de 1.13%, pero en la
parte baja cerca al Lago Titicaca la pendiente es de 0.007%. Los ríos de las
subcuencas ubicadas en las partes superiores tienen pendientes medias más altas.
Tiempo de Concentración (Tc): Los resultados indican que para la cuenca Coata
el tiempo de concentración es igual a 268.4 hr., para las subcuencas ubicadas en la
parte alta de la cuenca el tiempo de concentración es alrededor de 63 hr., para la
subcuenca de Lampa le corresponde un valor de 140 hr.
8.1.7. MAXIMAS AVENIDAS
Cuadro: Valores característicos de caudales en Río Coata
Variable
Valor
85
Cuadro : Generación de caudales para diferentes Periodos de Retorno,
Cuenca Coata
Caudal medio anual
39,19
Caudal máximo anual
69,71
Caudal mínimo anual
6,00
Caudal mensual máximo medio (Febrero)
396,49
Caudal mensual mínimo medio (Octubre)
0,60
CUENCA Periodo de Retorno (T)
2 5 10 25 100 200.00
Q.total Coata 126.02 162.36 199.96 236.50 297.20 323.00
86
8.2. MATERIALES
TRABAJO EN CAMPO TRABAJO EN
LABORATORIO
TRABAJO EN
GABINETE
Wincha.
GPS.
Estaca.
Pala.
Pico.
Recipientes para la
extracción de
muestras del suelo.
Recipiente de
medición.
Cuaderno de apuntes
y lapicero.
Cámara fotográfica.
Tamices.
Balanza analítica de un
centésimo de gramo de
aproximación.
Recipientes para pesar
las muestras.
Mazo para
homogeneizar la
muestra.
Cuaderno de apuntes y
lapicero Equipo para
Procedimientos de
Laboratorio
Computator
Calculadora
Cuaderno de
apuntes.
87
8.3. METODOLOGIA
El presente trabajo ha sido orientado y realizado mediante la ejecución secuencial de las
siguientes actividades y con la participación de un equipo de estudiantes del curso de
hidráulica fluvial.
8.3.1. BUSQUEDA DE INFORMACION
En esta fase se trata de recolectar la información técnica sobre proyectos realizados
en la Zona, es decir, proyectos, estudios, Informes, tesis existentes en los registros
de la facultad (Biblioteca), así como la información meteorológica e hidrológica
perteneciente a estaciones localizadas en la zona y sus proximidades, y la
información cartográfica.
En ese sentido se contó con la información de las Estaciones Meteorológicas de
Juliaca y Capachica:
Juliaca: hoja 31-v
Puno: hoja 32-v
8.3.2. TRABAJO DE CAMPO
88
El trabajo de campo consiste primeramente en el reconocimiento del río donde se
realizara el estudio sedimento lógico, (río Coata), prosiguiendo de la siguiente manera.
Reconocimiento de campo (área de estudio)
Ubicación de un BM conocido, altitud, longitud (GPS).
Ubicar un tramo más crítico (curva).
Dar progresivas de inicio a final (540m).
Seccionar el rio en los tramos de estudio.
Iniciar el muestreo de material sedimentado cada 100m (calicatas).
Calcular el caudal del rio.
Medir velocidades de transporte.
8.3.3. TRABAJO DE LABORATORIO
GRANULOMETRIA
Ya obtenidas las muestras de cada tramo del área de estudio. En el laboratorio
realizamos los tamizados para obtener las curvas granulométricas de las muestras.
En el estudio de transporte de sólidos se requiere diámetros característicos para la
aplicación de las diferentes fórmulas del cálculo de transporte de sedimentos. Por lo
tanto a partir de la curva granulométrica es necesaria la obtención de diámetros
representativos correspondientes a los porcentajes acumulados D10, D16, D35,
D40, D50, D65, D90. Así también calcular los diámetros efectivos.
El procedimiento que se realizó para cada muestra es el siguiente:
Secar las muestras
Cuartear una muestra para homogeneizar.
Pesar la muestra.
89
Tamizar el material por las mallas indicadas.
Obtener datos del peso retenido de cada criba.
8.3.4. TRABAJO DE GABINETE
Con la ayuda de Excel se obtuvieron:
o CURVAS GANULOMETRICAS (ANEXO……)
o PENDIENTE LONGITUDINAL DEL TRAMO DEL RIO
o SECCIONES TRNASVERSALES DE LOS TRAMOS.
9. RESULTADOS Y DISCUSION
9.1. EROSION
FACTOR DE EROSION DE LA LLUVIA (R)
Cálculo de la Pérdida de Suelo en la Cuenca del Río Coata
Ecuación Universal de Pérdida de Suelo - USLE
90
Descripción Unidad de
medida
Río Coata
(total)
Precipitación
:
Pp mm 721.66
Duración de la lluvia : T hr 24.00
Intensidad de la lluvia : I cm/hr 3.01
Precipitación a 30 minutos de
duración P30 mm 274.20
Intensidad de la lluvia a 30
minutos
:
I30 cm/hr 54.84
Factor de erosión de la lluvia : R J.cm/m2.hr 10014.73
FACTOR DE EROSIONABILIDAD DEL SUELO (K)
Descripción Unidad de
medida
Río Coata
(total)
Materia orgánica
:
MO % 1.81
Producto de las fracciones del
tamaño de las partículas
(arena=68%, limo=25% y
arcilla=7%)
: M
adimensional 4538.40
Código de la estructura del suelo : S adimensional 3.00
Código de permeabilidad : P adimensional 2.00
Factor de erosionabilidad del
suelo : K Tn.m2.hr/ha.J.cm 0.42
91
FACTOR DE LONGITUD DE LA PENDIENTE (L)
Descripción Unidad de
medida
Río Coata
(total)
Longitud de la pendiente
:
m 5600.00
Factor de la longitud de la
pendiente
:
L adimensioanl 5.26
FACTOR DEL GRADIENTE DE LA PENDIENTE (S)
Descripción Unidad de
medida
Río
Coata
(total)
Inclinación de la pendiente
:
S %
S/.
0.54
Factor del gradiente de la
pendiente
:
S
adimensioanl
S/.
0.09
92
FACTOR DE CULTIO Y/O VEGETACION (C)
Descripción Unidad de
medida
Río Coata
(total)
Factor de cultivo y/o vegetación
:
C adimensional 0.02
FACTOR DE LAS PRACTICAS DE CONSERVACION DEL SUELO (P)
Descripción Unidad de
medida
Río Coata
(total)
Factor de prácticas de conservación
de suelos: P adimensional 1.00
PERDIDA DE SUELO PROMEDIO ANUAL EN LA CUENCA DEL RIO
COATA
Factores de la pérdida de suelo Unidad de
medida Río Coata
(total)
Factor de erosión de la lluvia :
R J.cm/m2.hr 10014.73
Factor de erosionabilidad del
suelo
:
K Tn.m2.hr/ha.J.cm 0.42
93
La pérdida de suelo promedio anual en la cuenca Coata resulta ser de 39.50 Tn/ha.año
9.2. DATOS HIDRAULICOS Y GEOMETRICOS
9.2.1. PENDIENTE LONGITUDINAL DEL TRAMO DEL RIO
Hallando la pendiente:
L
HS
Dónde:
S = Pendiente
H = Diferencia de cotas entre los extremos del cauce, en m.
L = Longitud del cauce, en m.
Factor de la longitud de la
pendiente
:
L adimensional 5.26
Factor del gradiente de la
pendiente
:
S adimensional 0.09
Factor de cultivo y/o vegetación :
C adimensional 0.02
Factor de prácticas de conservación
de suelos: P adimensional 1.00
Pérdida de suelo promedio anual :
A Tn/ha.año 39.50
94
%0925.0
00925.0
540
5.0
540
5.3809381
S
óS
S
OS
9.2.2. REPRESENTACION DE LA SECCION
TRANSVERSALES DEL RIO COTA:
El seccionamiento se realizó de aguas arriba del puente MARAVILLAS .
9.2.3. VELODIDAD DEL FLUJO
Para ello, empleamos el método del flotador y para ello hemos tomado 5 tiempos en un
trayecto de 1 metro de longitud.
t1 = 73 seg.
t2 = 78 seg.
t3 = 75 seg.
t = 75.33 seg. (tiempo promedio)
Dónde:
V = velocidad (m/seg)
e = distancia de recorrido
(m.)
t = tiempo
(seg)
t
eV
95
9.2.4. CAUDAL
e = 1.00 m (distancia que se tomó en cuenta)
33.75
10V
V = 0.13 m/seg
Donde:
Q = caudal (m3/seg)
V = velocidad (m/seg)
A = área de sección del rio (m2)
A = 109.4 m2 (este es el área de la sección 0+000)
Q = 14.22 m3/seg
AVQ
96
9.3. PROPIEDADES DEL AGUA
9.3.1. TEMPERATURA
La temperatura tomada en la salida de campo fue de 7°C
9.3.2. PESO ESPECÍFICO y DENSIDAD
DENSIDAD: 101.96𝐾𝑔.𝑓.𝑆2
𝑚4
PESO ESPECIFICO: 999.90𝐾𝑔.𝑓
𝑚3
9.3.3. VISCOSIDAD DINAMICA
𝜇(104) = 1.45629𝑘𝑔. 𝑓
𝑚2
𝜇 = 1.45629 ∗ 10−4𝑘𝑔. 𝑓
𝑚2
9.3.4. VISCOSIDAD CINEMATICA
𝑉(106) = 1.42826𝑚2 /𝑠
𝑉 = 1.42826 ∗ 10−6𝑚2 /𝑠
9.4. PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS
97
9.4.1. PESO ESPECÍFICO DE LAS PARTICULAS
𝜸𝑺 =𝑷
𝑽
𝜸𝑺 =𝟎. 𝟑 𝑲𝒈𝒇
𝟏. 𝟖𝟎𝟔𝟒 ∗ 𝟏𝟎−𝟒
𝜸𝑺 = 𝟏𝟔𝟔𝟎. 𝟕𝟔 𝒌𝒈. 𝒇
𝒎𝟑
Dónde:
𝜸𝑺 =Peso específico de la partícula
𝑷 =Peso de la partícula (N).
9.4.2. GRAVEDAD ESPECÍFICA
𝑮 =𝜸𝑺
𝜸
𝐺 =1660.76
999.90
𝐺 = 1.66
9.4.3. DENSIDAD RELATIVA
𝛁 =𝜸𝒔 − 𝜸
𝜸
98
𝛁 =𝟏𝟔𝟔𝟎 − 𝟗𝟗𝟗. 𝟗
𝟗𝟗𝟗. 𝟗𝟎
𝛁 = 𝟎. 𝟔𝟔
9.4.4. PESO ESPECÍFICO SUMERGIDO
𝜸𝑺 = 𝜸𝒔 − 𝜸
𝜸𝑺 = 𝟏𝟔𝟔𝟎. 𝟕𝟔 − 𝟗𝟗𝟗. 𝟗
𝜸𝑺 = 𝟔𝟔𝑶. 𝟖𝟔
.
9.4.5. DISTRIBUCIONES TEORICAS
Distribucion circular
𝑫𝒏 = 𝑫𝒎𝒂𝒙 {𝟏 − [𝟏 − (𝒏
𝟏𝟎𝟎)
𝟐
]
𝟏𝟐⁄
}
𝑫𝒏 = 𝟗𝟓𝟐. 𝟓 {𝟏 − [𝟏 − (𝟖𝟔. 𝟗𝟏
𝟏𝟎𝟎)
𝟐
]
𝟏𝟐⁄
}
𝑫𝒏 = 𝟒. 𝟖𝟏
Donde:
𝑫𝒎𝒂𝒙= Diametro maximo
99
𝒏= Porcentaje que pasa
9.4.6. PESO ESPECÍFICO DE LA MEZCLA AGUA-SEDIMENTO (ΓM)
𝜸𝒎 = 𝜸 +∀𝒔
∀𝒎
(𝜸𝒔 − 𝜸)
𝜸𝒎 = 𝟗𝟗𝟗. 𝟗 +∀𝒔
∀𝒎
(𝟏𝟔𝟔𝟎. 𝟕𝟎 − 𝟗𝟗𝟗. 𝟗𝟎)
𝜸𝒎 =
9.4.7. VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS
ECUACION DE RUBEY:
𝜔 = √(2
3(∆)𝑔𝐷 +
36𝑉2
𝐷2) −
6𝑉
𝐷
𝜔 = √(2
3(0.66) ∗ 9.81 ∗ 0.000236 +
36 ∗ (1.42826 ∗ 10−6)2
0.0002362) −
6 ∗ 1.42826 ∗ 10−6
0.000236
𝜔 = −4.3902 ∗ 10−3
100
9.4.8. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LAS PARTICULAS
Ver anexos
9.4.9. CALCULOS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA
PROGRESIVA 0+000
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323.000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 105.250 m2
PERIMETRO MOJADO P= 46.680 m
PROFUNDIDAD DEL RIO y= 1.016 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 116.000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0.130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2.7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0.00925
PESO ESPECIFICO DEL AGUA
999.9 N/m3 3.59
DENSIDAD DEL AGUA 102 kg/m3 18°C 0.236
DESVIACION ESTANDAR GEOMETRICA 15.212 15.211864
γ= ρ =
σ_g=
101
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0.236 mm 0.0002 m
GRAVEDAD g= 9.810 m/s2
a) METODO DE DU BOYS-STRAUB
a.1) Esfuerzo cortante que el flujo ejerce sobre el fondo
=
= 9.397 kg/m2
= 0.958 kg/m2
a.2) Esfuerzo cortante maximo que resiste la particula de fondo
=
= 0.082 kg/m2
a.3) Gasto unitario
=
= 4.418 kg/s.m
a.4) Gasto total de
fondo
Go =
Go = 512.535 kg/s
〖(τ〗_o) 〖(τ〗
_o)
〖(τ〗_o)
〖(τ〗_o)
ρ∗g∗y∗S
(T_c)
41.8D^0.82-0.017Ln(454)D
g_B
g_B
0.01003/D^(3/4) ∗τ_(o )(τ_o-τ_c)
g_(B∗D)
102
a.5) Transporte de sedimentos en suspension
Vm = 1.000 lt 0.001 m3
Ws = 224.500 gr 0.225 kg
s = 2.635
= 268.58555 kg/m3
Vs = 8.36E-04 m3
Vw = 1.64E-04 lt
=
= 0.24 kg
= 0.931 = 93.06 % en peso
= 224.500 kg/m3
G_(ST= ) Q_CS
s=γ_s/γ_w
γ_s
V_s=W_s/γ_s
V_w=V_m-V_s
W_m=W_w+W_s
W_m
γ∗V_w+γ_s∗V_S
C_S2
C_S4
W_s/W_m
W_s/V_m
G_(ST= ) Q_CS
G_ST
103
= 72514 kg/s
a.6) Transportabilidad del rio
=
= 73026.03 kg/s
= 262893724 kg/hora 262894 Tn/hora
= 6.31E+09 kg/dia 6E+06 Tn/dia
= 567850444 Tn/año
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA
PROGRESIVA 0+100
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323.000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 96.750 m2
PERIMETRO MOJADO P= 46.680 m
PROFUNDIDAD DEL RIO y= 0.930 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 126.000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0.130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2.7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0.00925
G_T
G_T
G_O+G_ST
G_T
G_T
G_T
104
PESO ESPECIFICO DEL AGUA
999.9 N/m3 3.59
DENSIDAD DEL AGUA 102 kg/m3 18°C 0.236
DESVIACION ESTANDAR GEOMETRICA 15.212 15.211864
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0.236 mm 0.0002 m
GRAVEDAD g= 9.810 m/s2
a) METODO DE DU BOYS-STRAUB
a.1) Esfuerzo cortante que el flujo ejerce sobre el fondo
=
= 8.602 kg/m2
= 0.877 kg/m2
a.2) Esfuerzo cortante maximo que resiste la particula de fondo
=
= 0.082 kg/m2
a.3) Gasto unitario
=
= 3.670 kg/s.m
a.4) Gasto total de
fondo
Go =
γ= ρ =
σ_g=
〖(τ〗_o) 〖(τ〗
_o)
〖(τ〗_o)
ρ∗g∗y∗S
(T_c)
(T_c)
(T_c)
41.8D^0.82-0.017Ln(454)D
g_(B∗D)
g_B
g_B
0.01003/D^(3/4) ∗τ_(o )(τ_o-τ_c)
〖(τ〗_o)
105
Go = 462.404 kg/s
a.5) Transporte de sedimentos en suspension
Vm = 1.000 lt 0.001 m3
Ws = 224.500 gr 0.225 kg
s = 2.635
= 268.58555 kg/m3
Vs = 8.36E-04 m3
Vw = 1.64E-04 lt
=
= 0.24 kg
= 0.931 = 93.06 % en peso
G_(ST= ) Q_CS
s=γ_s/γ_w
γ_s
V_s=W_s/γ_s
V_w=V_m-V_s
W_m=W_w+W_s γ∗V_w+γ_s∗V_S
W_m
C_S2
C_S4
W_s/W_m
W_s/V_m
G_(ST= ) Q_CS
G_ST
106
= 224.500 kg/m3
= 72514 kg/s
a.6) Transportabilidad del rio
=
= 72975.90 kg/s
= 262713254 kg/hora 262713 Tn/hora
= 6.31E+09 kg/dia 6E+06 Tn/dia
= 567460630 Tn/año
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA
PROGRESIVA 0+200
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323.000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 150.200 m2
G_T G_O+G_ST
G_T
G_T
G_T
G_T
107
PERIMETRO MOJADO P= 110.058 m
PROFUNDIDAD DEL RIO y= 0.860 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 146.000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0.130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2.7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0.00925
PESO ESPECIFICO DEL AGUA
999.9 N/m3 3.59
DENSIDAD DEL AGUA 101.93 kg/m3 18°C 0.236
DESVIACION ESTANDAR GEOMETRICA 15.212 15.211864
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0.236 mm 0.0002 m
GRAVEDAD g= 9.810 m/s2
a) METODO DE DU BOYS-STRAUB
a.1) Esfuerzo cortante que el flujo ejerce sobre el fondo
=
= 7.954 kg/m2
= 0.811 kg/m2
a.2) Esfuerzo cortante maximo que resiste la particula de fondo
=
= 0.082 kg/m2
a.3) Gasto unitario
γ= ρ =
σ_g=
〖(τ〗_o) 〖(τ〗
_o)
〖(τ〗_o)
ρ∗g∗y∗S
(T_c)
(T_c)
(T_c)
41.8D^0.82-0.017Ln(454)D
g_B
g_B
0.01003/D^(3/4) ∗τ_(o )(τ_o-τ_c)
〖(τ〗_o)
108
=
= 3.112 kg/s.m
a.4) Gasto total de
fondo
Go =
Go = 454.314 kg/s
a.5) Transporte de sedimentos en suspension
Vm = 1.000 lt 0.001 m3
Ws = 224.500 gr 0.225 kg
s = 2.635
= 268.58555 kg/m3
Vs = 8.36E-04 m3
Vw = 1.64E-04 lt
g_(B∗D)
G_(ST= ) Q_CS
s=γ_s/γ_w
γ_s
V_s=W_s/γ_s
V_w=V_m-V_s
W_m=W_w+W_s γ∗V_w+γ_s∗V_S
W_m
109
=
= 0.24 kg
= 0.931 = 93.06 % en peso
= 224.500 kg/m3
= 72514 kg/s
a.6) Transportabilidad del rio
=
= 72967.81 kg/s
= 262684132 kg/hora 262684 Tn/hora
= 6.30E+09 kg/dia 6E+06 Tn/dia
= 567397725 Tn/año
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA
PROGRESIVA 0+300
C_S2
C_S4
W_s/W_m
W_s/V_m
G_(ST= ) Q_CS
G_ST
G_T G_O+G_ST
G_T
G_T
G_T
G_T
110
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323.000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 129.250 m2
PERIMETRO MOJADO P= 130.021 m
PROFUNDIDAD DEL RIO y= 1.000 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 136.000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0.130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2.7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0.00925
PESO ESPECIFICO DEL AGUA
999.9 N/m3 3.59
DENSIDAD DEL AGUA 101.93 kg/m3 18°C 0.236
DESVIACION ESTANDAR GEOMETRICA 15.212 15.211864
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0.236 mm 0.0002 m
GRAVEDAD g= 9.810 m/s2
a) METODO DE DU BOYS-STRAUB
a.1) Esfuerzo cortante que el flujo ejerce sobre el fondo
=
= 9.249 kg/m2
= 0.943 kg/m2
a.2) Esfuerzo cortante maximo que resiste la particula de fondo
=
= 0.082 kg/m2
γ= ρ =
σ_g=
〖(τ〗_o) 〖(τ〗
_o)
〖(τ〗_o)
ρ∗g∗y∗S
(T_c)
(T_c)
(T_c)
41.8D^0.82-0.017Ln(454)D
〖(τ〗_o)
111
a.3) Gasto unitario
=
= 4.274 kg/s.m
a.4) Gasto total de
fondo
Go =
Go = 581.250 kg/s
a.5) Transporte de sedimentos en suspension
Vm = 1.000 lt 0.001 m3
Ws = 224.500 gr 0.225 kg
s = 2.635
= 268.58555 kg/m3
Vs = 8.36E-04 m3
g_(B∗D)
g_B
g_B
0.01003/D^(3/4) ∗τ_(o )(τ_o-τ_c)
G_(ST= ) Q_CS
s=γ_s/γ_w
γ_s
V_s=W_s/γ_s
V_w=V_m-V_s
112
Vw = 1.64E-04 lt
=
= 0.24 kg
= 0.931 = 93.06 % en peso
= 224.500 kg/m3
= 72514 kg/s
a.6) Transportabilidad del rio
=
= 73094.75 kg/s
= 263141099 kg/hora 263141 Tn/hora
= 6.32E+09 kg/dia 6E+06 Tn/dia
= 568384774 Tn/año
W_m=W_w+W_s γ∗V_w+γ_s∗V_S
W_m
C_S2
C_S4
W_s/W_m
W_s/V_m
G_(ST= ) Q_CS
G_ST
G_T G_O+G_ST
G_T
G_T
G_T
G_T
113
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA
PROGRESIVA 0+400
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323.000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 97.700 m2
PERIMETRO MOJADO P= 130.024 m
PROFUNDIDAD DEL RIO y= 0.800 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 120.000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0.130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2.7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0.00925
PESO ESPECIFICO DEL AGUA
999.9 N/m3 3.59
DENSIDAD DEL AGUA 101.93 kg/m3 18°C 0.236
DESVIACION ESTANDAR GEOMETRICA 15.212 15.211864
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0.236 mm 0.0002 m
GRAVEDAD g= 9.810 m/s2
a) METODO DE DU BOYS-STRAUB
a.1) Esfuerzo cortante que el flujo ejerce sobre el fondo
=
= 7.400 kg/m2
= 0.754 kg/m2
a.2) Esfuerzo cortante maximo que resiste la particula de fondo
γ= ρ =
σ_g=
〖(τ〗_o) 〖(τ〗
_o)
〖(τ〗_o)
ρ∗g∗y∗S
(T_c)
〖(τ〗_o)
114
=
= 0.082 kg/m2
a.3) Gasto unitario
=
= 2.670 kg/s.m
a.4) Gasto total de
fondo
Go =
Go = 320.384 kg/s
a.5) Transporte de sedimentos en suspension
Vm = 1.000 lt 0.001 m3
Ws = 224.500 gr 0.225 kg
s = 2.635
= 268.58555 kg/m3
(T_c)
(T_c)
41.8D^0.82-0.017Ln(454)D
g_(B∗D)
g_B
g_B
0.01003/D^(3/4) ∗τ_(o )(τ_o-τ_c)
G_(ST= ) Q_CS
s=γ_s/γ_w
γ_s
V_s=W_s/γ_s
115
Vs = 8.36E-04 m3
Vw = 1.64E-04 lt
=
= 0.24 kg
= 0.931 = 93.06 % en peso
= 224.500 kg/m3
= 72514 kg/s
a.6) Transportabilidad del rio
=
= 72833.88 kg/s
= 262201984 kg/hora 262202 Tn/hora
= 6.29E+09 kg/dia 6E+06 Tn/dia
= 566356285 Tn/año
V_w=V_m-V_s
W_m=W_w+W_s γ∗V_w+γ_s∗V_S
W_m
C_S2
C_S4
W_s/W_m
W_s/V_m
G_(ST= ) Q_CS
G_ST
G_T G_O+G_ST
G_T
G_T
G_T
G_T
116
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN FONDO POR METODO MEYER PETER
MULLER
117
1660.76 kgf/m3
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DEL RIO COATA gasto liquido unitario= 2,78448276
PROGRESIVA 0+000
DATOS:
GASTO HIDRAULICO Q= 323,000 m3/s
AREA HIDRAULICA A= 105,250 m2
RADIO HIDRAULICO y= 1,016 m
ANCHO MEDIO DEL RIO D= 116,000 m
VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO v= 0,130 m/s
GASTO LIQUIDO UNITARIO q= 2,7845 m2/s
PENDIENTE DEL CAUCE S= 0,00925
PESO ESPECIFICO DEL AGUA 999,9 kg/m3
DENSIDAD DEL AGUA 101,93 kg/m3 18°C
PESO ESPECIFICO DEL SOLIDO 1660,76
DIAMETRO MAS REPRESENTATIVO D50= 0,236 mm 0,000236 m
GRAVEDAD g= 9,81 m/s2
D90= 4,907
D50= 0,000236
1.- TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN EL FONDO
1.- CALCULO DE RUGOSIDAD EN LA CAPA DE FONDO
n= 0,03490777
2.- RUGOSIDAD DEBIDA A LAS PARTICULAS DENTRO DEL AGUA
n= 0,02198773
3.- DENSIDAD RELATIVA DE LAS PARTICULAS DENTRO DEL AGUA
0,66092609
4.- NUMERO O PARAMETRO ADIMENCIONAL DE SHIELDS EN FUNCION τ₀
SS= 1,66092609
Tm= 60,2518713
5.- ARRASTRE UNITARIO EN LA CAPA DE FONDO TO
gb= 20,2276427
6.- TRANSPORTE O ARRASTRE EN LA CAPA DE FONDO
GB= 2346,40656 kgf/s
γ=ρ =
σ_g=
w
s
118
999.9 kgf/m3
Vm= 1 * 10(-3) m3
Vm= 0.0005 m3
Ws= 125.2 gr 0.1252 kg
concentracion de sedimentos
7.54E-05
volumen de agua
Vw= Vm-Vs= 4.25E-04
peso especifico de la muestra
5.50E-01
Cs1= 0.07538717 1.78E+02
4.25E-04
1PPm=
Cs3 2.50E-01
25.04
% en
peso
Cs4= 250400
1ppm = 1mg
Cs4 = 2.504E-01 Tnf/m3 2.504E-01
Vs
Ws
s
WsVs
m
c
V
V
119
10. CONCLUSIONES
Las características de los sedimentos del material de lecho en el tramo en el cual
realizamos nuestro estudio del Río Coata podemos decir que este, está constituido
por arena mal graduada, por presentar cantidades apreciables de diferentes tamaños
de granos.. Siendo su peso especifico de relativo de partícula 1660.67 (Kg/m3.)
Con respecto a las características geométricas e hidráulicas se procedió a seccionar
el río en cinco partes distanciados entre si a cada 100m, considerándose como punto
de la investigación la sección N01, en dicho tramo se pudo obtener una pendiente
media de 0.00925 (m/m) y un n de Manning de 0.03490 ,cuenta con los valores de
viscosidad cinemàtica con un valor de 1.4282 E-06 (m2/s), y dinámica con 104562
E-04 (kg-s/m2), a una temperatura medio ambiental de 7º C.
Los métodos usados en el transporte sólido de fondo son difíciles de ser evaluados,
la naturaleza compleja del fenómeno, dificulta la determinación de parámetros
consistentes para efectos de comparación, la aplicación de metodologías al río llave
fue hecha en evaluación, por lo tanto a diferencia de sus valores que se presenta
existe una discrepancia bastante grande entre los métodos; se puede concluir los
métodos que mejor se ajustan por experiencias de otros trabajos son los de Meyer
Peter Muller que genera un valor máximo de 2346.1 (Tn/dia).
Con relación al trasporte sólido en suspensión, las concentraciones es de C=
(kg/m3.
Con respecto a la erosion de la cuenca se cuantifico mediante LA ECUACION
UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELO (USLE) . La pérdida de suelo promedio
anual en la cuenca Coata resulta ser de 39.50 Tn/ha.año
120
11. BIBLIOGRAFIA
01. DE PIEROLA CANALES J. N. “Curso de Transporte de Sedimentos en cursos
de agua Aluviales”, IV Seminario Nacional de Hidrología e Hidráulica – CIP.
Lima. (2001).
02. JUARES B. y RICO R. “Mecánica de Suelos” Tomo I Y III Tercera Edición.
Editorial Limusa – Noriega Editores. México D. F.(1989)
03. LESCANO ROCHA, “Transporte de Sedimentos”, Publicación UNI Lima – Perú
1969.
04. VILLON B. M. ”Hidráulica de Canales”, Editorial Tecnológica de Costa Rica,
(1995).
05. http://definicion.de/erosion/#ixzz2aOO4NMw8
121
ANEXOS
ANEXO A: REPRESENTACION DE LA SECCION TRANSVERSALES DEL RIO
COTA:
El seccionamiento se realizó de aguas arriba del puente MARAVILLAS .
SECCION TRANVERSAL 0+000
COTA
TOTAL:
m.s.n.m
DISTANCIA COTA PROFUNDIDAD
0 3849.45 0.00
6 3849.40 0.55
16 3849.45 0.60
26 3849.30 0.55
36 3849.20 0.70
46 3848.80 0.80
56 3848.65 1.20
66 3848.50 1.35
122
76 3848.55 1.50
86 3848.60 1.45
96 3848.80 1.40
106 3849.20 1.20
116 3849.25 0.90
profundidad promedio 0.94
PV DIST. COTA PERIMETRO ALTURA
AREA
1 AREA 2
AREA
TOTAL
1 0 3849.450 0.550
2 6 3849.400 0.600 0.250 0.250
3 16 3849.450 0.550 0.250 5.500 5.750
4 26 3849.300 0.700 0.750 7.000 7.750
5 36 3849.200 0.800 0.500 8.000 8.500
6 46 3848.800 1.200 2.000 10.000 12.000
7 56 3848.650 1.350 0.750 12.750 13.500
8 66 3848.500 1.500 0.750 14.250 15.000
9 76 3848.550 1.450 0.250 14.250 14.500
10 86 3848.600 1.400 0.250 13.750 14.000
11 96 3848.800 1.200 1.000 11.000 12.000
12 106 3849.200 0.800 2.000 2.000
0.000
105.250
123
SECCION TRANVERSAL 0+100
COTA
TOTAL:
m.s.n.m
DISTANCIA COTA PROFUNDIDAD
6 3849.15 0.55
16 3849.05 0.65
26 3849.00 0.70
36 3848.85 0.85
46 3848.80 0.90
56 3848.70 1.00
66 3848.55 1.15
76 3848.45 1.25
86 3848.40 1.30
96 3848.50 1.20
106 3848.65 1.05
116 3848.85 0.85
126 3848.95 0.75
3848.400
3848.600
3848.800
3849.000
3849.200
3849.400
3849.600
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Co
ta (
m.s
.n.m
.)
Distancia desde la margen derecha (m)
SECCIÓN TRANSVERSAL N°1 DEL RÍO COATAprogresiva 0+000
124
0.70
PV DIST. COTA PERIMETRO ALTURA
AREA
1 AREA 2
AREA
TOTAL
1 0 3849.150 0.550
2 6 3849.050 0.650 0.500 0.500
3 16 3849.000 0.700 0.250 7.000 7.250
4 26 3848.850 0.850 0.750 8.500 9.250
5 36 3848.800 0.900 0.250 9.000 9.250
6 46 3848.700 1.000 0.500 9.500 10.000
7 56 3848.550 1.150 0.750 10.750 11.500
8 66 3848.450 1.250 0.500 12.000 12.500
9 76 3848.400 1.300 0.250 12.750 13.000
10 86 3848.500 1.200 0.500 11.500 12.000
11 96 3848.650 1.050 0.750 9.750 10.500
12 106 3848.850 0.850 1.000 1.000
0.000
96.750
125
3848.300
3848.400
3848.500
3848.600
3848.700
3848.800
3848.900
3849.000
3849.100
3849.200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Co
ta (
m.s
.n.m
.)
Distancia desde la margen derecha (m)
Sección Transversal N° del Río coataprogresiva 0+100
SECCION TRANVERSAL 0+200
COTA
TOTAL:
m.s.n.m
DISTANCIA COTA PROFUNDIDAD
6 0.00
8 3849.43 0.22
10 3849.16 0.49
20 3848.89 0.76
30 3848.34 1.31
40 3848.68 0.97
126
PV DIST. COTA PERIMETRO ALTURA
AREA
1
AREA
2
AREA
TOTAL
1 6 3849.400 0.000
2 8 3849.430 10.000 0.220 0.150 0.150
3 10 3849.160 10.004 0.490 1.350 4.900 6.250
4 20 3848.890 10.004 0.760 1.350 7.600 8.950
5 30 3848.340 10.015 1.310 2.750 13.100 15.850
6 40 3848.680 10.006 0.970 1.700 9.700 11.400
7 50 3849.090 10.008 0.560 2.050 5.600 7.650
8 60 3848.600 10.012 1.050 2.450 10.500 12.950
9 70 3848.490 10.001 1.160 0.550 11.600 12.150
10 80 3848.450 10.000 1.200 0.200 12.000 12.200
11 90 3848.230 10.002 1.420 1.100 14.200 15.300
12 100 3848.58 10.0061231 1.07 1.750 10.700 12.45
13 110 3848.7 10.00072 0.95 0.600 9.500 10.1
50 3849.09 0.56
60 3848.60 1.05
70 3848.49 1.16
80 3848.45 1.20
90 3848.23 1.42
100 3848.58 1.07
110 3848.70 0.95
120 3848.93 0.72
130 3849.01 0.64
140 3849.28 0.37
146 3849.22 0.43
profundidad promedio 0.86
127
14 120 3848.93 10.0026447 0.72 1.150 7.200 8.35
15 130 3849.01 10.00032 0.64 0.400 6.400 6.8
16 140 3849.28 10.0036443 0.37 1.350 3.700 5.05
17 146 3849.22 10.000 0.43 0.300 4.300 4.6
110.058
150.200
3848.000
3848.200
3848.400
3848.600
3848.800
3849.000
3849.200
3849.400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Co
ta (
m.s
.n.m
.)
Distancia desde la margen derecha (m)
Sección Transversal N°1 del Río coataprogresiva 0+200
128
SECCION TRANVERSAL 0+300
COTA
TOTAL:
m.s.n.m
DISTANCIA COTA PROFUNDIDAD
6 3849.45 0.55
16 3849.40 0.60
26 3849.45 0.55
36 3849.30 0.70
46 3849.20 0.80
56 3848.80 1.20
66 3848.65 1.35
76 3848.50 1.50
86 3848.55 1.45
96 3848.60 1.40
106 3848.80 1.20
3848.00
3848.20
3848.40
3848.60
3848.80
3849.00
3849.20
3849.40
0 20 40 60 80 100 120 140 160
SECCION TRANVERSAL 0+200
129
116 3849.20 0.80
126 3849.25 0.75
136 3849.35 0.65
profundidad promedio 1.00
PV DIST. COTA PERIMETRO ALTURA
AREA
1
AREA
2
AREA
TOTAL
1 6 3849.450 0.550
2 16 3849.400 10.000 0.600 0.250 0.250
3 26 3849.450 10.000 0.550 0.250 5.500 5.750
4 36 3849.300 10.001 0.700 0.750 7.000 7.750
5 46 3849.200 10.000 0.800 0.500 8.000 8.500
6 56 3848.800 10.008 1.200 2.000 12.000 14.000
7 66 3848.650 10.001 1.350 0.750 13.500 14.250
8 76 3848.500 10.001 1.500 0.750 15.000 15.750
9 86 3848.550 10.000 1.450 0.250 14.500 14.750
10 96 3848.600 10.000 1.400 0.250 14.000 14.250
11 106 3848.800 10.002 1.200 1.000 11.000 12.000
12 116 3849.200 10.008 0.800 2.000 6.000 8.000
13 126 3849.250 10.000 0.750 0.250 7.250 7.500
14 136 3849.350 10.000 0.650 0.500 6.000 6.500
3979.386
129.250
130
SECCION TRANVERSAL 0+400
COTA
TOTAL:
m.s.n.m
DISTANCIA COTA PROFUNDIDAD
6 3849.43 0.76
8 3849.16 1.31
10 3848.89 0.97
20 3848.80 0.56
30 3848.68 1.05
40 3848.60 0.2.
50 3848.70 0.20
60 3848.49 1.42
70 3848.45 1.07
80 3848.23 0.95
90 3848.58 0.72
100 3848.70 0.64
3848.400
3848.600
3848.800
3849.000
3849.200
3849.400
3849.600
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Co
ta (
m.s
.n.m
.)
Distancia desde la margen derecha (m)
Sección Transversal N°3 del Río COATAPROGRESIVA 0+300
131
110 3848.93 0.37
120 3849.01 0.43
profundidad promedio 0.80
P
V
DIST
.
VIST.
ADEL. COTA
PERIMETR
O
ALTUR
A
AREA
1
AREA
2
AREA
TOTAL
1 6 0.175 3849.430
2 8 1.223 3849.160 10.004 0.760 1.350 1.350
3 10 1.699 3848.890 10.004 1.310 1.350 13.100 14.450
4 20 2.131 3848.800 10.000 0.970 0.450 9.700 10.150
5 30 2.468 3848.680 10.001 0.560 0.600 5.600 6.200
6 40 2.835 3848.600 10.000 1.050 0.400 10.500 10.900
7 50 3.301 3848.700 10.000 0.200 0.500 2.000 2.500
8 60 3.094 3848.490 10.002 0.200 1.050 0.950 2.000
9 70 2.767 3848.450 10.000 1.420 0.200 14.000 14.200
10 80 2.496 3848.230 10.002 1.070 1.100 9.600 10.700
11 90 2.211 3848.580 10.006 0.950 1.750 7.750 9.500
12 100 1.738 3848.700 10.001 0.720 0.600 7.200 7.800
13 110 1.135 3848.930 10.003 0.640 1.150 6.400 7.550
14 120 0.175 3849.010 10.000 0.370 0.400 0.400
130.024
97.700
132
ANEXO B. DISTRIBUCIONES GRANULOMETRICAS DE LAS MUESTRAS DE
SUELO
TAMICES ABERTURA PESO %RETENIDO %RETENIDO %
QUE
ASTM mm RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
3848.000
3848.200
3848.400
3848.600
3848.800
3849.000
3849.200
3849.400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Co
ta (
m.s
.n.m
.)
Distancia desde la margen derecha (m)
Sección Transversal N°2 del Río CoataPROGRESIVA 0+400
133
1/2" 12.700
3/8" 9.525 75.00 13.09 13.09 86.91
1/4" 6.350 0.00 0.00 13.09 86.91
No4 4.760 41.00 7.16 20.24 79.76
No8 2.380 0.00 0.00 20.24 79.76
No10 2.000 48.00 8.38 28.62 71.38
No16 1.190 21.00 3.66 32.29 67.71
No20 0.840 11.60 2.02 34.31 65.69
No30 0.590 12.70 2.22 36.53 63.47
No40 0.420 20.20 3.53 40.05 59.95
No 50 0.300 37.70 6.58 46.63 53.37
No60 0.250 0.00 0.00 46.63 53.37
No80 0.180 94.60 16.51 63.14 36.86
No100 0.149 11.60 2.02 65.17 34.83
No200 0.074 84.40 14.73 79.90 20.10
BASE 115.20 20.10 100.00 0.00
TOTAL 573.00 100.00
% PERDIDA
134
CARACTERISTICAS GRANULOMETRICAS:
D10= ----
D30= 0.124
D60= 0.423
D80= 4.814
D85= 5.925
D50= 0.236
D16= ----
D35= 0.778
D40= 0.859
D65= 1.569
D84= 3.590
D90= 4.907
76.2
00
63.5
00
50.6
00
38.1
00
25.4
00
19.0
50
12.7
00
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
3"21/2"2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80100 200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
1
0.1
0
1.0
0
10
.00
10
0.0
0
%Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
TAMAÑO DEL GRANO EN mm
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMETRICA
135
TAMICES ABERTURA PESO %RETENIDO %RETENIDO %
QUE
ASTM mm RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
1/2" 12.700
3/8" 9.525 81.00 13.07 13.07 86.93
1/4" 6.350 0.00 0.00 13.07 86.93
No4 4.760 52.00 8.39 21.46 78.54
No8 2.380 0.00 0.00 21.46 78.54
No10 2.000 54.40 8.78 30.23 69.77
No16 1.190 25.30 4.08 34.31 65.69
No20 0.840 0.00 0.00 34.31 65.69
No30 0.590 12.50 2.02 36.33 63.67
No40 0.420 24.70 3.98 40.31 59.69
No 50 0.300 40.10 6.47 46.78 53.22
No60 0.250 0.00 0.00 46.78 53.22
No80 0.180 120.60 19.45 66.24 33.76
No100 0.149 13.80 2.23 68.46 31.54
136
DESCRIPCION DE LA
MUESTRA
P.
I. =
619.90
P.
L. =
554.90
P.
P. =
65.00
CARACT.
GRANULOMETRICAS:
D10= 0.071 Cu= 6.14
D30= 0.144 Cc= 0.674
D60= 0.433
D80= 5.036
D85= 5.984
D50= 0.238
D16= 0.094
D35= 0.778
D40= 0.859
D65= 1.569
D84= 3.590
D90= 4.907
No200 0.074 130.50 21.05 89.51 10.49
BASE 65.00 10.49 100.00 0.00
TOTAL 619.90 100.00
% PERDIDA
137
TAMICES ABERTURA PESO %RETENIDO %RETENIDO %
QUE
ASTM mm RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
1/2" 12.700
3/8" 9.525 96.70 12.69 12.69 87.31
1/4" 6.350 0.00 0.00 12.69 87.31
76.2
00
63.5
00
50.6
00
38.1
00
25.4
00
19.0
50
12.7
00
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
3"21/2"2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80100 200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
1
0.1
0
1.0
0
10
.00
10
0.0
0
%Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
TAMAÑO DEL GRANO EN mm
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMETRICA
138
No4 4.760 93.44 12.26 24.95 75.05
No8 2.380 79.10 10.38 35.33 64.67
No10 2.000 0.00 0.00 35.33 64.67
No16 1.190 10.00 1.31 36.64 63.36
No20 0.840 0.00 0.00 36.64 63.36
No30 0.590 39.10 5.13 41.77 58.23
No40 0.420 26.00 3.41 45.18 54.82
No 50 0.300 30.20 3.96 49.15 50.85
No60 0.250 0.00 0.00 49.15 50.85
No80 0.180 220.20 28.89 78.04 21.96
No100 0.149 6.70 0.88 78.92 21.08
No200 0.074 30.60 4.02 82.93 17.07
BASE 130.06 17.07 100.00 0.00
TOTAL 762.10 100.00
% PERDIDA
139
CARACTERISTICAS GRANULOMETRICAS:
D30= 0.199
D60= 0.676
D80= 5.402
D85= 6.050
D50= 0.248
D16= ----
D35= 0.778
D40= 0.859
D65= 1.569
D84= 3.590
D90= 4.907
76.2
00
63.5
00
50.6
00
38.1
00
25.4
00
19.0
50
12.7
00
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
3"21/2"2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80100 200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
1
0.1
0
1.0
0
10
.00
10
0.0
0
%Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
TAMAÑO DEL GRANO EN mm
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMETRICA
140
TAMICES ABERTURA PESO %RETENIDO %RETENIDO %
QUE
ASTM mm RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
1/2" 12.700
3/8" 9.525 153.50 17.32 17.32 82.68
1/4" 6.350 0.00 0.00 17.32 82.68
No4 4.760 75.40 8.51 25.82 74.18
No8 2.380 93.40 10.54 36.36 63.64
No10 2.000 0.00 0.00 36.36 63.64
No16 1.190 79.91 9.01 45.37 54.63
No20 0.840 0.00 0.00 45.37 54.63
No30 0.590 48.40 5.46 50.83 49.17
No40 0.420 10.60 1.20 52.03 47.97
No 50 0.300 31.00 3.50 55.52 44.48
No60 0.250 0.00 0.00 55.52 44.48
141
No80 0.180 139.80 15.77 71.29 28.71
No100 0.149 36.00 4.06 75.35 24.65
No200 0.074 17.00 1.92 77.27 22.73
BASE 201.49 22.73 100.00 0.00
TOTAL 886.50 100.00
% PERDIDA
CARACTERISTICAS GRANULOMETRICAS:
D10= ----
D30= 0.186
D60= 1.673
D80= 5.848
D85= ----
D50= 0.628
76.2
00
63.5
00
50.6
00
38.1
00
25.4
00
19.0
50
12.7
00
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
3"21/2"2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80100 200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
1
0.1
0
1.0
0
10
.00
10
0.0
0
%Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
TAMAÑO DEL GRANO EN mm
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMETRICA
142
D16= ----
D35= 0.778
D40= 0.859
D65= 1.569
D84= 3.590
D90= 4.907
TAMICES ABERTURA PESO %RETENIDO %RETENIDO %
QUE
ASTM mm RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600
1 1/2" 38.100
1" 25.400
3/4" 19.050
1/2" 12.700
3/8" 9.525 157.00 17.37 17.37 82.63
1/4" 6.350 0.00 0.00 17.37 82.63
No4 4.760 77.10 8.53 25.91 74.09
No8 2.380 95.50 10.57 36.48 63.52
No10 2.000 0.00 0.00 36.48 63.52
No16 1.190 81.70 9.04 45.52 54.48
No20 0.840 0.00 0.00 45.52 54.48
143
No30 0.590 49.50 5.48 51.00 49.00
No40 0.420 25.00 2.77 53.76 46.24
No 50 0.300 16.60 1.84 55.60 44.40
No60 0.250 0.00 0.00 55.60 44.40
No80 0.180 145.90 16.15 71.75 28.25
No100 0.149 36.80 4.07 75.82 24.18
No200 0.074 40.60 4.49 80.31 19.69
BASE 177.90 19.69 100.00 0.00
TOTAL 903.60 100.00
% PERDIDA
CARACTERISTICAS GRANULOMETRICAS:
76.2
00
63.5
00
50.6
00
38.1
00
25.4
00
19.0
50
12.7
00
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
3"21/2"2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80100 200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
1
0.1
0
1.0
0
10
.00
10
0.0
0
%Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
TAMAÑO DEL GRANO EN mm
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMETRICA
144
D10= ----
D30= 0.188
D60= 1.684
D80= 5.861
D85= ----
D50= 0.635
D16= ----
D35= 0.778
D40= 0.859
D65= 1.569
D84= 3.590
D90= 4.907
ANEXO C: FOTOS
TOMA DE MUESTRA DE SEDIMENTOS EN EL LECHO DEL RIO
145
146
SECCIONAMIENTO DEL TRAMO EN ESTUDIO
147
MEDICION DE TEMPERATURA AMBIENTE DE RIO
EQUIPO DE TRABAJO
