Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Ing. Victor Oscar Rendn Dvila

    Arequipa-Per 1

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    Conceptos de Hidrulica Fluvial

    Para muchas civilizaciones, el ro

    tena caractersticas de Dios El

    padre Ro, la madre Tierra y el Sol

    bsicos para mantencin del

    hombre.

    Nilmetro Elefantina, es el nombre

    dado a unas construcciones

    escalonadas o pozos, diferentes en

    cuanto a su diseo pero con una

    misma funcin: medir el nivel de las

    aguas del ro Nilo

    Nilmetro2

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    Conceptos Hidrulica Fluvial

    Irrigacin Incaica

    Tcnicas utilizados en el territorio

    del Tahuantinsuyo. Al desarrollarseen los Andes una sociedad

    predominantemente agrcola.

    El sitio es especialmente conocido

    como yacimiento arqueolgico,

    destacndose las ruinas de unacueducto pre-incaico que posee

    unos 8 km de longitud. El acueducto

    juntaba agua de precipitaciones y la

    transportaba hacia la zona del

    Ocano Pacfico.Cumbe Mayo

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    Conceptos Hidrulica Fluvial

    Ingeniera Fluvial: Actuaciones

    Fluviales en el ro

    Hidraulica Fluvial: Estado Natural

    El ro:

    Recibe agua y sedimentos

    Transporta agua y sedimentos

    hasta desembocadura

    Ro Ocoa

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    Ro: Topogrficos

    Hidrolgicos

    Hidrulicos

    SedimentolgicosVariabilidad de Caudales lquidos y

    slidos.

    Variedad de formas en planta como

    de seccin

    Capacidad de erosin

    Proceso de erosin-transporte-

    sedimentacin que produce

    transformaciones morfolgicas en el

    cauce. Ciclo Hidrolgico

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    Ro: Forma puede ser variada por la

    diferente topografa, tipologa de

    sedimentos

    Es un elemento complejo

    Considera los aspectos medio

    ambientales

    Conclusin: El ro es un conjunto

    dinmico que considera aspectos

    topogrficos, geolgicos, hidrulicos,

    sedimentolgicos y medioambientalesRo Amazonas

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    Anlisis de la actuacin en un ro:

    Objeto

    Necesidad o no

    Alternativas de realizacinImpactos producidos

    Como se realiza la obra:

    Aspectos medioambientales

    Hbitats asociados

    Vegetacin de Ribera

    Ro Colca

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    Obras Fluviales:

    Prevencin de Inundaciones

    Estabilizacin de mrgenes

    Restauracin de riberasSedimentacin de Embalses

    Erosiones Locales (Estribos, pilares,

    bocatomas, etc.)

    Cauces excavados

    Trasvases

    Presas

    Bocatoma Chavimochic

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    Ecosistemas Fluviales:

    El ro cuando evoluciona transforma la

    naturaleza a lo largo del tiempo

    Hidrologa: Meteorologa, hidrologa

    superficial y subterrnea, Limnologa,

    Edafologa

    Sedimentos: geologaMorfologa del propio cauce

    Hbitat Fluvial

    Sistema Rio: Complejo, sensible yvulnerable Ecosistema Fluvial

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    Aspectos hidrolgicos :

    Escorrenta : Directa y subsuperficial

    Escorrenta es el final del proceso

    La infiltracin, retencin cubiertavegetal, la evaporacin y

    evapotranspiracin

    Parmetros asociados a la cuenca

    Climatologa, topografa, geologa,

    permeabilidad, Edafologa, Estructuracomponentes orgnicos

    Mayor cobertura, menor escorrenta

    Menor cobertura, mayor escorrentaNevado Coropuna

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    Aspectos hidrolgicos:

    Rio: Agua y Sedimentos (carga slida)

    Carga slida: Minerales, gravas,arenas, arcillas y limos

    Carga Slida: Orgnicos e inorgnicos,

    contaminantes procedentes de

    actividad humana

    La configuracin de la cuenca depende

    de la capacidad erosiva y del transporte

    del agua Subcuenca El Azufral

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    Formas del cauce:

    Estructura geolgica

    Topografa

    Planta y Seccin:

    Forma y tamao de los elementos delcauce

    Caudales lquidos

    Tipo, volumen y rgimen de aportesslidos

    Seres vivos ( plantas y animales)Ro Chalhuanca

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    Ecosistemas Fluviales:

    Estructura

    El entorno fsico

    Los recursos energticos y materialesLas especies biolgicas

    Estructura

    Fsico matemticos

    Qumico Biolgicos

    El flujo de nutrientes deben tener

    continuidad.Estructura de Nutrientes

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    Ecosistemas Fluviales:

    Elementos bsicos, especies no

    acuticas (Insectos, aves, reptiles,

    mamferos, etc.)

    Es continuo en cada tramo se presenta

    un hbitat distinto

    Ecosistema fluvial : Flujo de nutrientes

    Flujo unidireccional: Liquido y slido

    entorno fsicoEstructura de Nutrientes

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    Regimen de Caudales:

    Precipitacin

    Topografa

    GeologaEstado vegetacin

    Regimn natural: Ocoa-Cotahuasi

    Regimn modificado: Chili

    Rio Cotahuasi

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    Accin Humana:

    Construccin de embalses

    TrasvasesIncremento del uso del agua

    Actuaciones en la cuenca

    Modificaciones de zonas inundables

    Presa Pillones

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    Accin Humana:

    Construccin de embalses

    Trasvases

    Incremento del uso del agua

    Actuaciones en la cuenca

    Modificaciones de zonas inundables

    Trasvase Colca- Chili

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    Accin Humana:

    Construccin de embalses

    Trasvases

    Incremento del uso del agua

    Actuaciones en la cuenca

    Modificaciones de zonas inundables

    Minera

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    Accin Humana:

    Construccin de embalses

    Trasvases

    Incremento del uso del agua

    Actuaciones en la cuenca

    Modificaciones de zonas inundables

    Torrenteras

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    Caracterizacin del Regimen de Caudales:

    Variabilidad anual

    Variacion interanual

    Caudal medio anual

    Depende del rea de la cuenca

    Precipitacn total

    Relacin precipitacin escorrenta

    )_(

    _

    aounTiempo

    anualAportacinQm

    eTT CPA

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    Caracterizacin del Regimen deCaudales:

    El coeficiente de escorrenta es funcinde las caractersticas climatolgicas

    Precipitacin, temperatura, viento, etc.

    No es lo mismo un ro en una zonahmeda, donde el caudal es constanteque en una zona rida, donde el caudalsufre grandes variaciones o inclusollegar a ser nulo

    eTT CPA

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    Caracterizacin del Regimen de Caudales :Coeficente de variacin

    Zonas HmedasCoeficiente de variacin

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    Caracterizacin del Regimen deCaudales :

    Los caudales se pueden ordenar de

    mayor a menor, los 365 das al ao

    Curva de Caudales Clasificados

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    Morfologa Fluvial:

    Analiza la evolucin de la forma del cauce

    del ro tanto en planta como en perfil

    Sistema Fluvial

    Escala de Tiempo: Geolgica

    Ciclo Hidrolgico

    Actividad humana

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    Morfologa Fluvial:

    Clasificacin gentica de los ros

    Jvenes: Erosin

    Maduros: Erosin, Sedimentacin

    Viejos: Predomina la Sedimentacin

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    Cuenca de drenajey

    divisoria

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

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    Redes de drenaje

    Proceso de captura de cauces

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    Orden de los cauces

    Horton 1945 Strahler 1952

    Shrever 1967 Scheidegger 1970

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    Orden de los cauces

    1 = cauces sin afluentes

    2 = unin de dos o ms cauces deorden 1

    n = unin de dos o ms cauces deorden n-1

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    Cauces

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    Cauces

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    Cauces

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    Morfologa Fluvial:Formacin de los rosZonas altas valles rocososen forma de V, con fuerteerosin

    Material arrastrado dezonas altas se transporta azona media. Cauce demontaa, forma V

    Seccin estrecha

    Sedimentos gruesos, rocasde gran tamao

    Cauce recto: Tramo de rocuyo trazado presenta pocacurvatura

    Valle en V 40

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    Morfologa Fluvial:Formacin de los rosZonas altas valles rocososen forma de V, con fuerteerosin

    Material arrastrado dezonas altas se transporta azona media. Cauce demontaa, forma V

    Seccin estrecha

    Sedimentos gruesos, rocasde gran tamao

    Cauce recto: Tramo de rocuyo trazado presenta pocacurvatura

    41

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    Morfologa Fluvial:

    Formacin de los ros

    Tramos MediosVega de avenida

    Cauces rectos

    Predomina transporte

    Cauce trenzado 42

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    Morfologa Fluvial:

    Formacin de los ros

    Cauce trenzado: Varios cauces,que se cruzan entre si, cuando el

    caudal slido del ro que lleva el

    ro es superior al que puede

    transportar

    43

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    Morfologa Fluvial:

    Formacin de los rosSedimentacin en zonas bajas

    Zona Baja: Pendiente baja( se

    forma meandros ) cauces en formade S, que disminuye la pendientedel ro

    Para un mismo desniveltopogrfico, el cauce tiene msrecorrido que la distancia en lnearecta

    Aumenta sedimentacin

    Disminuye velocidad

    Aumenta seccin del cauce

    Meandro 44

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    Morfologa Fluvial:

    Formacin de los ros

    Cauce Meandro: Forma en S

    tienden a erosionar las orillas de la

    parte externa y en la parte interna se

    produce la sedimentacin

    Meandro 45

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    Morfologa Fluvial:Secciones Transversales

    Compleja e irregular

    Condicionada por pendiente y

    forma en planta del cauce

    Geologa

    Vegetacin de ribera

    Accin Humana

    Biodiversidad del entorno fluvial

    Vega de avenida o llanura aluvial,es un prado que se encuentra

    cercano a un ro, una laguna o

    cualquier espacio de agua y est o

    estuvo sujeto a inundaciones

    Seccin transversal 46

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    Morfologa Fluvial:Vega de AvenidaEl cauce de aguas bajas estanormalmente bien definido y bordeadopor la Ribera

    Tramo medio y bajo, se distingue una

    amplia zona(llanura aluvial) , pordonde distingue las aguas altas

    Dentro de esta se distingue un caucemenor que corresponde a caudaleshabituales

    En la llanura de inundacin,inundaciones peridicas se producen

    fenmenos de sedimentacin demateriales finos, ricos en nutrientes

    Siempre ha existido, presinantrpica sobres las vegas deavenida, tratando de confinar en elcauce de aguas bajas.

    Seccin transversal 47

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    Morfologa Fluvial:

    Secciones Transversales

    Distintos Tirantes de aguaDistintas velocidades

    Su forma es producto de la erosin

    sedimentacin

    Evoluciona con el tiempo

    Seccin transversal 48

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    Morfologa Fluvial:

    Diques naturales y marjales

    Altura corresponde a lamxima avenida anual.

    A ambos lados del cauce

    normal y en la vega de avenida

    aparece una zona que puede

    tener pendiente contraria

    denominada marjal

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    Cauces

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    Cauces

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    Cauces

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    Cauces

    Delta del Ebro 53

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    Cauces

    Abanico Aluvial 54

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    Cauces

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    Cauces

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    Cauces

    Perfil longitudinal de un cauce

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    Cauces

    Perfil longitudinal de un cauce

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    Cauces

    Perfil longitudinal de un cauce

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    Cauces

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  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Respuesta del Sistema Fluvial :

    Proceso evolutivo de un amplio

    grupo de elementos, donde todos

    interaccionan.

    Cualquier cambio en los parmetrosque condicionan el sistema fluvial

    puede variar en direccin o en

    velocidad el proceso evolutivo del

    sistema.

    Es importante conocer y predecir,como se modifica un sistema fluvial

    ante una variacin de alguno de sus

    componentes

    Presa Aguada Blanca 61

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Analoga Balanza de Lane:

    Parmetros que definen el movimiento

    del agua

    Caudal Q , Pendiente S

    Parmetros que condicionan el caudal

    slido

    Caudal Slido Qs, Tamao del

    sedimento D

    Si en un cauce, aumenta el Caudal

    lquido y la pendiente se produce

    erosin

    Si aumenta el Caudal slido o el

    diametro del sedimento se produce

    sedimentacion

    Balanza de Lane

    QSDQs 50

    62

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Respuesta del Sistema Fluvial :

    El caudal liquido es directamenteproporcional al ancho del cauce

    El tirante de agua es directamenteproporcional al caudal lquido

    La pendiente es directamenteproporcional al caudal slido

    El tirante es directamenteproporcional a la pendiente y al caudalslido

    El caudal slido es directamente

    proporcional al anchoEl caudal slido es directamenteproporcional al cortante de fondo

    El Caudal slido es inversamenteproporcional al tamao del sedimento

    Rio Tambo 63

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Influencia construccin Presa

    Seccin 1: no se ve afectada

    Seccin 2: La capacidad de

    arrastre disminuye por prdida develocidad con lo que Qs disminuye

    como D50 , el Q es constante, debe

    disminuir S.

    Seccin 3: Como Qs es bajo,y Q yD50, son constantes, debe disminuir

    la pendiente, es decir erosionar

    aguas abajo para mantener relacin.

    QSDQs 50

    64

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    Afluente con gran caudal slido

    Aguas abajo del punto A, aumento

    de caudal slido Qs y como D50 , y Q

    no varan debe aumentar S

    Esto es posible, si se produce

    sedimentacin a partir del punto A y

    como consecuencia aumenta lapendiente.

    Aguas arriba de A , se tendera a un

    cauce paralelo pero con mayor

    cantidad sedimentada.

    QSDQS 50

    65

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Trasvase

    En este caso Qs y D50 se

    mantienen constantes y aumenta S

    Q no varan debe aumentar S

    Presenta problemas de

    sedimentacin.

    50DQSQ s

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    Influencia en los afluentes de un

    cambio en el tirante del roprincipal

    Si el tirante medio disminuye, la

    pendiente aumenta S. Si se supone

    Q y D50

    50

    DQSQ s

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  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Influencia en los afluentes de uncambio en el tirante del roprincipal

    Si el tirante medio aumenta, la

    pendiente disminuye, efectoanlogo a una presa.

    50

    DQSQ s

    68

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    Transporte de fondo y suspensin

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    bZ

    Transportede fondo

    Transporte ensuspensin

    Transporte de fondo y suspensin

    70

    Transporte de fondo

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    p

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    Capa activa 72

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    Equilibrio de fondo: Analoga de Lane

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    Material del lecho

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

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    Para caracterizar el material del lecho es necesario realizar unaanlisis granulomtrico.

    g< 3

    D95 /D5 < 4 -5

    Las condiciones que debe cumplir la mezclade sedimentos para poder considerarse uniforme:

    74

    Inicio de arrastre

    T i d f d P ti i d t i

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    75/139

    Tensin de fondo. Particin de tensiones.

    Tensin de fondo (b)

    Efecto de grano (bs) Efecto de forma(f)+

    Genera el arrastredel sedimento

    1.5 1/6

    s (m)* * s

    bs b s s s

    Kn = n K 2 3 D

    n 25

    Siendo Ds el dimetro caracterstico del las partculas del fondo,las tensiones se pueden adimensionalizar como:

    * *b bs

    b bs

    s s s s

    = =

    g D g D

    b

    h fR S

    75

    Inicio de arrastre. Criterio de Shields

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    76/139

    El inicio de arrastre del material del material del lecho se producecuando se superan las condiciones crticas de inicio de arrastre.

    * *

    , ,0cos

    eff crit c

    Siendo el ngulo de la lnea de mxima pendiente con la horizontal

    76

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    77/139

    (de Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Stream Problems, R.J.Garde, K.G. Ranga Raju, Wiley.) 77

    T i f i C i di d f d

    Inicio de arrastre

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    78/139

    Tensin efectiva. Correccin por pendiente de fondo

    Consideracin tanto de la pendiente transversal como longitudinal

    Tensin efectiva de fondo = Tensin ejercida por el flujo + componente del peso

    flujo

    Comp. peso tensin efectiva

    * *

    ,sin

    bs eff bs oD b

    b

    *

    c,0

    tano

    D

    Do es un parmetro de forma de lapartcula. Para que en ausencia de

    flujo el movimiento empiececuando es igual al ngulo derozamiento interno del material,:

    Donde *c,o es la tensin crticaadimensional para fondo plano.

    78

    Capacidad de transporte de fondo

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    79/139

    Formulacin:

    APLICACINArenas y gravas

    Van Rijn

    APLICACINGravas hasta 30 mm

    Meyer-Peter & Mller

    (correccin Wong yParker)

    2.1*

    sb 0.3

    *

    1.5

    *

    sb 0.3

    *

    TT 0.3 q 0.053

    D

    TT 0.3 q 0.100

    D

    3/2* * *

    sb bs cq = 3.97 -

    Formulacin:

    * *

    bs c

    *

    c

    - T

    1/3

    s

    * s 2

    -g RD D con R

    79

    Formas de fondo en ros de arenas

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    80/139

    - Ripples (Fr

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    81/139

    flow

    migration

    Fly River, Papua New Guinea

    81

    Dunas:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    82/139

    82

    Dunas:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    83/139

    83

    Dunas:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    84/139

    Dunes in the Mississippi River, NewOrleans, USA

    Image from LUMCON web page:http://weather.lumcon.edu/weatherdata/audubon/map.html

    84

    http://weather.lumcon.edu/weatherdata/audubon/map.htmlhttp://weather.lumcon.edu/weatherdata/audubon/map.html
  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    85/139

    Rizadura

    85

    Antidunas:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    86/139

    flow migration

    86

    Rpidos y remansos:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    87/139

    flow hydraulic jump

    87

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    88/139

    Rizadura

    88

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    89/139

    Rizadura

    89

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    90/139

    Plstico

    90

    Barras alternadas en ros confinados.

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    91/139

    Naka River, Japan

    91

    Barras alternadas en ros confinados.

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    92/139

    Rhine River , Switzerland

    92

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    93/139

    (de Flow Through Open Channels, K.G. Ranga Raju. Tata-McGraw Hill 1981)

    93

    Transporte en suspensin

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    94/139

    * *s a a sE D W c c W C C

    El trmino de acoplamiento entre transporte de fondo y transporte ensuspensin que modela la erosin/deposicin de sedimento se puede evaluar

    a partir de la expresin propuesta por Van Rijn (1987) como:

    c(z)

    h

    ca

    C

    s

    *50w

    k uh

    a

    h - a = a = 3 D

    h-z adz

    z h-a

    Perfil de concentraciones de Rouse

    Depsito = Ws x Concentracin realmente existente en el fondo.= ws ca

    * Concentracin de equilibrio: E=D. E= ws ca*

    C

    c

    C

    c aa*

    *

    Teniendo en cuenta la proporcionalidad de concentraciones de fondo y medias,en la situacin existente y la de equilibrio:

    Transporte en suspensin

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    95/139

    Material granularVan Rijn:

    Smith: Material granular

    Ariathurai y Arulanandan: Material cohesivo

    Tensiones totales

    Tensin crtica de

    deposicin

    *s a aE D W c c 1.5

    * 50

    a 0.3

    *

    D Tc 0.015

    a D

    3*

    a 3

    1.56 10 Tc

    1 + 2.4 10 T

    b

    ce

    E = M 1

    b

    s a

    cd

    D W c 1

    Transporte en suspensin. Erosin-Deposicin

    Transporte en suspensin

    95

    Acorazamiento:

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    96/139

    96

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    97/139

    (de Mechanics of Sediment Transportation and Alluvial Stream Problems, R.J. Garde, K.G. Ranga Raju, Wiley.)

    97

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    98/139

    BASES DE CALCULO

    Flujo Unidimensional, solo seconsidera Velocidad en direccin demovimiento

    Se desprecian las otrascomponentes.

    Aproximacin al Flujo en LaminaLibre

    Resuelve flujo gradualmentevariado (Ecuacin de Bernoulli)

    En puentes, vertederos oalcantarillas, Ecuacin de Cantidadde Movimiento y formulacionesempricas.

    Estacin Huatiapa98

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    99/139

    ANALISIS HIDRAULICO

    Flujo Permanente GradualmentevariadoCalcula la profundidad del agua.

    Simula flujo subcrtico, supercrtico

    y una combinacin de ambos.Resuelve, Ecuacin de la Energaentre dos puntos, por el mtodo depaso a paso.

    Prdidas por friccin en el tramopor Ecuacin de Manning.

    Perdida por contraccin yexpansion, utiliza coeficientes, conuna relacion entre la velocidad deentrada y salida.

    Ro Majes99

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    100/139

    ANALISIS HIDRAULICO

    Flujo Permanente Rpidamentevariado

    Calcula la profundidad del agua.

    Simula flujo subcrtico, supercrtico

    y una combinacin de ambos.

    Resuelve, Ecuacin de la Cantidad

    de Movimiento

    Resalto Hidrulico

    Hidraulica de PuentesConfluencia de Ros.

    100

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    101/139

    ANALISIS HIDRAULICO

    Flujo No Permanente

    Calcula la profundidad del agua.

    Simula flujo subcrtico, supercrtico

    y una combinacin de ambos.

    Transporte de Sedimentos

    Resuelve, Ecuacin de la Cantidad

    de Movimiento

    Resalto Hidrulico

    Hidraulica de PuentesConfluencia de Ros.

    101

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    102/139

    HEC-RAS

    102

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    103/139

    HEC-RAS

    103

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    104/139

    HEC-RAS

    104

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    105/139

    HEC-RAS

    105

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    106/139

    HEC-RAS

    106

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    107/139

    HEC-RAS

    107

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    108/139

    HEC-RAS

    108

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    109/139

    HEC-RAS

    109

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    110/139

    HEC-RAS

    110

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    111/139

    HEC-RAS

    111

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    112/139

    HEC-RAS

    112

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    113/139

    HEC-RAS

    113

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    114/139

    HEC-RAS

    114

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    115/139

    Datos Flujo

    CalculosResultados Hidrogramas

    115

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    116/139

    Aguas Arriba :Subcritico:

    1 condicin

    Supercritico:

    2 condiciones

    Downstream:

    Subcritical:

    1 condicin

    Supercritical:

    0 condicin

    116

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    117/139

    117

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    118/139

    118

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    119/139

    2 options: Steady flow

    Restart file

    119

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    120/139

    Preprocesamiento geometria(Calculos geometricos, volvera procesar si hay cambios degeometra)

    Simulacin de flujo ( CalculosHidraulicos)

    PostProceso (si no seprocesa solamente variarhidrograma estacion aforo)

    120

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    121/139

    Puntos de entrada hidrograma antes

    de los clculos

    121

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    122/139

    122

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    123/139

    Choose local partial inertia factor

    123

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    124/139

    124

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    125/139

    EROSIN

    Crecidas:Valor crtico de comienzo dearrastre, las partculas de fondo sontransportados por las aguas y el caudal

    slido crece simultneamente con el

    lquido

    Cuando mayor es el caudal y menor eltamao de las partculas tanto mayor es

    la proporcin de caudal slido en

    suspensin. Con material grueso o en

    condiciones prximas a las del

    comienzo de arrastre, la casi totalidad

    de transporte es por acarreo.

    125

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    126/139

    ANALISIS HIDRAULICO

    Acarreo o suspensin se alimentandirectamente del material del lecho y

    son los condicionantes de su

    configuracin mediante procesos de

    erosin o sedimentacin.En tramo de ro, tiene

    simultneamente entradas y salidas

    de material slido

    El signo del balance es el factor que

    determina la evolucin del lecho, sies positivo habr sedimentacin y si

    es negativo erosin.

    126

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    127/139

    ANALISIS HIDRAULICO

    En zonas propensas al desajuste,

    se acenta al crecer el caudal.

    Durante la recesin del Hidrograma

    de avenida el proceso es inverso y

    al descender las aguas el fondotiende nuevamente a su primitiva

    configuracin de equilibrio casi

    permanente, rellenando las

    socavaciones y barriendo los

    singulares depsitos.Ambientalmente el lecho respira

    durante el paso de las avenidas.

    127

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    128/139

    Los fenmenos descritos puedenproducirse en puntos del cauce no

    alterados. (Erosin general.

    Si existe presencia de puentes sus

    estribos y pilares modifican el flujo

    natural del ro y se producirnerosiones singulares (Erosin

    Local).

    La Erosin queda entonces fijada

    por la suma de la Erosin General

    mas la erosin Local

    128

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    129/139

    Los fenmenos descritos puedenproducirse en puntos del cauce no

    alterados. (Erosin general.

    Si existe presencia de puentes sus

    estribos y pilares modifican el flujo

    natural del ro y se producirnerosiones singulares (Erosin

    Local).

    La Erosin queda entonces fijada

    por la suma de la Erosin General

    mas la erosin Local

    129

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    130/139

    Se har referencia a regmenessubcrtico, Nmero de Froude, F < 1.

    Tal limitacin no es muy restrictiva en

    la prctica pues en rgimen

    supercrtico F>1, suele presentarse en

    caones o zonas de montanas, dondela roca es casi superficial.

    Lo cual es bastante lgico, pues si

    analizamos el comportamiento dentro

    de su mbito geolgico, sus grandes

    velocidades, han producidos valoresimportantes de arrastre, que han

    llegado a la roca madre.

    130

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    131/139

    Se har referencia a regmenessubcrtico, Nmero de Froude, F < 1.

    Tal limitacin no es muy restrictiva en

    la prctica pues en rgimen supercrtico

    F>1, suele presentarse en caones o

    zonas de montanas, donde la roca escasi superficial.

    Lo cual es bastante lgico, pues si

    analizamos el comportamiento dentro

    de su mbito geolgico, sus grandes

    velocidades, han producidos valoresimportantes de arrastre, que han

    llegado a la roca madre.

    131

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    132/139

    Las pilas y los estribos provocan uncontraccin de la lmina de agua

    Hay una concentracin del caudal

    Se desarrollan corrientes

    secundarias con componentes

    verticales que tienen lugar a causade la alteracin del rgimen

    hidrosttico en las inmediaciones de

    los obstculos.

    Es de especial intensidad en la zona

    frontal con puntos de parada, dondeel movimiento descendente del agua

    desde la superficie, hacia el fondo ,

    inicia un vrtice que circunvala la

    obra.

    132

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    133/139

    Las pilas y los estribos provocan uncontraccin de la lmina de agua

    Hay una concentracin del caudal

    Se desarrollan corrientes

    secundarias con componentes

    verticales que tienen lugar a causade la alteracin del rgimen

    hidrosttico en las inmediaciones de

    los obstculos.

    Es de especial intensidad en la zona

    frontal con puntos de parada, dondeel movimiento descendente del agua

    desde la superficie, hacia el fondo ,

    inicia un vrtice que circunvala la

    obra.

    133

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    134/139

    EROSION LOCAL EN PILARES

    La aplicacin de uno u otro mtodopueden dar resultados sustancialmentediferentes.

    Las discrepancias, son por la comprensindel fenmeno fsico y de sus diferentesfases, en la eleccin de las variablesfundamentales y en la extrapolacin de la

    frmula ms all del campo de los valoresexperimentales es siempre reducido.

    Procedimiento de Laursen, Investigadordel Iowa Institute of Hydraulic Research

    La mxima profundidad de erosin ,medida desde el fondo general de cauce enel tramo, vienen definida por la frmula:

    134

    3/1

    *5.1

    b

    y

    b

    e 3/13/2*5.1 ybe

    senb

    LCosbb

    ''

    *

    HIDRAULICA FLUVIAL CON APLICACIONES EN HEC-RAS

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    135/139

    135

    Cauda l Sl ido de l Fondo

    kg/s

    Peso Especifico del Cauce 2.381 gr/cm3

    Caudal Lquido del Ro 53.890 m3/s

    Ancho del Ro 6.500 m

    Dimetro medio Partculas 0.002 mm

    Pendiente del Cauce 0.015 m/m

    247.366 kg/s

    6/7

    2/3

    2/36.02500I

    BdQITS

    S

    Q

    d

    I

    ST

    B

    HIDRAULICA FLUVIAL CON APLICACIONES EN HEC-RAS

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    136/139

    136

    Caudal Sl ido Tota l

    0.104 m3/s

    Caudal Tota l 53.994 m3/s

    SQ

    SSS TQ

    TQ

    Eros i on Loca l

    11

    14

    175.2

    6/7

    0

    y

    e

    y

    e

    yq

    Q

    C

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    137/139

    137

    Sensiblem ente Equivalente

    Caudal 53.994 m3/s

    Porcentaje de Caudal Interceptado por el estribo 10.000 %

    Caudal Intercepato por Estribo 5.399 m3/s

    Calado medio franja 1.830 m

    Caudal Unitario en la franja del Cauce 3.866

    menor proxima al estribo y de anchura

    2.75 e

    0.763

    Erosin Local 1.790 Tabular

    0.763

    Erosin Local1.790 m

    y

    TQ

    1.4 yyyqC

    Cq

    yq

    Q

    y

    e

    c

    O1.1

    OQ

    yq

    Q

    C

    O

    11

    1.4

    175.2

    6/7

    y

    e

    y

    e

    e

    HIDRAULICA FLUVIAL CON APLICACIONES EN HEC-RAS

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    138/139

    138

    Erosin General

    Caudal por Unidad de Anchura 8.307 m3/m/s

    Aceleracin de la gravedad 9.800 m/s2

    Factor Adimensional funcin del tamao 1.500

    del lecho

    Calado Crtico 1.917 m

    Calado de Rgimen 2.875 m

    Erosin General 2.875 m

    Erosin Total 4.66499272 m

    CR y

    g

    qy

    3/2

    Ry

    q

    g

    Cy

    ge

    HIDRAULICA FLUVIAL CON APLICACIONES EN HEC-RAS

  • 7/23/2019 Hidraulica Fluvial Con Aplicaciones en Hec-ras

    139/139