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Trabajo 01.- Cuenca Hidrográfica del Río Santa 1.0 Definición de Cuenca Hidrográfica “Una cuenca hidrográfica constituye un espacio físico delimitado por la propia naturaleza y principalmente por los límites que imponen las zonas de escurrimiento de las aguas superficiales convergiendo hacia un mismo punto de desagüe o de cierre” (Garay & Gabriel, 2018, p. 32). Villanueva et al. (2016) define desde un punto de vista hidrológico que “una cuenca hidrográfica es definida como el área geográfica natural o unidad de territorio delimitada por una divisoria topográfica (Divortium Aquarum), que capta las precipitaciones y drena el agua de escorrentía hacia un colector común, denominado río principal” (p. 15). Figura 1 Esquema donde se muestran las partes de una cuenca hidrográfica

Fuente: Vásquez Villanueva (2016)

Hidráulica fluvial

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Trabajo 01.- Cuenca Hidrográfica del Río Santa 2.0 Delimitación de la Cuenca Hidrográfica del Río Santa (Puente Alegre – Recuay) Figura 2 Delimitación de la cuenca del Río Santa, Pte. Alegre.

Elaboración Propia Hidráulica fluvial

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Trabajo 01.- Cuenca Hidrográfica del Río Santa Tabla 1 Datos de la Cuenca del Río Santa (Puente Alegre) Área(km2) 1344.39 Área(ha) 134439 Área(mi2) 519.07 Perímetro(km) 195.132 Longitud del río (km) 59.153 Punto más alto msnm 5650 Punto más bajo msnm 3400 Punto más alto msnm (río) 4025 Punto más bajo msnm (río) 3400 Pendiente del río (%) 3.804 % Factor de forma (f) 0.356 Coeficiente de compacidad (k) 1.49 X 230239.89 Y 8926100.30 Características de la cuenca del Río Santa, Pte. Alegre Elaboración Propia

Referencias BibliográficasXGaray, D., & Gabriel, J. N. (2018). Delimitación Hidrográfica y Caracterización Morfométrica de la Cuenca del Río Anzulón. INTA Ediciones. Vásquez Villanueva, A., Mejía Marcacuzco, A., Faustino Manco, J., Terán Adriazola, R., Vásquez R., I., Díaz Rimarachin, J., Vásquez R., C., Castro A., A., Tapia Muñoz, M., & Hidráulica fluvial

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Trabajo 01.- Cuenca Hidrográfica del Río Santa Alcántara Ramos, J. (2016). Manejo y gestión de cuencas hidrográficas. https://drive.google.com/file/d/0B0s38cputCj_aHBmbFZEU29uQWM/view

Hidráulica fluvial

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Trabajo 02.- Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa 1.0 Definición del Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa Apaclla (2014) afirma que “un rio está dentro del dominio del sistema fluvial, que consiste de la cuenca de drenaje y de los reservorios, lagos u océanos ubicados aguas abajo” (p. 13). Vide et al. (2002) manifiesta que “los ríos son cursos de aguas permanentes o temporarios que recorren la superficie terrestre siguiendo la pendiente del suelo y desembocan en el mar, otros ríos, lagos o se pierden en el interior de los continentes” (p. 13). Según Apaclla (2014) la zonificación del sistema fluvial se divide en: La parte superior o Zona 1: Es la porción de cuenca donde se origina la mayor cantidad de agua y de sedimentos. Quebradas pequeñas en esta zona se caracterizan por ser inestables y a menudo por encontrarse trenzadas. Debido a la inestabilidad de los cauces, el estudio de la geomorfología del río solo puede ser analizado sobre la base de asunciones gruesas mas no detalladas. La parte media o Zona 2: Es el tramo en el cual el río es más estable y donde su configuración está mejor definida. Los ríos grandes presentan tramos largos en esta zona 2, pero la misma puede estar ausente en ríos pequeños. Este es el tramo en el cual se realizan los mayores estudios, modelamientos y obras de control. La zona 3: Está cerca de la boca de salida donde el río aluvial está bajo la influencia de las variaciones de las mareas. Los ríos en esta zona a menudo se encuentran trenzados. (pp. 13-14)

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Trabajo 02.- Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa

Figura 1 Sistema fluvial

Fuente: Vásquez Villanueva (2016) 2.0 Esquema del Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa Tabla 1 Coordenadas de inicio y final que determinan cada zona del sistema fluvial del Río Santa Coordenadas UTM – Zona 18 L Zonas

Inicio

Final

Zona 1

249822.00 E, 8879520.00 N

241537.00 E, 8896815.00 N

Zona 2

241537.00 E, 8896815.00 N

189780.00 E, 9004844.00 N

Zona 3

189780.00 E, 9004844.00 N

758799.92 E, 9007769.00 N Elaboración Propia

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Trabajo 02.- Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa Figura 2 Zonas y principales aportantes - Cuenca del Río Santa ZONA 3

ZONA 2

ZONA 1

Laguna Conococha – Inicio del Rio Río Huancacancha

Puente Choquechaca - Caraz

Desembocadura del Santa

Elaboración propia Hidráulica fluvial

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Trabajo 02.- Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa Figura 3 Zonificación del Cauce Principal del Río Santa

LEYENDA: Zona 1 Zona 2 Zona 3

Elaboración Propia

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Trabajo 02.- Sistema Fluvial de la Cuenca del Río Santa Referencias Bibliográficas Apaclla Nalvarte, R. (2014). Hidraulica Fluvial. Lima: Fondo Editorial - UNALM. Martin Vide, J. (2002). Ingenieria de Rios. Cardenas, Tabasco, Mexico: Editorial - Alfaomega.

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo 1.0 Definición de Caudal Dominante o Formativo Martin (2001) afirma que: El caudal que llena el cauce principal desarrolla la mayor o más importante acción modeladora sobre el cauce (en términos de velocidad o de tensión superficial- fuerza por unidad de Tensión), puesto que un caudal mayor es menos frecuente y sobre todo apenas incremente la acción. Por eso esta caudal de cause lleno se conoce también como un caudal formativo, dominante o efectivo. Según algunos autores es un caudal que se da 2 veces al año como promedio o bien, según otros. Un caudal con un periodo de retorno de 1.4 años. El caudal formativo sería el determinante de la geometría hidráulica. (p. 111) Otros autores han afirmado que: El gasto formativo que recibe este nombre es el gasto líquido diario que puede transportar un gasto sólido diario promedio, del material del fondo. En épocas de avenidas es cuando se debe obtener los gastos sólidos ya que en esta época de estiaje generalmente no hay transporte de sedimentos. (Pérez, 2008, p. 178)

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo 2.0 Cálculo del Caudal Dominante para la Cuenca Hidrográfica del Río Santa (Puente Alegre – Recuay) Q=4.0 A f 1.21 S 0.28 Donde: Q = Caudal dominante, en pies3 /s. Af = Área correspondiente al cauce con caudal dominante, en pies2. S = Pendiente de la superficie de agua, en pie/pie. Cálculo del caudal dominante mediante dos pendientes Primera Pendiente – Diferencia de Cotas de la Superficie Libre de Río S=

Cota mayor−Cota menor Longitud del río

Cota mayor = 5650 msnm Cota menor = 3400 msnm Longitud del Río = 59.153 Km S=

5650−3400 59.153 x 1000

S=3.804 % Reemplazando en la ecuación de caudal formativo: Q=4.0 A f 1.21 S 0.28 Af = ¿? Pie2 Hidráulica fluvial

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo S= 0.03804 Q=4.0 x A f 1.21 0.03297 0.28 Nota: Al no haber calculado el área de aforo in situ no se puede realizar el cálculo del caudal formativo o dominante. Segunda pendiente – Diámetro medio de la partícula del lecho S=18

d Ad

( )

0.6

d = tamaño medio de la partícula del lecho (mm) Ad = Área de drenaje (Milla2) Cálculo de los parámetros:

Tabla 1 Tamiz Hidráulica fluvial

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo pulg. 3" 2" 11/2" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 20 N° 40 N° 60 N° 140 N° 200 < 200

mm

Di mm

76.200 50.800 38.100 25.400 19.100 9.520 4.760 2.000 0.840 0.425 0.250 0.106 0.075 0.053

63.500 44.450 31.750 22.250 14.310 7.140 3.380 1.420 0.633 0.338 0.178 0.091 0.038

%retenido parcial 0.0 0.0 24.3 7.5 6.8 10.3 8.9 9.7 5.9 5.9 3.4 3.3 0.6 13.4

%retenido acumu. 0.0 0.0 24.3 31.8 38.6 48.9 57.8 67.5 73.4 79.3 82.7 86.0 86.6 100.0

% que pasa 100.0 100.0 75.7 68.1 61.4 51.1 42.2 32.5 26.6 20.7 17.3 14.0 13.4 0.0 ∑

∆Pi

Di * ∆Pi

0.0 24.3 7.6 6.7 10.3 8.9 9.7 5.9 5.9 3.4 3.3 0.6 13.4 100

0.000 1080.135 241.300 149.075 147.393 63.546 32.786 8.378 3.732 1.148 0.587 0.054 0.858 1728.99155

dm=

17.2899155

Granulometría para cálculo del diámetro medio

GRAVA=

57.8

ARENA=

28.8

FINOS=

13.4

Elaboración Propia

d = 17.286 (mm) Hidráulica fluvial

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo Ad = 519.07 (Milla2) Reemplazamos en la ecuación de la pendiente:

S=18

(

17.289 519.07

0.6

)

S=2.338 pie /milla Convertimos las unidades de la pendiente en pie/pie S=0.00044277 pie/ pie Reemplazando en la ecuación de caudal formativo: Q=4.0 A f 1.21 S 0.28 Af = ¿? Pie2 S= 0.00044272 Q=4.0 x A f 1.21 0.000442720.28 Nota: Al no haber calculado el área de aforo in situ no se puede realizar el cálculo del caudal formativo o dominante. Regionalización de Caudales: Ecuación potencial Q máxp=0.0661∗A1.094 r =0.981 Ecuación lineal

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo Q máxp=1.533+ 0.1159 A r =0.9994 Donde: Qmáx: Promedio de las descargas máximas anuales (m3 /s) A: Área de la cuenca colectora en Km2 r: Coeficiente de correlación Reemplazando valores: A = 1344.39 Km2 Ecuación potencial Q máxp=0.0661∗1344.391.094 Q máxp=174.907 m3 / s Ecuación lineal Q máxp=1.533+ 0.1159∗1344.39 Q máxp=157.348 m 3 /s Modelo regional para estimar las descargas máximas o caudal formativo – dominantes anuales de la Cuenca del Río Santa: Q=Q máxp (0.8037+0.2562 ln ( T ) ) r =0.9993

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo Donde: Q: Caudal Formativo o Dominante para el período de retorno T (m3 /s). Qmáxp: Promedio de la descarga máxima instantánea anual (m3 /s). Ln: Logaritmo natural. T: Período de retorno en años. Reemplazando valores: Para la ecuación potencial: Qmáxp = 174.907 m3/s T = 1.4 años

Q=174.907∗(0.8037+0.2562 ln ( 1.4 ) ) Q=155.651 m 3 /s Para la ecuación lineal: Qmáxp = 157.348 m3/s T = 1.4 años

Q=157.348∗(0.8037+0.2562 ln ( 1.4 ) ) Q=140.025 m 3 /s Método ecuación envolvente de Creager: Q=( C1 +C 2)∗log ( T )∗Am A

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−n

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo Donde: 𝑄: Caudal Formativo o dominante para el período de retorno T (m3 /s). 𝑇: Periodo de retorno (años) 𝐴: Área de la cuenca (km2) 𝐶1, 𝐶2, 𝑚, 𝑛: Constantes para las diferentes regiones del Perú Reemplazando valores 𝑇 = 1.4 años 𝐴 = 1344.39 Km2 Constantes regionales de la Cuenca del Río Santa para el Método de Creager (Región 2) 𝐶1 = 0.1 𝐶2 = 1.28 𝑚 = 1.02 𝑛 = 0.04 −0.04

Q= ( 0.1+ 1.28 )∗log ( 1.4 )∗1344.391.02 1344.39 Q=49.753 m3 /s

Referencias Bibliográficas

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Trabajo 03.- Caudal Dominante o Formativo Martin, P. (2001). Ingeniería de Ríos. 2 ed. Barcelona, España. Ediciones Universidad Politécnica Cataluña. Pérez Morales, G. (2008). Ingeniería de Riegos. Medellín-Colombia: McGraw Hill.

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos 1.0 Definición en la Clasificación de Ríos Los ríos en la naturaleza presentan generalmente tres formas: Rectos, Trenzados y Meandricos. Apaclla (2014) clasifica los ríos por su geometría en: Ríos Rectos: Siguen una alineación recta. Existen en planicies que son inadecuadas para permitir velocidades erosivas, o en pendientes pronunciadas donde se pueden alcanzar altas velocidades, en esta clasificación, es aquel que no tiene comportamiento meándrico; esto es, su sinuosidad es menor de 1.5. Ríos Trenzados: Son aquellos formados por canales interconectados aleatoriamente, separados por barras, que presentan la apariencia de una trenza. Este tipo de ríos se encuentra raramente en pendientes relativamente fuertes, según Lane (1957), si 𝑆 = 0.10𝑄1/4 o mayores, y según Leopold y Wolman (1957), si (1957), si S = 0.06 Q -0.44 o mayores. Ríos con Meandro: Un río con meandro es aquel en el que la configuración se presenta en forma de una serie de curvas consecutivas. La diversidad de formas y tamaños de los meandros se puede explicar por las diferentes circunstancias en las que se originan y por los cambios que surgen durante su evolución en el tiempo, que muchas veces están relacionados con las características del material de las márgenes. Un río meándrico tiene una sinuosidad mayor de 1.5 y consiste de porciones alternadas de curvas y formas claramente sinuosas. (p. 19) Una de las clasificaciones más utilizadas por las geomorfologías y ampliamente aceptadas en ingeniería es la tipificación del cauce por grados: jóvenes, maduros y viejos. Apaclla (2014) clasifica los ríos de acuerdo a su edad en: Los Ríos Jóvenes: Tienen generalmente valles irregulares en forma de V. Sus cauces adoptan la misma forma y están constituidos por material fracturados que pueden o no ser erosionables. Casi todos los ríos de montaña y sus tributarios son ejemplos de ríos jóvenes. En los Ríos Maduros: El valle fluvial se ensancha, las pendientes longitudinales son suaves y la erosión lateral es mucho más significativa que la erosión en el fondo. En Hidráulica fluvial

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos un cauce maduro hay llanuras de inundación angostas y se tiende al desarrollo de los meandros. Ríos Viejos: Son extensiones en el tiempo de los maduros, a medida que la erosión continua, los valles fluviales se desarrollan hasta que sus características pasan a ser las de mayor ancho y menor pendiente. (p. 20) Figura 1 Cauce de un río joven – Río Apurímac

Fuente: Diario Pregón

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos Figura 2 Cauce de un río maduro – Río de la plata

Fuente: Diario El Tributo Figura 3 Cauce de un río viejo – Río amazonas

Fuente: IGUA Magazine

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos 2.0 Ejemplos de Tipos de ríos por geometría en la Cuenca del Río Santa Figura 4 Río recto, Cuenca del Rio Santa, Pato.

Fuente: Google Earth Figura 5 Ríos trenzados, Cuenca del Rio Santa, Vinzos

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos Fuente: Google Earth Figura 6 Ríos Meandricos, Cuenda del Rio Santa, Huaraz

Fuente: Google Earth

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Trabajo 04.- Clasificación de Ríos

Referencias bibliográficas Apaclla Nalvarte, R. (2014). Hidraulica Fluvial. Lima: Fondo Editorial - UNALM.

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Trabajo 05.- Sinuosidad 1.0 Definición de Sinuosidad en Cuencas Hidrográficas Apaclla (2014) indica que se pueden clasificar en cuatro tipos principales, los cuales son: Ríos de canal Sinuoso: Tienen una pendiente plana, un ancho uniforme y característico y sinuosidad moderada a alta. El canal es relativamente angosto y profundo, con alto contenido de barro arcilloso y gran estabilidad en los taludes. Ríos Sinuosos con barras: Son escarpados y tienen tasas más rápidas de migración lateral en curvas, aunque tramos rectos pueden permanecer estables para periodos largos de tiempo. Estos ríos tienden a tener mayor ancho en el ápice de las curvas, también tienden a tener barras prominentes que son normalmente desplazados y visibles en el nivel normal. Ríos sinuosos trenzados: Para la misma descarga son más escarpados y anchos que los ríos sinuosos con barras características por tasas rápidas de migración lateral y rápidos cambios en la posición del talweng. Estos ríos tienen bastante transporte de material grueso en el fondo, pero menos contenido de barro arcilloso. Las barras son más irregulares a medida que el trenzado se incrementa. (p. 21)

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Trabajo 05.- Sinuosidad 2.0 Cálculo de Sinuosidades en la Cuenca del Río Santa Fórmula del cálculo de sinuosidades: S=

ABC AC

Sinuosidad Baja (S < 1.3) S=

583.15 =1.16782 499.28

Figura 1 Sinuosidad baja - Cuenca del Rio Santa, Cañasbamba.

Fuente: Google Earth Sinuosidad Media (1.3< S 2) S=

1230.35 =2.0158844 610.34

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Trabajo 05.- Sinuosidad

Figura 3 Sinuosidad Alta. Cuenca del Rio Santa, Colcas.

Fuente: Google Earth

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Trabajo 05.- Sinuosidad

Referencias bibliográficas Apaclla Nalvarte, R. (2014). Hidraulica Fluvial. Lima: Fondo Editorial - UNALM.

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Trabajo 06.- Diámetros Representativos 1.0 Diámetros Representativos, Coeficiente de Uniformidad, Coeficiente de Curvatura y Coeficiente de Orden Tabla 1 Tamiz pulg. mm

∆Pi

Di * ∆Pi

0.0 24.3 7.6 6.7 10.3 8.9 9.7 5.9 5.9 3.4 3.3 0.6 13.4 100

0.000 1080.135 241.300 149.075 147.393 63.546 32.786 8.378 3.732 1.148 0.587 0.054 0.858 1728.99155

dm= Granulometría para el cálculo de valores de los diámetros representativos

17.2899155

3" 2" 11/2" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 20 N° 40 N° 60 N° 140 N° 200 < 200

76.200 50.800 38.100 25.400 19.100 9.520 4.760 2.000 0.840 0.425 0.250 0.106 0.075 0.053

GRAVA=

Di mm 63.500 44.450 31.750 22.250 14.310 7.140 3.380 1.420 0.633 0.338 0.178 0.091 0.038

57.8

%retenido parcial 0.0 0.0 24.3 7.5 6.8 10.3 8.9 9.7 5.9 5.9 3.4 3.3 0.6 13.4

%retenido acumu. 0.0 0.0 24.3 31.8 38.6 48.9 57.8 67.5 73.4 79.3 82.7 86.0 86.6 100.0

ARENA=

% que pasa 100.0 100.0 75.7 68.1 61.4 51.1 42.2 32.5 26.6 20.7 17.3 14.0 13.4 0.0 ∑

28.8

FINOS=

13.4

Elaboración Propia

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Trabajo 06.- Diámetros Representativos Figura 1 Diámetros representativos en la Curva Granulométrica

Nota. La curva granulométrica fue elaborada a partir de la granulometría. Tomado de Tabla 1. Elaboración propia.

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Trabajo 06.- Diámetros Representativos Tabla 1 Valores de los Diámetros Representativos Diámetros Representativos D10

Valores (mm) 0.069

D16

0.193

D25

0.727

D30

1.508

D35

2.711

D40

4.134

D50

8.932

D60

17.798

D65

22.485

D75

36.930

D84

42.438

D90

45.574 Elaboración propia

Coeficiente de Uniformidad: C u=

D60 D10

Reemplazando valores de los diámetros representativos: C u=

17.798 0.069

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Trabajo 06.- Diámetros Representativos C u=256.387 Coeficiente de Curvatura: C c=

(D¿¿ 30)2 ¿ D60 D10

Reemplazando valores de los diámetros representativos: C c=

(1.508)2 17.798∗0.069

C c =1.842 Coeficiente de orden: SO =

√

D75 D25

Reemplazando valores de los diámetros representativos: SO =

√

36.930 0.727

SO =7.125

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Trabajo 07.- Inicio del Movimiento de Partículas 1.0 Inicio del Movimiento de Partículas Rocha (1998) define que “cualquier alteración que ocurra en la velocidad de la corriente puede determinar de inmediato un cambio en la modalidad de transporte” (p. 80). Figura 1 Modos de transporte

Fuente: Rocha (1998) Figura 2 Distribución vertical típica de velocidades, concentraciones y fuerza de corte

Fuente: Rocha (1998) Hidráulica fluvial

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Trabajo 07.- Inicio del Movimiento de Partículas 2.0 Esfuerzo Cortante y Fuerza Tractiva Crítica Milla (2017) define para el esfuerzo cortante: Cuando el agua fluye en un canal, se desarrolla una fuerza que actúa sobre el fondo en dirección del flujo, esta fuerza que es el empuje del agua sobre el área mojada, se conoce como fuerza tractiva o esfuerzo cortante. El esfuerzo cortante es la fuerza por unidad de área en la dirección del flujo. Si consideramos flujo uniforme permanente bidimensional en un canal el esfuerzo interno 't en un nivel z por encima del fondo del canal puede ser obtenido considerando un volumen de control con su superficie definida por ABCD. y un ancho unitario perpendicular a la superficie. El eje coordenado x es en la dirección del flujo a lo largo de la pendiente del canal S. y el eje coordenado z es perpendicular al flujo. (p. 23) Figura 3 Esquema de fuerzas sobre el volumen de control

Fuente : Aparicio (2020) Rocha (1998) indica que: La fuerza que ejerce la corriente sobre el fondo por unidad de área se denomina tractiva to. El movimiento de las partículas constituyentes del lecho empieza cuando la fuerza tractiva es mayor que la fuerza tractiva critica (to)c. Se denomina fuerza tractiva critica a la fuerza mínima necesaria para poner en movimiento las partículas constituyentes del lecho. Hidráulica fluvial

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Trabajo 07.- Inicio del Movimiento de Partículas Caso contrario, cuando to < (to)c el lecho no presenta movimiento y se comporta como si fuese un lecho rígido. La condición to = (to)c corresponde a la iniciación del movimiento de las partículas del fondo, definida en términos de la fuerza tractiva. Un valor que se denomina (to)´c, corresponde al valor de to para el que las partículas se ponen en suspensión y viajan distribuidas en la sección transversal. Por lo tanto, para que haya transporte solido de fondo se requiere que (to)c < to < (to)´c. (pp. 8586) Tabla 1 Resumen de las condiciones de movimiento de partículas a partir de la fuerza tractiva crítica

Fuente: Rocha (1998)

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Trabajo 07.- Inicio del Movimiento de Partículas

Referencias Bibliográficas Arturo Rocha Felices. (1998). Introducción a la hidraulica Fluvial. Universidad Nacional De Ingeniería - Edición 1 Cesar Milla Vergara. (2017). Principios de hidráulica fluvial. Filé://C:/User/Hogar/Downloads/FLUVIAL %201.PDF

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