Medidas Del Transporte de Sedimentos en Ríos
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7/23/2019 Medidas Del Transporte de Sedimentos en Ros
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MEDIDAS DELTRANSPORTE DE
SEDIMENTOS ENROS
Curso: Hidrulica de Ros.Alumna: Zulema Doria D.
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I. INTRODUCCIN
Los grandes desarrollos hidro-energticos que serogra!an en di"ersos a#ses$ as# co!o las estructurashidr%ulicas que ha& que construir en el in!ediato'uturo$ e(igen una e"aluaci)n re"ia de su 'acti*ilidadtcnica & econ)!ica$ dadas las grandes su!as de
dinero que ha& que in"ertir en ellas$ a !%s del car%cterde endeuda!iento e(terno que estas in"ersionesconlle"an+ ,on *ase en esta e(igencia$ el an%lisis deltransorte de sedi!entos de los r#os & cuencashidrol)gicas$ ha adquirido una i!ortancia caital$ues deter!ina la "ida econ)!ica de las o*ras.+
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II. OBJTI!O"
#.$. OBJTI!O %NRA&
,onocer & estudiar de !anera a!lia lasMedidas del Transorte de Sedi!entos en
R#os+
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#.#. OBJTI!O" "'C()ICO"
,onocer el ro*le!a que ocasiona el transortede sedi!entos en los r#os hacia las o*rashidr%ulicas+
Estudiar las teor#as de c%lculo de la !asa del!aterial de arrastre de 'ondos & de !asa ensusensi)n+
Desarrollo ro*le!as alicati"os so*re elTransorte de Sedi!entos+
Di'erenciar los !ateriales que se encuentran ensusensi)n$ en saltaci)n & arrastre+
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III. *ARCO TRICO
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+.,$. & 'ROB&*A D& TRAN"'ORTD "DI*NTO"
La erosi)n de los suelos en el Per/se roduce en 'or!a er!anenteor e'ecto rincial!ente de lasreciitaciones lu"iales$ dentro deun esacio geogr%0co que es lacuenca hidrogr%0ca$ en dicha %rea
se roducen todos los tios deerosi)n$ la!inar$ surcos$ c%rca"as &1an2as3 los cursos de aguaarrastran los !ateriales roductode la erosi)n$ de los derru!*es$ delos soca"a!ientos & 0nal!ente lotransortan a las artes *a2as delos "alles & el !ar+
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La conclusi)n general a la que se llega so*re el roceso erosi"o que se roduce
deter!inadas cuencas$ es de que todas tienen casi las !is!as causas$ relacionadas con
inte!eris!o$ las altas endientes de los taludes de las laderas$ las altas reciitacion
lu"iales$ las r%cticas agr#colas inadecuadas$ la de'orestaci)n$ el so*reastoreo &
construcci)n de o*ras "iales & de in'raestructura de riego que alteran la esta*ilidad de
taludes de las que*radas & r#os de las cuencas3 co!o consecuencia de la erosi)n se "
a'ectadas en ri!era instancia las %reas agr#colas de las artes altas or rdida de suel
en los "alles *a2os se roducen col!ataciones de los e!*alses & los cauces de los r#os q
quedan "ulnera*les a las inundaciones$ las o*ras hidr%ulicas son a'ectadas or
sedi!entos$ los siste!as de riego resuri1ado se "en a'ectados or la o*strucci)n de
goteros$ los ala"s de las tur*inas de las centrales hidroelctricas son da4adas or el e'ec
corrosi"o de los sedi!entos & las lantas de agua ota*le requieren de !a&or cantidad
ol#!eros ara rocesar agua ara uso do!stico+
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Los e'ectos de la erosi)n delos sedi!entos$ son "isi*les
en las cuencas dedi'erentes ro&ectos3 sine!*argo$ no se hane'ectuado estudios queer!itan tener los datos
necesarios ara ela*orar undiagn)stico reciso$ & queer!ita to!ar !edidas$ a0n de atenuar el rocesoerosi"o & controlar eltransorte de sedi!entos+
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"edimen-os
Los sedi!entos que transortauna corriente de agua sonconsecuencia natural de ladegradaci)n del suelo$ uesto queel !aterial rocedente de laerosi)n llega a las corrientes a
tra"s de tri*utarios !enores$ orla caacidad que tiene la corrientede agua ara transortar s)lidos$ta!*in or !o"i!ientos en!asa$ o sea$ desrendi!ientos$desli1a!ientos & otros+
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Cri-erios de clasicaci/n del Trans0or-e de"edimen-os
A. "e12n el modo de -rans0or-e
,arga en susensi)n 5susended load67 Es e!aterial que se !antiene entre la !asa de 8u2o o'en)!enos de tur*ulencia+ Las art#culassusendidas son transortadas & !antenidadentro del 8u2o or un roceso de !e1clatur*ulenta+ La carga en susensi)n consiste enart#culas de di%!etro !enor a 9+9:; !!+$ lascuales se transortan susendidas dentro del 8u2o+
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Car1a de arras-re de 3ondo 45ed load6:
Son art#culas cu&o eso es sustentado or el 'ondo del lecho &son art#culas de ta!a4o !a&or+ La carga de 'ondo es e!aterial de!asiado grueso ara ser soortado dentro el 8u2o deagua or un eriodo arecia*le de tie!o+ El transorte de'ondo$ inclu&e todos los ta!a4os de sedi!entos !a&ores de9+9:; !! transortados or el agua+ La carga de 'ondo uede!o"erse rodando$ desli1%ndose o a saltos a "elocidade!enores que aquellas del 8u2o alrededor+ La carga de 'ondo es!u& i!ortante de*ido a que es esta la que !a&or in8uenciatiene en los ca!*ios del 'ondo de los r#os+ La rata de transortede carga de 'ondo es una 'unci)n de la caacidad de transortedel 8u2o+
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Car1a en sal-aci/n 4sal-a-ion load6:
Son art#culas de ta!a4o inter!edio que se!ue"en saltando+ Por instantes su eso essustentado oir el 8u2o t en otros or el lecho+
,arga total < ,arga en susensi)n = cargade arrastre+
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>na regla general ara deter!inar el
tio de transorte se !uestra en lata*la7
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B. "%7N & ORI%N D& *ATRIA&
TRAN"'ORTADO
Car1a de la8ado 49as load6:Aorte sedi!entol)gico in!ediato de la cuenca
a la corriente$ resultante del la"ado 5erosi)n6 dela suer0cie de la cuenca or e'ecto de une"ento de llu"ia+ Part#culas !u& eque4as!o"indose a una "elocidad si!ilar a la deagua & or eso llega ronto al cauce+
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Car1a de ma-erial del leco 45ed ma-erial load6?uente in!ediata de !ateriales es el roio lecho de
la corriente+ Se !ue"en deendiendo de lascondiciones locales del 8u2o en el cauce+ Part#culas deta!a4o !a&or & er!anecen *uena arte del tie!oen reoso & or tanto su a"ance es !u& lento+ Es elaorte a largo la1o or arte de la cuenca+
,arga Total < ,arga de la"ado = ,arga de !aterialdel lecho
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+.,#. TRAN"'ORT D *ATRIA& DARRA"TR D )ONDO
,ada secci)n de un r#o tiene una deter!inadacaacidad de arrastre de !aterial s)lido$ que es'unci)n de la "elocidad del agua$ de su ro'undidad &de la geo!etr#a de la secci)n+
Es caracter#stica de 8u2os torrenciales & el ta!a4o de!aterial transortado uede llegar a grandesdi!ensiones de rocas+
Se resenta or lo general en el lecho del rio+ ,adasecci)n de un rio tiene una deter!inada caacidad de
arrastre de !aterial s)lido+
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Para el c%lculo del transorte de s)lidos e(isten @: !agnitudes que 8u&en en eltransorte+
@+ ,audal 56 en !BCs+ Masa de s)lidos transortada en un deter!inado ancho & re'erida a un deter!in
tie!o 5!'6 en gC!+B+ ,ontenido en !asa de !aterial s)lido or unidad de "olu!en de agua 5, s6 engC!B+;+ Ancho del canal 5*6 en !+F+ Tirante 5h6 en !+:+ Radio hidr%ulico 5rh&6 en !+
G+ Helocidad 5"6 en !Cs++ Pendiente de la l#nea de energ#a en la direcci)n del 8u2o 5IE6+
J+ ,oe'iciente de resistencia$ 'ricci)n 5K6 en st+!@CBCs+@9+ Hiscosidad cine!%tica 5"6 en !Cs+@@+ Densidad del 'lu2o 56 en tC!B+@+ Densidad del !aterial 5nor!al!ente +:F tC!B6 5'6 en tC!B+
@B+ Di%!etro caracter#stico dF9o d!en !!+
@;+ > < d:9Cd@9@F+ ?actor de 'or!a$ nor!al!ente es 9+G+ ??< cCH*+a
@:+ eo!etr#a en lanta de los !eandros 5eque4os o grandes6+
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)ac-or de 3orma
?actor de ,ore&+ El !%s utili1ado+
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+.,+. TOR(A D C;&CU&O D &A *A"A D*ATRIA& D ARRA"TR D )ONDO
El c%lculo de la !asa de !aterial de arrastre de 'ondo$ qnor!al!ente 'or!a arte de un estudio sedi!entol)gico$ dee!e1ar con el reconoci!iento de ca!o & luego el estudio+
Se de*e tener en cuenta$ que los estudios sedi!entol)gicoshacen ara el 'uturo$ co!o arte de un ro&ecto que se "desarrollar en el tie!o$ or lo tanto$ de*e!os e"aluar
'actores que inter"ienen en el co!orta!iento de la cuen5de'orestaci)n6 & su e"oluci)n durante los a4os de la "ida ro&ecto+
La selecci)n de una ')r!ula ara el c%lculo del !aterial arrastre de 'ondo$ es una tarea ardua+ uegan ae
i!ortantes co!o la e(eriencia$ la intuici)n & conoci!ientos te)ricos del ingeniero resonsa*le del estudio
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El c%lculo del !aterial de arrastre de 'ondo uedcalcularse de dos !aneras$ de !anera directa & d!anera indirecta
De manera direc-a:
>tili1ando ciertos disositi"os que 'uncionan co!tra!as.+ El c%lculo del arrastre de 'ondo se uede'ectuar a artir de !uestras recogidas de !anerdirecta+
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Tram0a de arras-re de 3ondo:
La 'or!a !%s sencilla de calcular elarrastre de 'ondo consiste en ca"arun agu2ero en el lecho de la corriente& en retirar & esar el !aterial quecae en l+ La cuenca aguas arri*a deun "ertedero o canal de a'oro uedeactuar an%loga!ente co!o una
tra!a de sedi!entos$ ero esosi*le que no se sea si se harecogido todo el arrastre de 'ondo+ Enlos lugares con grandes cargas dearrastre$ este rocedi!iento uedenecesitar !ucho tie!o & resultar
engorroso+
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*ues-reador:El c%lculo del arrastre de
'ondo se uede e'ectuar aartir de !uestras recogidasor un disositi"o que est%situado or de*a2o del lechode la corriente durante untie!o deter!inado & que
luego son e(tra#das araesarlas+ Se han utili1adonu!erosos disositi"os & su"ariedad de!uestra ladi0cultad que e(iste arato!ar una !uestra e(acta &
reresentati"a+
La 'or!a !%s sencilla es una cesta de ala!*con una aleta esta*ili1adora co!o se ilustra en0gura+ El !aterial que to!a este !odelo reducido orque inter0ere con la corriente cierta cantidad de !ateria cada "e1 !a&or!edida que la cesta se llena$ se des"#a en toral !uestreador+ Esto se uede descri*ir dicienque la contraresi)n reduce la corriente en !uestreador$ lo cual trans!ite una i!agen clasin entrar a anali1ar la !ec%nica de la corrien8uida+
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*ues-reador de arras-rede 3ondo con di3erencial
de 0resi/n en la en-radaAlgunos !uestreadorestienen una secci)n dedisersi)n detr%s delori0cio$ lo que er!ite la
entrada en el !is!o a la!is!a "elocidad de lacorriente circundante+Estos !uestreadores sedeno!inan de di'erencia de
resi)n+
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Tra
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D *ANRA INDIRCTA
Se reali1a utili1ando ')r!ulas e!#ricaso*tenidas en el la*oratorio$ ero que sonde !ucha utilidad+ E(isten dos teor#as osoluciones ara la esti!aci)n o c%lculo de
!aterial de arrastre de 'ondo7 La soluci)nde Me&er Peter 5@J;6 & la soluci)n deQane 5@JJ96+
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+.,=. "O&UCIN D *>R ?'TR
La ecuaci)n de !a&or di'usi)n & uso es la')r!ula de Me&er Meter & Muller$desarrollada en el La*oratorio deidr%ulica de Qurch en el a4o de @J;$
ellos encontraron que no todo el es'uer1oes usado ara "encer la resistencia a lasondulaciones del lecho & el transorte essolo 'unci)n el es'uer1o de corte de*ido alos granos+
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La ri!era serie de ensa&os se e'ectu) con art#culas dedi%!etro uni'or!e & eso esec#0co natural 5+: TNC!B6
La segunda serie de ensa&os se reali1) con !aterialess)lidos de granulo!etr#a uni'or!e$ ero con di'erentesesos esec#0cos$ se us) *arita 5;+ TNC!B6 & car*)n5@+F TNC!B6+
La tercera serie de ensa&os corresondi) a !aterialess)lidos de granulo!etr#a no uni'or!e & eso esec#0conatural+ 5+: TNC!B6+
La cuarta & /lti!a serie de ensa&os considerogranulo!etr#a no uni'or!e & di'erentes esos esec#0cosse o*tiene 0nal!ente la ecuaci)n adi!ensional de MEER PETER M>LLER+
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?ue deri"ada ara datos que cu*ren lossiguientes rangos7 Pendiente 7 S < 9+999;a 9+9
Di%!etro de la art#cula 7 D < 9+999; a9+9B !
Pro'undidad < radio hidr%ulico 7 R < 9+9@ a@+9 !
Peso esec#'ico del sedi!ento 7 < @F9 a;99 gC!B
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Esta soluci)n es utili1ada ara r#os con!aterial grueso 5dU @!!6+ Los rinciios
que sustentan esta soluci)n son lossiguientes7
-La l#nea de endiente o gradiente deenerg#a$ es de gran i!ortancia+
-El otencial de energ#a$ al con"ertirse enenerg#a cintica$ se utili1a arcial!enteara el !o"i!iento del agua &arcial!ente ara !o"i!iento desedi!entos+
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>na e(resi)n de energ#a contenida en el 8u2o de agua es la tensi)nde corte+E(isten un u!*ral o l#!ite cr#tico$ ara el cual$ se inicia el
!o"i!iento+ El es'uer1o cortante en e(ceso$ !ue"e la cantidad de s)lidos 5!'6$ e
decir7
m3 @ 34o cr6O ta!*in e(resado en !agnitudes sin di!ensi)n co!o7
@ 34)r? )rcr6
Donde7?rW < Es el n/!ero de ?roude del grano del !aterial de 'ondo$ usado
or Shields+
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+.,E. D"ARRO&&OD 'ROB&*A"A'&ICADO"
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+.,F. &A "O&UCIN D ZANG
En lugar de un u!*ral o l#!ite cr#tico$ Qane$introdu2o el riesgo R co!o 'actor en su ')r!ulade transorte+ Su idea era que el transorte noco!ien1a a*ruta!ente sino de !anera sua"e+
El "alor cr#tico de ?rWcr de Shields !arca unestado de riesgo R < 9+@9 es decir @9X+ La teor#a de Qane$ se sustenta en la siguiente
')r!ula7
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+.,. D"ARRO&&O
D 'ROB&*A"A'&ICADO" A&
TRAN"'ORT D"DI*NTO"
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+.,. CAUDA& "&IDO
Se deno!ina transorte s)lido al !aterial$ no l#quido
transortado con un 8u2o de agua co!o un r#o$ arro&o torrente+
El caudal s)lido de un rio est% constituido or el !ateriaarrastrado or la corriente de agua+
El origen del !aterial s)lido transortado or un 8u2o de agu
uede ser natural$ cuando ro"iene de la erosi)n de la suer0cidel terreno$ de la erosi)n del cauce rincial & sus tri*utarios de desli1a!ientos naturales del terreno+ El origen de lo!ateriales es arti0cial$ o andr)geno$ cuando ro"iene de destrucci)n de la "egetaci)n$ de sitios de construcci)n 5"#as dco!unicaci)n$ ciudades6$ de e(lotaci)n de !inas$ o d
desechos ur*anos e industriales+
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El arrastre del !aterial s)lido se da en tres!odalidades$ las !is!as que est%n en'unci)n de7
-La di!ensi)n de las art#culas+ -La densidad de las art#culas+ -La "elocidad del 8u2o+
*odalidades de Trans0or-e de
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0"edimen-os
Trans0or-e s/lido en sus0ensi/
Se trata del transorte de !aterial granular articular!ente 0no$ co!or e2e!lo li!os$ arcillas o arenas 0nas+ La caacidad de un 8u2o dtransortar !ateriales en susensi)n deende$ ade!%s del ta!a4o dlas art#culas$ de la "elocidad de la corriente de agua+ Todo el !aterial esusensi)n es lo que con'or!a la tur*ide1 del agua+ Este !aterial s
deosita en la !edida en que dis!inu&e la energ#a cintica del agua+El transorte total en susensi)n se de0ne co!o el "olu!en de s)lidoor unidad de tie!o que cru1a una secci)n trans"ersal del cauce & cu&eso es soortado or las 'uer1as que el 8uido e2erce so*re l+ Li!ortancia de este !odo de transorte radica en quecuantitati"a!ente$ el "olu!en total transortado en susensi)general!ente es !ucho !a&or que el transorte de 'ondo+
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Trans0or-e de s/lidos 0or arras-re de 3ondo
Este tio de !o"i!iento se da en gui2arros & cantos rodados d
di!ensiones considera*les+ Durante los er#odos en que el !aterier!anece in!)"il$ er#odos de aguas *a2as & !edias$ el continu*o!*ardeo de estas ie1as$ !o!ent%nea!ente in!)"iles$ desgasta suaristas & le da la 'or!a caracter#stica de los cantos rodados+
Es caracter#stico de 8u2os torrenciales & el ta!a4o del !ateritransortado uede llegar a grandes di!ensiones de rocas 5!%s de @+9de di%!etro6+
,o!o conclusi)n$ con resecto al caudal s)lido ode!os decir que$ cadsecci)n de un r#o tiene una deter!inada caacidad de arrastre d!aterial s)lido$ que es 'unci)n de la "elocidad$ de su ro'undidad & de geo!etr#a de la secci)n+
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+.,. &(*IT NTR & CAUDA& "&IDO N"U"'N"IN > & D ARRA"TR D )ONDO
resser 5@J:;6$ di*u2) los rangos de distri*uci)n degranos ara el !aterial de 'ondo & el !aterial ensusensi)n entre ellos$ de la siguiente !anera7
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resser encontr) co!o condici)n l#!ite unn/!ero de ?roude+
Donde7
dcr< Di%!etro l#!ite entresusensi)n & arrastre e(resada en!etros+
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Ade!%s es necesario destacar que$2unta!ente con el !aterial transortado
co!o arrastre de 'ondo$ se encuentrata!*in !aterial 0no$ transortado ensusensi)n$ ero que no tiene in8uenciaalguna en la caacidad de transorte de
8u2o$ a este !aterial se lla!a7 Materialde la"ado.
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La arte del !aterial en susensi)n quro"iene de la erosi)n de los suelos es lla!ado
or algunos autores$ transorte o carga dla"ado$ & est% 'or!ado or el !ateriatransortado en susensi)n de ta!a4o !%s 0nque la !a&or arte del !aterial del 'ondo decauce+ Esta carga se !antiene en susensi)
sin inter"enir en los rocesos de gradaci)n degradaci)n del r#o+ S)lo en 1onas d"elocidades !u& *a2as este !aterial ueddecantarse$ co!o or e2e!lo$ en los e!*alses
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El origen del !aterial de la"ado se encuentrarincial!ente en la erosi)n del suelo de la cuenca or laescorrent#a de la llu"ia &$ en ocasiones$ uede ro"enir dela erosi)n de las !%rgenes u orillas del r#o+
eneral!ente la corriente de un r#o uede conducir"ol/!enes !u& grandes de carga de la"ado$ &a que est%co!uesto or art#culas *astante 0nas$ donde su"elocidad de asenta!iento es in'erior a las 'uer1asascendentes tur*ulentas$ las cuales er!iten encondiciones nor!ales de un cauce "ia2ar en susensi)n$incluso en las condiciones !#ni!as de "elocidad de un r#o+Por esto$ el "olu!en transortado deende'unda!ental!ente de la tasa de a*asteci!iento o erosi)nde la cuenca & de las condiciones geol)gicas e hidrocli!atol)gicas de la 1ona & no del caudal l#quido+
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En caso de que no se cono1ca lagranulo!etr#a de 'ondo algunos
in"estigadores consideran co!o carga dela"ado aquellas art#culas transortadas ensusensi)n & !enores a 9+9:F !!+
Otros autores consideran un di%!etro !%(i!ode 9+9F9 !! co!o !aterial de la"ado+
Dado que el transorte de la"ado no deendede las caracter#sticas hidr%ulicas de lacorriente$ su deter!inaci)n de*e hacerse or!edici)n directa en los r#os+
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Seg/n Einstein$ su l#!ite corresonde aro(i!ada!ente con el d@9 del rango ddistri*uci)n de granos del lecho+
a& dos casos & son los siguientes7
,uando7Material grueso 5Si d@9Udgr6Si dF9U@+99!!El !aterial del lecho es transortado co!o arrastre de 'ondo$ los granos en susensi)n ntienen in8uencia en la caacidad de transorte$ nor!al!ente son lechos de gra"a+
Material 0no 5Si dF9Y@+99!!6d@9Ydgr El !aterial que es transortado en susensi)n or el 8u2o$ est% so!etido a la acci)n d
'en)!eno tur*ulento el cual origina 'uer1as hidrodin%!icas que de*en contrarrestar la'uer1as de gra"edad que act/an so*re ellos+
La intensidad de la tur*ulencia deter!ina el di%!etro de las art#culas que uede
!antenerse en susensi)n+
+ $, TRAN"'ORT D "DI*NTO" N
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+.$,. TRAN"'ORT D "DI*NTO" N"U"'N"IN
La caacidad de un r#o ara transortarsedi!entos en susensi)n deende de las'uer1as de sustentaci)n que se generan co!oco!onentes "erticales de la "elocidad del
8u2o+ ,uando se resenta una creciente$ la caacidad
de transorte de un rio au!enta & a !edida queel caudal dis!inu&e ta!*in la caacidad detransorte+
+ $$ TOR(A D C;&CU&O D&
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+.$$. TOR(A D C;&CU&O D&*ATRIA& "&IDO N "U"'N"IN
E(iste !%s de una teor#a ara el c%lculo del!aterial s)lido en susensi)n que transortaun r#o+
Se utili1ar% la ')r!ula de Engelund ansenara el c%lculo del !aterial s)lido ensusensi)n+
+.$#. &A "O&UCIN D N%&UND >
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HAN"N
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+.$+. D"ARRO&&O D 'ROB&*A" A'&ICADO"A& TRAN"'ORT D "DI*NTO" N
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A& TRAN"'ORT D "DI*NTO" N"U"'N"IN
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I!. CONC&U"ION" >RCO*NDACION"
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RCO*NDACION"