UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “TOMAS FRÍAS”DIRECCIÓN DE POSTGRADO

MAESTRÍA EN MANEJO INTEGRADO DE CUENCASHIDROGRÁFICAS CON APLICACIÓN SIG

PRÁCTICA 0

EJERCICIOS DE MORFOLOGÍAE HIDRÁULICA FLUVIAL

MODULO XII: Medidas Estructurales de Corrección de Torrentes y Ríos

DOCENTE: M.Sc. Ing. Ronald Zapata V.

RESPONSABLES: Ing. Ariel I. Ballesteros ArévaloLic. Javier Llanos Choque

Potosí – BoliviaAbril de 2012

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EJERCICIO Nº 1a) Caudal a banca llena y tiempo de retorno

Variable Descripción ValorQBF Caudal a banca llena 58.01T Tiempo de retorno 2.45

El caudal de desbordamiento corresponde al caudal a banca llena y tiene un tiempo de retornode 2.45 días.

b) Forma en planta del lecho

Variable Descripción Valor

S0Pendiente de fondo del cauce

de Leopold y Wolman 0.002

El cauce en función de la pendiente del lecho y el caudal a banca llena, tiene una forma enplanta de tipo meandriforme.

EJERCICIO Nº 2: Tirante y velocidad en lecho fijo y móvil

Tipo de lecho y vFijo 0.807358 1.140822638Móvil 1.512 0.614

Donde:y = tirantev = velocidad

EJERCICIO Nº 3: Análisis del desequilibrio y restablecimiento del equilibrio

Teniendo en cuenta que el fondo de un río se encuentra en equilibrio en presencia de transportede sedimentos cuando no sufre modificación en su perfil; con la construcción de una presaaguas debajo de la misma se produciría una disminución del peso del caudal líquido y seincrementará el peso del caudal sólido lo que significará un exceso de sete caudal,produciéndose un desequilibrio en el sentido de la acreción, lo que se reflejará en menortransporte de sedimentos, generándose un lecho del río con sedimentos de tamaño uniforme.

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El establecimiento de un nuevo equilibrio, considerando el cambio en la pendiente del perfil dellecho se debe de dar por incremento de la misma, observándose en la balanza de Lane elaumento del brazo correspondiente al factor pendiente, lo que generará un aumento del pesodel caudal líquido restableciendo el equilibrio con el peso del caudal sólido y por lo tanto seestablecerá un nuevo equilibrio del fondo del río.

Por otra parte si se desea establecer un nuevo equilibrio considerando el acorazamiento delfondo, en la balanza de Lane se observará el aumento del brazo correspondiente al factortamaño del sedimento, que tendrá como efecto en el aumento del peso de caudal sólidodesequilibrando aún más la balanza con respecto al peso del caudal líquido, lo que indica que elacorazamiento expresado como incremento del tamaño del sedimento, no es una buena medidapara el restablecimiento del equilibrio del lecho del rio.

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MEMORIASDE CÁLCULO

EJERCICIO Nº 1Determinar:a) Si el caudal de desbordamiento corresponde con el caudal de banca llena y a qué periodo de retornocorrespondeLos caudales diarios máximos del río Besós en Sta. Coloma de Gramanet en los años comprendidos entre 1968-69y 1989-90 en m3/s fueron:

118 40 107 145 7 51 63 46 70 30 9834 8 121 30 97 10 13 13 36 140 32

Los caudales medio clasificados más representativos en el mismo periodo son (m3/s) (Qi en un caudal igualadoo superior i días del año medio):

Q1= 59.5 Q2= 34.2 Q3= 24.6Q30= 7.1 Q60= 5.4 Q90= 4

Q180= 2.8 Q270= 1.7 Q330= 1.1En la misma zona, el río tiene un sección (artificial) como de la figura (escala gráfica a la derecha), donde se ha formadonaturalmente el pequeño cauce principal que se dibuja. La pendiente media en la zona es 0,4% y el tamaño D50=20mm(el tamaño medio es Dm=41mm y D84=52,5mm).

Resolusión1ro: Obtención de las dimensiones de la sección del cauce1ro: Obtención de las dimensiones de la sección del cauce

2do: Determinación del coeficiente de rugosidadAsumiendo que se tiene sedimentos uniformes, utilizamos la ecuación de Strickler

d50 = 20 mmd50 = 0.02 m

(d50 en m) n = 0.0247

3ro: Determinación de la velocidad y el caudalConsiderando que se tiene las dimensiones del cauce, pendiente y coficiente de rugosidad, utilizamos la ecuación de Manning

b = 12.75 my = 1.41 mz = 1.10 mA = 20.16 m2P = 16.94 mn = 0.0247s = 0.4 %

SE = 0.004 m/mRH = 1.190 mV = 2.877 m/sQ = 58.01 m3/s

SECCIÓN TRANSVERSAL DEL CAUCE

ESC. VERT.: 1

ESC. HORZ.: 11 m

1 m

14.94

12.75

1.791.41

1.10

3ro: Determinación del periodo de retornoTeniendo caudales diarios máximos, utilizamos Weibull

Qimax m Qimax ord T118 1 145 23.00 Q T40 2 140 11.50 12 5.0 63 2.56 x 0.26

107 3 121 7.67 58.01 x145 4 118 5.75 51 2.30

7 5 107 4.6051 6 98 3.83 5.0 x63 7 97 3.29 12 0.2646 8 70 2.8870 9 63 2.56 x = 0.10630 10 51 2.3098 11 46 2.09 T = 2.4534 12 40 1.928 13 36 1.77

121 14 34 1.6430 15 32 1.5397 16 30 1.4410 17 30 1.3513 18 13 1.2813 19 13 1.2136 20 10 1.15

140 21 8 1.10140 21 8 1.1032 22 7 1.05

n= 22

b) Indicar cual es la tendencia morfológica del cauce (trenzado, meandriforme)1ro: Determinación de la relación de la pendiente y el caudal de banca llenaTeniendo el caudal a banca llena, utilizamos la ecuación de Leopold y Wolman

QBF = 58.01S0= 0.002

2do: Determinación de la forma en planta que tiene un segmento de cauceUbicamos el valor de S0 en la gráfica de QBF y S0

MEANDRIFORME

TRENZADO

EJERCICIO Nº 22. Determinar mediante los métodos de lecho fijo y móvil con fines de comparación la velocidad media y eltirante que corresponde con un caudal de 700m3/s que fluye a través de un río de sección muy ancha(760m) y rectangular.

La pendiente media en el tramo es S = 0.000362; los pesos volumétricos del material de cauce y del agua son s = 2650kg/m3 y = 1000 Kg/m3, respectivamente; la viscosidad cinemática del agua es = 10^-6 m2/s; la aceleración de lagravedad, g = 9.81 m/s2; los diámetros característicos del material del cauce: D35 = 0.00061 m; D50 = 0.00080 m;D65 = 0.00100 m; D84 = 0.00150 m; D90 = 0.00200 m.

a) Resolución para lecho fijo1ro: Determinación del tirante normal en lecho fijo por el método de BresseUtilizamos la ecuación de Bresse adaptada para seciones prismáticas y realizamos iteraciones

b = 760 mQ = 700 m3/s

SE = 0.000362 m/mn = 0.01444 = 0

h(i+1) h(i)0.807522 1.000000 -0.1924780.807358 0.807522 -0.0001630.807358 0.807358 0.0000000.807358 0.807358 0.0000000.807358 0.807358 0.000000

y = 0.807358

2do: Determinación de la velocidad media en lecho fijon = 0.01444b = 760y = 0.807358A = 613.5923P = 761.6147

RH = 0.805647SE = 0.000362V = 1.140823

Resolución para lecho movil1ro: Determinación del tirante normal en lecho movil por el método de Einstein–Babarossa

S = 0.000362 m/ms = 2650 kg/m2 = 1000 kg/m3 = 0.000001 m2/s

g = 9.81 m/s2D35 = 0.00061 mD65 = 0.001 m

Asumiendo R' calculamos V*'R' = 0.25

= 0.029796= 0.000389

Ks = 0.001Ks:rugosidad de contorno=D65 = 2.6

Determinación de x por método gráfico

65

x = 1.25Calculamos V/V*' y V

= 20.60624

V = 0.613985

Calculamos el parámetro de Einstein y determinamos V/V*'' por método gráfico

= 1.65

' = 11.12

= 8.2

= 0.074876

= 1.256478

R = 1.506b = 760.0 my = 1.512 mA = 1149.481 m2V = 0.614 m/s

Q' = 705.76 m3/sQ = 700 m3/s

Diferencia 0.82 % solución válida