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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO – PUNO FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

TEMA: TRABAJO ENCARGADO DE HIDRAULICA DE RIOS CURSO: HIDRAULICA FLUVIAL DOCENTE: Ing. MARCELINO QUISPE SOTO PRESENTADO POR:      

PAUL ESLEYTER CUEVA ALANGUIA MILTON PAUL MAMANI LOZA PAOLA DEL PILAR JAPURA QUISPE MAGNO NAYHUA CHARCA NUÑEZ LUQUE RICKY EMANUEL GIANNELA PAOLA GONZALES MATAMET  NIMA YORELA QUISPE ENRIQUEZ OCTAVO SEMESTRE PUNO

PERÚ

1

2016

CONTENIDOS I.

INTRODUCCION:............................................................................................ 4

II.

ANTECEDENTES:........................................................................................... 5

III.

JUSTIFICACION:......................................................................................... 5

IV.

OBJETIVO:................................................................................................. 5

4.1.

OBJETIVO GENERAL................................................................................ 5

4.2.

OBJETIVO ESPECIFICO............................................................................6

REVISION BIBLIOGRAFICA:........................................................................... 6

V.

5.1.

ASPECTOS BASICOS............................................................................... 6

5.1.1.

Cuenca.............................................................................................. 6

5.1.2.

Morfología del rio............................................................................... 6

5.2.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS:..............................................................8

5.2.1.

Definición de Sedimento....................................................................8

5.2.2.

Origen de Sedimentos.......................................................................9

5.2.3.

Propiedades de los sedimentos..........................................................9

5.3.

EL FONDO MOVIL:.................................................................................. 14

5.3.1. 5.4.

TRANSPORTE EN FONDO:.....................................................................16

5.4.1. 5.5.

Concepto de iniciación de movimiento.............................................14 Calculo de resistencia al flujo:..........................................................17

TRANSPORTE EN SUSPENSION:............................................................19

5.5.1.

Método de colby.............................................................................. 20

5.5.2.

Método de Garde y Pande................................................................20

5.5.3.

Método de Samaga..........................................................................20

5.6.

TRANSPORTE TOTAL:............................................................................ 21

5.6.1.

Método de Ackes y White.................................................................21

5.6.2.

Metodo de Engelund y Hansen.........................................................22

VI.

METODOS Y MATERIALES:.......................................................................23

6.1.

AMBITO DEL ESTUDIO:..........................................................................23

6.1.1.

Características Generales................................................................23

6.1.2.

Aspecto socioeconómico.................................................................24

6.1.3.

Accesibilidad – vías de Comunicación..............................................24

6.1.4.

Aspectos Fisiográficos del Área del Estudio.....................................24

6.2.

MATERIALES:......................................................................................... 25 2

6.2.1.

Trabajo en Campo............................................................................25

6.2.2.

Trabajo en Laboratorio.....................................................................25

6.2.3.

Trabajo en Gabinete.........................................................................25

6.3.

METODOLOGIAS:................................................................................... 25

6.3.1.

Busqueda de Informacion................................................................26

6.3.2.

Trabajo en Campo............................................................................26

6.3.3.

Trabajo de Laboratorio.....................................................................26

6.3.4.

Trabajo en Gabinete.........................................................................27

VII.

RESULTADOS Y DISCUSIONES:.................................................................27

7.1.

DATOS HIDRAULICOS Y GEOMETRICOS:................................................27

7.1.1.

Pendiente Longitudinal del Tramo del Rio Limon Verde.....................27

7.1.2.

Representaciones de la Seccion Transversales del Rio Limon Verde.. 27

7.1.3.

Velocidad del Flujo..........................................................................27

7.1.4.

Caudal............................................................................................ 28

VIII.

CONCLUSIONES:...................................................................................... 29

IX.

BIBLIOGRAFIA:........................................................................................ 29

3

I.

INTRODUCCION:

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 transporte 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 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.

4

II.

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 (quien en la actualidad se desapareció) se encarga del manejo Integral de Cuencas hidrográficas y Conservación de Suelos, quien 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 ANA Autoridad Nacional del Agua 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, y también con el gobierno regional de puno 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 y etc. III.

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. IV.

OBJETIVO: IV.1. 



OBJETIVO GENERAL. El objetivo principal de este estudio es determinar y evaluar el transporte de sedimentos en un tramo del rio limón verde de santa lucia en la provincia de lampa, 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 limón verde.

5

IV.2.     

V.

OBJETIVO ESPECIFICO. Determinar las características de los sedimentos del río Limón Verde 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 Limón Verde, 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 Limón Verde.

REVISION BIBLIOGRAFICA: V.1.

ASPECTOS BASICOS. V.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. V.1.2. Morfología del rio. 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.

6

Clasificación de Ríos. Según su edad. CUADRO N°1: CLASIFICACION DE RIOS

RIOS JOVENES

RIOS MADUROS

Corresponde al El valle estado inicial de un anchado rio

se

RIOS VIEJOS ha

El valle se ancha más y adquiere menor pendiente

Los meandros Generalmente tiene Las pendientes son cubren menos que el la forma de V menores área de todo el valle

Son muy irregulares

El rio se encuentra Se forman diques en estado de naturales a lo largo equilibrio del rio

El ejemplo típicos es un torrente de montaña de gran poder erosivo con caídas y rápidas

El valle es lo suficiente ancho El rio es más regular como para que se desaparecen las desarrollen caídas y rápidas actividades agro económicas

Se forman Se forman las deltas El delta no está bien meandros pequeñas en la formado áreas de inundación desembocadura Se ha hecho obras de encauzamientos para evitar el desplazamiento lateral del rio

El rio puede formar meandros, con islas o divagar con muy baja pendiente y gran cantidad

De islas FUENTE: ELABORACION PROPIA

7

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 a la 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 a las propiedades del terreno, sino a la naturaleza del comportamiento fluvial. La palabra meandro proviene del griego, a través del latín, “meandros”. En griego “maendros” 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 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. V.2.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS: V.2.1. Definición de Sedimento.

Según 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. 8

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. V.2.2. Origen de Sedimentos 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. V.2.3. 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. 9

P V  S  g  s

S 

Donde: γ s=Peso especifico de la particula P= peso de la particula ( N ) . m/s 2 g= Aceleracion de la gravedad ¿ )

CUADRO N°2: Rango de valores del peso específico de partículas solidad MATERIAL Piedras y guijarros

ɣs [N/m3] SI

ɣs [Kgv/m3] ST

18000 a 28000 1800 a 2800 21000 a Gravas 24000 2100 a 2400 26000 a Arenas 27000 2600 a 2700 FUENTE: MAZA. J. A. 1987

B. Gravedad especifica 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

S  S   

C. Densidad relativa: 

S    S     

Δ=Densidad relativa cuyo valor común para cuarzos es de 1.65. 10

D. Peso específico sumergido: Se define por la diferencia entre el peso específico del sedimento y el peso específico del agua,

S  S 

E. Peso específico de la mezcla agua-sedimento (ɣm): Cuando el agua lleva material solido en suspensión, tal como limo, arcilla, etc., su peso específico difiere del peso específico del agua clara y se puede calcular con l siguiente expresión:

m  

S  S    m

Donde: ∀ s=Volumen de sedimento del peso especifico γs ∀ m=Volumen de lamezcla

∁ s=Concentracion de sedimento en suspension(en peso)

CS 

WS  S   S  m 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 11

CS 

WS  S   S  m m

∀ s=Volumen de sedimento del peso especifico γs ∀ m=Volumen de lamezcla

∁ s=Concentracion de sedimento en suspension(en peso) La concentración en peso se expresa en partes por millón, teniendo para el agua la siguiente equivalencia: 1PPm  

10 6 t m3

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  WS   m  S  Wm

Donde: ∀ s=Volumen de sedimento del peso especifico ( ppm) ∀ m=Volumen de lamezcla

∁s=Concentracion de sedimento en suspension ( en peso ) Ws= peso de solidos

Wm= peso de la muestra γm=peso especifico de lamuestra

γs= peso especifico de los solidos

1PPm  10 6

m 3 ml  m3 m 3

G. Formas 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 12

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.



3

c b   b a

2

3

bc a2

Donde: ϑ=Esfericidad a=Arista mas larga

b=Arista de longitud intermedia c= Arista mas 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, 13

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. Velocidad de caída de una espera: La expresión general para obtener la velocidad de caída de una esfera es:  4 g  D     3C D 

1/ 2

Donde: ω=velociddad de caidaen( m/s) m 2/s g=gravedad en ¿ ) D=Diametro de la particula en ( m ) C D =Coeficiente de arrastre que depende del numero de Reynols ∆= peso especifico de la particula sumergida    s    /  Donde:

Kgf /m 3 γ = peso especifico del agua en ¿ ) Kgf /m3 γs= peso especifico de los solidos en ¿ ) CD 

24 Re

Donde: ∁D =Coeficiente de arrastre que depende del numero de Renols

14

ℜ=Numero de Reynols Re 

d 

Donde: ℜ=Numero de Reynols m/s ω=Velocidad de caidaen ¿ ) D=Diametro de la particula m3/ s v =Viscosidad dinamica del aguaen¿ ) varia con la temp.

V.3.

EL FONDO MOVIL: V.3.1. 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 τ por unidad de área se denomina fuerza tractiva (¿¿ 0) . 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.

 0  ALS 15

  RS Donde: τ 0 =Fuerza tractica τ =Fuerza tractivaunitaria sobre el fondo o esfuerzo cortante . γ =Peso especifico del agua

R=Radio hidraulico S= pendiente

L=Longitud del tramo delcanal A=areamojada



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: FIGURA N° 1: DIAGRAMA DE SHIELDS PARA LA INICIACION DE MOVIMIENTO

a) Parámetro de SHIELDS.

16

 C 

0 V2    S     D50   S    D50

b) Índice de inestabilidad

Re 

V  D50 

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. 

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 2 / 3 1/ 2 R S n

Donde: V =Velocidad media en la secciontransversal del cauca . R=Radio hidraulico .

S=Gradiente hidraulico . C=Coeficiente dde resistencia al flujo .

n=Coeficiente de rugosidad de Manning . V.4.

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.

17

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. V.4.1. Calculo 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. FORMULA DE PARIS.         C  1  0.47 Log  0   0.12  Log  0   C0  C   C      C  C 0 (1  0.47 Log  0  C





    0.12 Log  0   C 

Donde: C=Coeficiente de chezy C0 =Coeficiente de Chezy para lacondicion critica :

 h  C 0  32 Log  10 c  D35   hc =Profundidad critica para una pendiente S hc 

 C  D35    S     S

18

 

2

2

  )  

τ c =Fuerza tractiva critica τ 0 =Fuerza tractiva sobre el fondo

 C 

C  S     D

τ ¿ C =Parametro Adimensional de Shields . este se obtiene mediante larelacion grafica propuesta por shields 1

R 6 n C

V  C R  S

1

2

Q V  A

METODO DE BROWNLIE. Régimen de rizos y dunas

 R  4.57  3  D gD q

 R q  4.57   D

1.529

1.529

S 0., 389  0.161

S 0., 389  g  D3  0.161

Régimen de antidunas y rápidas

 R  7.51  3  D gD q

Q  q T

19

1.60

S 0., 46  0.128

Donde: q=Caudal liquido por unidad de ancho ( caudal especifico ) en m3 /seg /m / σ =Desviacionestandar geometricade los sedimentos dado por n D 2    D 

 

2

n n  1

METODO DE RANGA RAJU. A

Ka  V (   1)  g  R 



E  Kb   

R   D50 

 

1 3



S  1 

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. 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. V.5.

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 20

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:

V.5.1. Método 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.

Gss  K  Gss" K  1  ( K 1  K 2  1)(0.01) K 3 Gss"  Gss1  C

Donde: K1, K2, K3, = Factores de corrección. Gss”= Gasto solido de suspensión corregida. C= Factor de corrección de una tonelada. USDA/día= 2.98 t/m día. Gss”= Gasto solido de suspensión obtenida de la siguiente gráfica. V.5.2. Método de Garde y Pande.

Tss  V   0.000051   q   

21

4

 V  Tss  0.000051    

4

 q 

o  g RS 

V 

Donde: Tss=Trasnporte solido en suspension por unidad de anchoen kg /seg /m V ¿ =Velocidda de corte V.5.3. Método de Samaga.

Tss 

1



    S 

Tss  S

 

1



1     3   g  D50 

2



2

  S    S  





1



2



1     3   gD 

1

2

  30 3 O   V2     S    D  S    g  D V.6.

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

22

resultados son muy satisfactorios. Por esta razón es que estas relaciones son usadas. V.6.1. 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.

TST 

1



    S 

T   ST S

 

1



1     3  g  D 50  

2



2

  S    S 

1  g  y 2    







1



2

1     3   gD 

     S

V



1





2



  0.5  G  C 2    1  C3 

1

2

  V      S  V 

C4

C4

Los valores de c1, c2, c3, c4, dependen de D*, el cual esta dado por:   S     g      2  

D  D Además de que Para los valores de:

1< D¿ 60

Para los valores de: C1 =0 :C2=0.025 C3 =0.17 : C 4=1.50 Donde:

∅=Paramero de transporte

V ¿ =Velocidad de corte V.6.2. Metodo 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 más adelante la parte de metodología.

TST 

1



    S 

T   ST S

 

2



1



1     3   g  D50 

  S    S  





1



2



  

1   3  g  D50  5

  f  0.4 * 2 5

0.4 * 2  f

24

1

2

2

 V  f  8 *   V 

* 

2

o  S     D

Donde: T ST =Transporte solidos total por unidad de ancho kg/ seg/m f =factor de friccion

VI.

METODOS Y MATERIALES: VI.1. AMBITO DEL ESTUDIO: Se delimita el área de estudio, correspondiente a la cuenca del rio Verde Limon. 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). VI.1.1. Características Generales. I.1.1.1.

Ubicación:

A. Ubicación Geográfica:  Coordenadas Geográficas: Latitud sur: Longitud Oeste:  Coordenadas UTM: Norte: Este:  Limites Hidrográficos: Norte: Sur: Este: Oeste: B. Ubicación Política:

25

La cuenca del río Verde Limon se ubica íntegramente dentro del Departamento de Puno, ocupa las superficies de las provincias de Lampa y una parte de san roman. VI.1.2. Aspecto socioeconómico. I.1.1.2.

Ubicación:

La población total de la cuenca del Río Limon Verde en el distrito de santa lucia 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. VI.1.3. Accesibilidad – vías de Comunicación. La ciudad de Juliaca es el centro urbano más relevante en la cuenca del río LIMON VERDE, 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 y media 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. VI.1.4. Aspectos Fisiográficos del Área del Estudio. La cuenca del rio Limon Verde está conformado por las cuencas de los ríos Cabanillas y Lampa. Se caracteriza como un sistema de cuenca endorreica, ubicada entre las provincias de San Román, Lampa, en el Departamento de Puno. La superficie total de la cuenca Limon Verde es de 4,908.44 Km2. Sus características fisiográficas principales que son materia de estudio son las siguientes:    

Cota máxima de la cuenca Limon Verde: 5,300 msnm. Cota mínima de la cuenca Limon Verde: 3,800 msnm. Altitud media de la cuenca del río Lampa: 4,225 msnm. Longitud de cauce más largo (Cuenca Lampa) rio Limon Verde: 101.44 Km. 26

VI.2. MATERIALES: VI.2.1. Trabajo en Campo.          

Wincha. GPS Mira y nivel del ingeniero. Estaca. Pala. Pico. Recipientes para la extracción de muestras del suelo. Recipiente de medición. Cuaderno de apuntes y lapicero. Cámara fotográfica.

VI.2.2. Trabajo en Laboratorio.     

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

VI.2.3. Trabajo en Gabinete.   

Computador o laptop Calculadora Cuaderno de apuntes.

VI.3. METODOLOGIAS: 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 la aforacion hicemos con el método del flotador. VI.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, 27

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: VI.3.2. Trabajo en Campo. El trabajo de campo consiste primeramente en el reconocimiento del río donde se realizara el estudio sedimento lógico, (río Limon Verde), 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. 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. VI.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.  Tamizar el material por las mallas indicadas.  Obtener datos del peso retenido de cada criba. VI.3.4. Trabajo en Gabinete. Con la ayuda de Excel se obtuvieron: 28

   VII.

CURVAS GANULOMETRICAS (ANEXO…) PENDIENTE LONGITUDINAL DEL TRAMO DEL RIO SECCIONES TRNASVERSALES DE LOS TRAMOS.

RESULTADOS Y DISCUSIONES: VII.1. DATOS HIDRAULICOS Y GEOMETRICOS: VII.1.1. Pendiente Longitudinal del Tramo del Rio Limon Verde. Hallando la pendiente:

S

H L

Donde: S= pendiente H=Diferenciaa de cotas entre los extremos del cauce , en m.

L=Longitud del cauce , en m.

S

(4050  4018)m  0.032 1000m VII.1.2. Representaciones de la Seccion Transversales del Rio Limon Verde.

El seccionamiento se realizó de aguas arriba del Rio Limon Verde del distrito de Santa lucia provincia de Lampa. VII.1.3.

Velocidad del Flujo.

Para ello, empleamos el método del flotador y para ello hemos tomado 4 tiempos en un trayecto de 20 metro de longitud. t 1 =45.75 seg t 2 =32.04 seg

29

t 3 =26.42 seg t 4=37.55 seg t=35.44 seg .(tiempo promedio)

V

d t

Donde:

V =velocidad (m/seg)

d=distanciadel recorrido en(m) t=tiempo (seg )

d=20 m(distancia que se tomo en cuenta)

20m 35.44seg V  0.564m / seg V

VII.1.4.

Caudal.

Q V  A Donde: Q=caudal(m3/ seg) V =velocidad (m/seg) A=area de seccion del rio(m 2)

Sección o área del rio Verde Limon el

V =0.564 m/seg

A=17.74 m2(0+ 000) 30

Q  0.564m / seg  17.74m2 Q  10.005m3 / seg

VIII.

CONCLUSIONES: 

IX.

BIBLIOGRAFIA:     

X.

Con respecto a las características geométricas e hidráulicas se procedió a seccionar el río entre sí a cada 2m, en dicho tramo se pudo obtener una pendiente media de 0.032.

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). JUARES B. y RICO R. “Mecánica de Suelos” Tomo I Y III Tercera Edición. Editorial Limusa – Noriega Editores. México D. F.(1989) LESCANO ROCHA, “Transporte de Sedimentos”, Publicación UNI Lima – Perú 1969. VILLON B. M. ”Hidráulica de Canales”, Editorial Tecnológica de Costa Rica, (1995). http://definicion.de/erosion/#ixzz2aOO4NMw8 ANEXOS:

31

FOTOGRAFIA N°1: COTA DE INICIACION DE AFORACION

FOTOGRAFIA N°2: SECCIONAMIENTO DEL RIO LIMON VERDE

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FOTOGRAFIA N°3: GRUPO DE EQUIPOS EN EL SECCIONAMIENTO DEL RIO

FOTOGRAFIA N°4: ALINEMAMIENTO PARA EL SECCIONAMIENTO

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FOTOGRAFIA N°5: LECTURA DEL TIRANTE DEL AGUA EN EL RIO LIMON VERDE

FOTOGRADIA N°6: INICIACION DEL AFORORAMIENTO DEL RIO METODO FLOTADOR

34

FOTGRAFIA N° 7: VISTA DE LA UBICACIÓN PAR EL AFORAMIENTO

FOTOGRAFIA N°8: RIO LIMON VERDE

35

36