Análisis de alternativas en un modelo hidráulico reducido para mi

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
9-5-2008 
Análisis de alternativas en un modelo hidráulico reducido para Análisis de alternativas en un modelo hidráulico reducido para 
mitigar la socavación producida por el Río Chocho en el Club El mitigar la socavación producida por el Río Chocho en el Club El 
Bosque Bosque 
Luis Alberto Botía Morales 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Jhon Reinaldo Jaimes Huérfano 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Wilmar Francisco Roncancio Sánchez 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Botía Morales, L. A., Jaimes Huérfano, J. R., & Roncancio Sánchez, W. F. (2008). Análisis de alternativas 
en un modelo hidráulico reducido para mitigar la socavación producida por el Río Chocho en el Club El 
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ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS EN UN MODELO HIDRÁULICO REDUCIDO 
PARA MITIGAR LA SOCAVACIÓN PRODUCIDA POR EL RÍO CHOCHO EN 
EL CLUB EL BOSQUE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LUIS ALBERTO BOTÍA MORALES 
JHON REINALDO JAIMES HUÉRFANO 
WILMAR FRANCISCO RONCANCIO SÁNCHEZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2008 
 
 
 
 
ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS EN UN MODELO HIDRÁULICO REDUCIDO 
PARA MITIGAR LA SOCAVACIÓN PRODUCIDA POR EL RÍO CHOCHO EN 
EL CLUB EL BOSQUE 
 
 
 
 
 
 
 
 
LUIS ALBERTO BOTÍA MORALES 
JHON REINALDO JAIMES HUÉRFANO 
WILMAR FRANCISCO RONCANCIO SÁNCHEZ 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de 
Ingeniero Civil 
 
 
 
 
 
Director temático 
Ing. Luis Efrén Ayala Rojas 
Asesora metodológica 
Lic. Rosa Amparo Ruiz Saray 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2008 
 
 
 
Nota de aceptación: 
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Firma del presidente de jurado 
 
 
 
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Firma del jurado 
 
 
 
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Firma del jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bogotá D.C. 5 de septiembre de 2008 
AGRADECIMIENTOS 
Los autores expresan su reconocimiento: 
 
Al decano HÉCTOR VEGA GARZÓN, por la confianza y el apoyo para el 
desarrollo satisfactorio de la investigación. 
 
Al ingeniero LUIS EFRÉN AYALA ROJAS, director temático del trabajo de 
grado, por la paciencia, apoyo y colaboración manifestada durante el 
desarrollo de la presente investigación, y por sus aportes, definitivos para 
una exitosa culminación. 
 
A ROSA AMPARO RUIZ SARAY, por su asesoría y apoyo en el desarrollo 
metodológico del proyecto. 
 
A los ingenieros FERNANDO ALBERTO NIETO CASTAÑEDA y ALFONSO 
CORREA PERDOMO, cuyos aportes a la investigación fueron definitivos 
para su exitosa culminación. 
 
A MARTHA LUCÍA TOVAR, coordinadora del laboratorio de hidráulica, por la 
colaboración prestada durante el desarrollo de la investigación. 
 
A JOSÉ LUIS ROZO ZAMBRANO, por su disposición y colaboración en la 
ejecución de los ensayos de laboratorio. Sus opiniones resultaron de gran 
ayuda en el desarrollo de la investigación. 
A ELKIN FABIÁN ARIAS PÉREZ, EDICSON JAVIER GIRALDO 
LEGUIZAMÓN, CESAR AUGUSTO LIBRADO CASTILLO, JOHNNATHAN 
RIAÑO y FRANCISCO ARMANDO VARGAS GALLARDO, amigos, por su 
colaboración en las salidas de campo y en el levantamiento topográfico. 
 
A DIEGO ALEJANDRO MORENO BARCO y GABRIEL ALFONSO CAICEDO 
ROJAS, amigos, puesto que su experiencia previa fue de gran ayuda en la 
elaboración del modelo. 
 
A LUIS CONTRERAS y NORVEY MARTÍNEZ, así como al personal de 
CARROCERÍAS EL PROGRESO, en especial a ANGELINO RONCANCIO, 
ANIBAL RONCANCIO, FRANCISCO RONCANCIO, RAFAEL RODRÍGUEZ, 
OLGA SÁNCHEZ y SEGUNDO VARGAS, por sus aportes a la investigación. 
 
A todos aquellos profesionales de la Universidad de La Salle que vieron en la 
enseñanza una oportunidad para preparar el futuro del país de la mejor 
manera posible. 
 
 
DEDICATORIA 
 
Dedico esta investigación principalmente a mi familia, en especial a mis 
padres: Parmenio Botía Rosas y Rosa Helena Morales Cubides, por sus 
sacrificios, paciencia, amor desinteresado y apoyo constante. A mi hermano 
Manuel Alejandro Botía Morales, para que su tesis sea mejor que la mía. A 
los compañeros de trabajo, Jhon Reinaldo Jaimes Huérfano y Wilmar 
Francisco Roncancio Sánchez, sin su trabajo constante, gran inventiva, 
colaboración y responsabilidad esta investigación nunca habría podido 
desarrollarse. A los ingenieros Luis Efrén Ayala Rojas y Darwin Mora Villota, 
quienes me enseñaron a aprender y también que las cosas son fáciles sólo 
cuando se saben hacer bien. A todos los que me brindaron su amistad 
durante los últimos años y en general a todas aquellas personas que de una 
u otra manera colaboraron en mi formación personal y profesional. A los 
jugadores, cuerpo técnico y directivas del Tahuichi Aguilera FC, equipo al 
que siempre alentaré. A todos los anteriores y a los que se olvida mencionar 
dedico este trabajo y espero que en el camino que les depare la vida, cada 
día que pase sea mejor que el anterior, y que todos logremos nuestras metas 
profesionales y personales. 
 
LUIS ALBERTO BOTÍA MORALES 
 
 
DEDICATORIA 
 
Dedico este trabajo a mis padres, Dionisio Jaimes Leal y Nelly del Carmen 
Huérfano Pérez, así como a mis familiares y amigos, ya que con su apoyo 
constante y la confianza depositada en mí, hoy se pueden ver los frutos de 
aquello que en un principio parecía ser algo incierto, pero que gracias a Dios 
y a todas aquellas personas que estuvieron a mi lado durante este proceso 
de formación, se pudo culminar y con ello cerrar otra etapa de la vida que día 
a día nos pone retos más grandes, que si se saben superar nos traerán 
recompensas que compensaran todo el esfuerzo y la disciplina requeridas 
para lograr los objetivos propuestos. 
 
A mis compañeros, que gracias a su colaboración y amistad, me dieron la 
fuerza y las ganas de seguir luchando hasta llegar al día en que puedo decir 
que soy un Ingeniero Civil, lo cual es muy gratificante y me llena de orgullo, 
por lo que espero seguir contando con el apoyo de todos ustedes para así 
continuar con mi formación profesional y personal. 
 
A los compañeros de investigación, Luis Alberto Botía Morales y Wilmar 
Francisco Roncancio Sánchez, les deseo que en la vida puedan llegar a 
cumplir muchas más metas, y que de esta manera se encuentre llenade 
éxitos. 
JHON REINALDO JAIMES HUÉRFANO
DEDICATORIA 
 
Dedico este trabajo de grado a Dios padre, quien ha sido el artífice primordial 
para el éxito del mismo. A mis padres, Segundo Anibal Roncancio Camacho 
y Mariela Sanchéz Garzón, quienes con su amor, comprensión e incansable 
ayuda me brindaron la fortaleza y los medios para poder culminar mi trabajo 
de grado. ya que durante todo el periodo de estudio nunca desfallecieron, y 
siempre me dieron su apoyo. A mis hermana, Andrea Milena Roncancio 
Sanchéz, quien me asesoró cuando la situación requirió su experiencia y 
sabiduría, y a mi hermano, Sebastián David Roncancio Sanchéz. ·Ellos 
siempre me acompañaron en los momentos difíciles, ayudándome y 
brindándome su apoyo. A todos mis familiares, especialmente a mi abuela 
Elvira Garzón Vda. de Sanchéz y a mi tío Francisco Roncancio Camacho, 
quienes lamentablemente ya no me acompañan. A mis primos, con los 
cuales disfruté de muchos instantes agradables durante mi periodo de 
estudio. A la Universidad de La Salle, quien me formó para poder ser un 
ingeniero, en especial a los ingenieros Fernando Nieto, Alfonso Correa, 
Darwin Mora y Luis Ayala. A los compañeros de investigación, Luis Botía y 
Jhon Jaimes pues sin ellos no hubiese sido posible la culminación del trabajo 
de grado. A todos los miembros de la Tahuichi Aguilera, especialmente a la 
junta directiva, con quienes viví experiencias inolvidables. Por último, a todos 
mis amigos. 
 
WILMAR FRANCISCO RONCANCIO SÁNCHEZ 
 
 
CONTENIDO 
 
 Pág. 
 
INTRODUCCIÓN 17 
 
1. PROBLEMA 20 
1.1 LÍNEA 20 
1.2 TÍTULO 20 
1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 20 
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 21 
1.5 JUSTIFICACIÓN 21 
1.6 OBJETIVOS 22 
1.6.1 Objetivo general 22 
1.6.2 Objetivos específicos 22 
 
2. MARCO REFERENCIAL 24 
2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL 24 
2.1.1 Morfología fluvial 24 
2.1.1.1 Clasificación básica de los ríos 24 
2.1.1.2 Formas fundamentales en planta 25 
2.1.1.3 Sección transversal 26 
2.1.2 Hidráulica de canales 27 
2.1.2.1 Tipos de canales abiertos 27 
2.1.2.2 Elementos geométricos de una sección transversal 27 
2.1.2.3 Parámetros adimensionales 28 
2.1.2.4 Energía específica 31 
2.1.3 Erosión 32 
2.1.3.1 Tipos de erosión 33 
2.1.3.2 Erosionabilidad 34 
2.1.4 Obras hidráulicas 35 
2.1.4.1 Gaviones 35 
2.1.4.2 Bolsacretos 38 
2.1.4.3 Protección con llantas 39 
2.1.4.4 Escollera 41 
2.1.5 Modelación hidráulica 43 
2.1.5.1 Condiciones generales de similitud 44 
2.1.5.2 Priorización de fuerzas 52 
2.2 MARCO NORMATIVO 53 
2.3 MARCO CONTEXTUAL 53 
2.3.1 Municipio de Silvania 55 
2.3.1.1 Análisis D.O.F.A 56 
2.3.1.2 Hidrogeología 57 
2.3.1.3 Precipitación 57 
2.3.1.4 Geología 58 
3. METODOLOGÍA 60 
3.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN 60 
3.2 OBJETO DE ESTUDIO 61 
3.3 INSTRUMENTOS 62 
3.4 VARIABLES 62 
3.5 HIPÓTESIS 62 
3.6 COSTOS DE LA INVESTIGACIÓN 62 
 
4. TRABAJO INGENIERIL 63 
4.1 DESARROLLO 63 
4.1.1 Reconocimiento visual de la zona 63 
4.1.2 Levantamiento topográfico 65 
4.1.3 Toma de muestras de suelo 66 
4.1.4 Recopilación de información 67 
4.1.4.1 Humedad natural 68 
4.1.4.2 Límite líquido 68 
4.1.4.3 Límite plástico 69 
4.1.4.4 Granulometría por tamizado 70 
4.1.4.5 Clasificación del suelo 72 
4.1.5 Diseño hidráulico del modelo 73 
4.1.5.1 Elementos geométricos del río Chocho 73 
4.1.5.2 Determinación del caudal de diseño 73 
4.1.5.3 Selección de la escala del modelo 74 
4.1.6 Construcción del modelo hidráulico 74 
4.1.6.1 Construcción de la maqueta a escala 74 
4.1.6.2 Diseño y construcción del sistema hidráulico 78 
4.1.6.3 Calibración del sistema hidráulico 80 
4.1.6.4 Metodología para la recolección de datos 81 
4.1.7 Estructuras hidráulicas 84 
4.1.7.1 Bolsacretos 84 
4.1.7.2 Llantas recicladas 85 
4.1.7.3 Escollera 85 
4.2 ANÁLISIS DE DATOS 86 
4.2.1 Comportamiento del flujo sin estructuras 86 
4.2.3 Comportamiento del flujo con estructuras 88 
 
5. CONCLUSIONES 95 
 
6. RECOMENDACIONES 97 
 
BIBLIOGRAFÍA 99 
 
ANEXOS 101 
 
 
 
LISTA DE TABLAS 
 Pág. 
Tabla 1. Velocidad crítica de arrastre para diferentes condiciones del 
agua 34 
Tabla 2. Especificaciones técnicas de bolsacretos 38 
Tabla 3. Magnitudes derivadas, dimensiones y escalas, criterios de 
semejanza de Froude 52 
Tabla 4. Normatividad técnica para el desarrollo del trabajo de grado 53 
Tabla 5. Identificación de variables 62 
Tabla 6. Resultados de ensayos de humedad natural 68 
Tabla 7. Resultados de ensayos de límite plástico 69 
Tabla 8. Porcentaje que pasa cada tamiz (en peso) 70 
Tabla 9. Elementos geométricos del río Chocho 73 
Tabla 10. Descripción de pruebas a realizar por estructura 81 
 
 
LISTA DE GRÁFICAS 
 Pág. 
Gráfica 1. Curva de energía específica 32 
Gráfica 2. Curva de fluidez 68 
Gráfica 3. Curva granulométrica 71 
Gráfica 4. Velocidades en la zona afectada, para caudal medio, sin 
estructuras 87 
Gráfica 5. Velocidades en la zona afectada, para caudal máximo, sin 
estructuras 88 
Gráfica 6. Energía vs. Abscisa, caudal medio, todas las estructuras 89 
Gráfica 7. Energía vs. Abscisa, caudal máximo, todas las estructuras 90 
Gráfica 8. Velocidad vs. Abscisa, caudal medio, todas las estructuras 91 
Gráfica 9. Velocidad vs. Abscisa, caudal máximo, todas las estructuras 91 
Gráfica 10. Energía disipada por estructura vs. abscisa, caudal medio 93 
Gráfica 11. Energía disipada por estructura vs. abscisa, caudal máximo 94 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 Pág. 
Figura 1. Características de una protección con gaviones, combinando 
sus tres modalidades 36 
Figura 2. Malla de un gavión 37 
Figura 3. Protección con bolsacretos 39 
Figura 4. Atractivos turísticos del municipio de Silvania 54 
Figura 5. Ubicación del municipio de Silvania en el departamento de 
Cundinamarca 55 
Figura 6. Cortes de icopor 76 
 
 
LISTA DE FOTOGRAFÍAS 
 Pág. 
Fotografía 1. Protección directa con llantas 41 
Fotografía 2. Protección con escollera 42 
Fotografía 3. Río Chocho 64 
Fotografía 4. Gaviones existentes en el río Chocho 64 
Fotografía 5. Falla de los gaviones existentes por volcamiento 65 
Fotografía 6. Levantamiento topográfico 66 
Fotografía 7. Zona de extracción de muestras de suelo 67 
Fotografía 8. Muestras de laboratorio para ensayos de límite líquido 69 
Fotografía 9. Muestras de laboratorio para ensayos de límite plástico 70 
Fotografía 10. Muestra lavada para análisis granulométrico por tamizado 72 
Fotografía 11. Elaboración de las bases de madera 75 
Fotografía 12. Colocación de las bases de madera 77 
Fotografía 13. Modelo impermeabilizado 78 
Fotografía 14. Registros de paso regulando el caudal circulante 80 
Fotografía 15. Medición de niveles 82 
Fotografía 16. Flotador utilizado en los ensayos 83 
Fotografía 17. Cuadro extraído del video de determinación de velocidad 83 
Fotografía 18. Bolsacretos a escala 85 
Fotografía 19. Llantas a escala 85 
Fotografía 20. Escollera a escala 86 
 
 
ANEXOS 
 Pág. 
Anexo A. Costos de la investigación 102 
Anexo B. Plano de localización 106 
Anexo C. Solicitud de préstamo de equipos topográficos 107 
Anexo D. Datos del levantamiento topográfico 109 
Anexo E. Plano topográfico 115 
Anexo F. Batimetrías 116 
Anexo G. Formatos utilizados 117 
Anexo H. Valores máximos mensuales de caudales 122 
Anexo I. Datos de calibración de registros de paso 124 
Anexo J. Toma de datos sobre el modelo hidráulico 126 
Anexo K. Secciones transversales 128 
Anexo L. Determinación de la velocidad en la sección de control 129 
Anexo M. Tablas de análisis de datos 131 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Cuando se tratan problemas relacionados con cuerpos de agua presentes en la 
naturaleza surgen muchas variables que deben ser tenidas en cuenta, y que 
pertenecen a diversos campos de la ingeniería, entre ellos la Hidráulica General, 
la Hidrología, la Geomorfología y el Transporte de sedimentos, ciencias que 
unidas conforman lo que se denomina Hidráulica Fluvial. Diferentesautores han 
propuesto muchas formas de abordar los problemas referentes a la socavación 
localizada en las márgenes de un río, sin embargo, debido a la complejidad del 
fenómeno, la gran mayoría de las ecuaciones descritas son empíricas, deducidas 
a partir de observaciones de la naturaleza y de modelos reducidos. Por lo tanto, 
sólo brindan una aproximación a la realidad del fenómeno, y no pueden 
considerarse como expresiones exactas, por lo que se hace necesario verificar 
sus resultados. 
 
Intervenir un río colocando cualquier obra hidráulica representa un desafío, puesto 
que es muy difícil conocer cuál será la influencia de esta estructura con el paso del 
tiempo, debido en principio a que los ríos son cuerpos de agua que deben 
permanecer en un balance determinado, bien sea por las consecuencias aguas 
arriba o aguas abajo de colocar dicha estructura, o por el equilibrio ecológico que 
se procura mantener al intervenir el cauce, entre otros factores. 
Un modelo hidráulico reducido es una representación que se hace de la realidad 
con el propósito de estudiar detalladamente el comportamiento de la estructura, o 
parte de ella, bajo ciertas circunstancias pre-establecidas de flujo. Los modelos 
hidráulicos reducidos son una herramienta que ha sido utilizada con amplio éxito 
en el desarrollo de proyectos relacionados con estructuras hidráulicas, puesto que 
los resultados que brindan son muy aproximados al posterior comportamiento de 
las estructuras a escala real, brindando además resultados que no podrían 
obtenerse de otra manera. 
 
Para analizar las formas apropiadas de combatir la erosión localizada en el Club El 
Bosque, causada por el río Chocho, se decidió emplear el modelo hidráulico 
reducido, puesto que es una herramienta fiable para la solución de este tipo de 
problemas. Esta investigación se enfocó en encontrar la manera de reducir dicho 
proceso erosivo a través de estructuras hidráulicas. Para ello se presenta el 
procedimiento realizado para el análisis del comportamiento de diversas 
estructuras dentro del modelo, con el objetivo de determinar la solución más 
apropiada, bien sea recubriendo la orilla, encauzando el río de tal manera que no 
afecte los terrenos perjudicados, o usando cualquier otro tipo de estructura 
hidráulica. 
 
El capítulo 1 presenta de manera clara y detallada el problema solucionado 
durante el desarrollo de este trabajo de grado. 
 
El capítulo 2 presenta el estudio teórico que compone este trabajo de grado, 
necesario para comprender y analizar los diferentes factores que sirvieron como 
elementos de juicio para el diseño y construcción del modelo hidráulico reducido y 
los experimentos realizados en él. Además indica la normatividad aplicada a los 
diferentes ensayos realizados a las muestras de suelo y las locaciones empleadas 
para el desarrollo del trabajo de grado. 
 
El capítulo 3 indica la metodología empleada en el desarrollo del trabajo de grado. 
 
El capítulo 4 presenta el trabajo ingenieril realizado, es decir, el proceso de toma 
de datos, muestras, la elaboración del modelo hidráulico reducido y la posterior 
experimentación en el mismo, así como el análisis de los resultados obtenidos a 
partir del trabajo realizado. 
 
En los capítulos 5 y 6 se presentan respectivamente las conclusiones y 
recomendaciones fruto de esta investigación. 
 
Por último se presenta la bibliografía utilizada para la elaboración del presente 
trabajo de grado, así como los anexos correspondientes. 
 
 
1. PROBLEMA 
 
1.1 LÍNEA 
El proyecto de investigación desarrollado corresponde a la línea de eventos 
naturales y materiales de obras civiles, correspondiente al grupo CIROC (Centro 
de Investigación en Riesgo de Obras Civiles), según las líneas de investigación 
establecidas por la facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de La Salle, ya 
que la erosión es un evento natural que permanentemente afecta las vías, 
estructuras y terrenos, generando cuantiosas pérdidas económicas y en ocasiones 
humanas. 
 
1.2 TÍTULO 
“ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS EN UN MODELO HIDRÁULICO REDUCIDO 
PARA MITIGAR LA SOCAVACIÓN PRODUCIDA POR EL RÍO CHOCHO EN EL 
CLUB EL BOSQUE” 
 
1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 
El río Chocho es un cuerpo de agua que nace en la zona rural del municipio de 
Silvania, bordea los terrenos pertenecientes al Club El Bosque y continúa su 
trayecto hacia el municipio de Tibacuy. En dicho río desemboca una quebrada, la 
cual varias veces al año incrementa su nivel de tal manera que la velocidad a la 
cual circula el agua genera fuerzas superiores a las que la orilla puede soportar, 
dando como resultado un cauce alterno por el cual circula el caudal excesivo que 
aporta la quebrada. Este cauce posteriormente se une al río Chocho. 
 
Los terrenos invadidos por dicho cauce eran utilizados para la práctica de 
actividades deportivas y sociales. Como consecuencia de la formación de este 
cauce el río Chocho divide su cauce en dos y el nuevo cauce genera una erosión 
permanente de las orillas, la cual ha socavado el suelo de cimentación de una 
edificación, amenazando la estabilidad de la misma, por lo cual se han colocado 
en varias locaciones estructuras de protección (gaviones) para evitar que otros 
terrenos y edificaciones se vean afectados por el fenómeno de socavación. Sin 
embargo el problema continúa latente, puesto que todavía es posible la pérdida de 
terrenos y edificaciones (además de las posibles pérdidas humanas) cada vez que 
se incrementa el nivel de la quebrada. 
 
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 
¿Cuál es la estructura más apropiada para mitigar los procesos erosivos 
provocados por el río Chocho en el Club El Bosque? 
 
1.5 JUSTIFICACIÓN 
Los problemas de socavación de tierras afectan de manera grave la calidad de 
vida de las personas que habitan en sus cercanías, ya que estos eventos pueden 
afectar la habitabilidad de las construcciones, representando un peligro contra la 
vida de las personas que las habitan y afectando el valor de sus propiedades. 
Aunque se han levantado estructuras en el río Chocho para recubrir las zonas 
afectadas el río continúa socavando las orillas. Por tanto, al colocar en el río las 
estructuras adecuadas, se puede incrementar la vida útil de las construcciones 
ubicadas en zonas aledañas y la pérdida de terrenos, incrementando las 
condiciones de seguridad para sus habitantes. 
 
Con el nivel actual del conocimiento científico, no es posible predecir el 
comportamiento de las estructuras hidráulicas de manera certera, sólo 
aproximada, debido a la gran cantidad de variables a estudiar, y en la literatura 
especializada se ha demostrado que cuando se trata de las propiedades de la 
interacción de los fluidos con los demás elementos de la naturaleza sólo la 
combinación de métodos empíricos y deducciones matemáticas puede brindar 
resultados susceptibles de ser aplicados en el mundo real. 
 
Elaborando un modelo hidráulico reducido de la zona afectada es posible observar 
el comportamiento de las estructuras hidráulicas bajo condiciones controladas, y 
de esta manera solucionar un problema que ha afectado durante varios años a los 
propietarios y socios del Club. 
 
1.6 OBJETIVOS 
Proponer la alternativa más conveniente para solucionar el problema de erosión 
provocado por el río Chocho en el Club El Bosque, mediante un modelo físico. 
 
1.6.2 Objetivos específicos 
• Determinar los caudales medios y máximos históricos en la zona afectada. 
• Diseñar el modelo físico. 
• Evaluar las siguientes estructuras en el modelo físico: bolsacretos, llantas 
recicladas, escollera mas bolsacretos y escollera mas llanta reciclada. 
• Generar gráficas comparativas entre el comportamiento del flujo sin 
estructuras y con estructuras. 
• Establecer la mejor alternativa de solución. 
 
2. MARCO REFERENCIAL 
 
2.1 MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL 
 
A continuación se presenta una recopilaciónde la teoría y conceptos 
necesarios para la correcta interpretación de este trabajo de grado. 
 
2.1.1 Morfología fluvial. “Desde la perspectiva geomorfológica, los cursos de 
agua son esencialmente agentes de erosión y transporte de sedimentos que, 
cada año y en función de las características medioambientales de sus 
cuencas, transfieren grandes cantidades de material sólido desde el interior 
de los territorios drenados hacia las partes bajas de los mismos y hacia el 
mar”1. Las modificaciones a la naturaleza a causa de estos fenómenos son el 
objeto de estudio de la Morfología Fluvial. 
 
2.1.1.1 Clasificación básica de los ríos. Los ríos se pueden clasificar 
básicamente de acuerdo a su régimen hidrológico, al material que compone 
su lecho y a su pendiente. 
 
Según su régimen hidrológico se dividen en efímeros y perennes. Los 
efímeros se caracterizan porque “el régimen hidrológico tiene una fuerte y 
 
1 MILIARIUM AUREUM, Morfología fluvial [En línea]. 
<http://www.miliarium.com/Proyectos/RestauracionAmbiental/RestauracionRiberas/Geologia/
Morfologia_fluvial.asp>. [Citado en 2008-08-23]. 
regular estacionalidad, es decir, hay un largo período de aguas altas que 
puede esperarse cada año”2. Los perennes, en cambio, permanecen secos 
gran parte del tiempo, y sólo transportan agua en periodos de fuertes 
precipitaciones. 
 
Según el material que compone su lecho, los ríos se dividen en aluviales y de 
lecho rocoso. Los lechos de ríos aluviales se componen básicamente de 
sedimentos transportados por el mismo río. Los ríos de lecho rocoso “suelen 
ser ríos encajados o incisos en los valles, desde el punto de vista 
morfológico, y con menos interacción con los asentamientos de población”3. 
 
Según su pendiente se dividen en torrenciales, con pendientes entre 1,5 y 
6%, y torrentes, con pendientes mayores al 6%. 
 
2.1.1.2 Formas fundamentales en planta. La forma en planta de los ríos 
generalmente sigue dos patrones establecidos: cauces trenzados y cauces 
meándricos. 
 
El cauce trenzado “es un cauce muy ancho, compuesto por una multiplicidad 
de cauces menores entrelazados o trenzados, que dejan islas (sumergibles) 
entre sí al unirse y separarse”4. Estos cauces pueden variar de posición 
 
2 MARTÍN VIDE, Juan Pedro. Ingeniería de ríos. México, D.F. : Editorial Alfaomega, 2003. p. 
25. 
3 Ibid. p. 26. 
4 Ibid, p. 27. 
rápidamente debido a las crecidas, por lo tanto también se denominan 
“divagantes”. 
 
El cauce meándrico es un cauce que forma curvas repetidamente a lo largo 
de su trayecto. Se caracteriza por la asimetría de las secciones transversales 
en las curvas del cauce, con una profundidad mayor en la orilla exterior de la 
curva que en la interior. A diferencia del cauce trenzado, este consta de un 
cauce único. 
 
El thalweg se define como la “línea que marca la parte más honda de un 
valle, y es el camino por donde van las aguas de las corrientes naturales”5. 
Debido a la variabilidad de posición de los cauces trenzados, es difícil 
establecer un thalweg en ellos, sin embargo, todas las corrientes naturales 
poseen un thalweg. 
 
2.1.1.3 Sección transversal. La sección transversal corresponde al área 
perpendicular a la dirección del flujo en una zona determinada. A diferencia 
de las secciones transversales de canales, que se diseñan con secciones 
definidas fácilmente identificables geométricamente, en las naturales la 
geometría de la sección es bastante irregular. 
 
 
5 WIKIPEDIA, Vaguada (geomorfología) [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Thalweg>. 
[Citado en 2008-08-23] 
2.1.2 Hidráulica de canales. Es la rama de la hidráulica que estudia las 
propiedades de los fluidos que circulan a través de un canal abierto. 
 
2.1.2.1 Tipos de canales abiertos. “Un canal abierto es un conducto en el 
cual el agua fluye con una superficie libre”6. Dependiendo de su origen se 
dividen en naturales, compuestos por los cursos de agua creados por la 
naturaleza (superficiales y subterráneos), de gran cantidad de tamaños, y los 
artificiales, creados por el hombre con el propósito de controlar y/o conducir 
el flujo (generalmente de agua) para un propósito determinado. 
 
2.1.2.2 Elementos geométricos de una sección transversal. La mayoría de 
los cursos naturales tienen secciones transversales similares a parábolas o 
trapecios, en los cuales es posible definir los siguientes parámetros 
geométricos: 
 
Profundidad de flujo ( ): Es la distancia entre el punto más bajo de la sección 
del canal y la superficie libre. 
 
Área mojada ( ): Es el área contenida entre el perímetro mojado y el ancho 
superficial. 
 
Perímetro mojado ( ): Es la longitud de la línea de intersección de la 
superficie del canal mojado y el plano de la sección transversal. 
 
6 CHOW, Ven Te. Hidráulica de los canales abiertos. México: Editorial Diana, 1982. p. 19. 
Ancho superficial ( ): Es el ancho de la sección transversal en la superficie 
libre. 
 
Radio hidráulico ( ): es la relación entre el área mojada y el perímetro 
mojado: 
 
 
 
Profundidad hidráulica ( ): es la relación entre el área mojada y el ancho 
superficial: 
 
 
 
2.1.2.3 Parámetros adimensionales. Los parámetros adimensionales “se 
definen como productos o cocientes de cantidades que sí tienen unidades de 
tal forma que todas éstas se cancelan”7. Los parámetros adimensionales se 
utilizan para determinar las características de ciertos sistemas de la 
naturaleza. Cuando se estudian los fluidos es particularmente importante 
conocer los siguientes parámetros adimensionales: 
 
 
 
7 WIKIPEDIA, Números adimensionales [En línea]. 
<http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_adimensional>. [Citado en 2007-12-10] 
Número de Froude. 
El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por una 
relación de las fuerzas de inercia a las fuerzas de gravedad. Esta 
relación se da por el número de Froude, definido así: 
 
 
 
donde es la velocidad media del flujo, es la aceleración de la 
gravedad y es una longitud característica. En flujo en canal abierto, la 
longitud característica se hace igual a la profundidad hidráulica , la 
cual se define como el área de la sección transversal del agua, normal a 
la dirección del flujo del canal, dividida por el ancho de la superficie 
libre8. 
 
Este parámetro determina tres estados de flujo: Subcrítico, crítico y 
supercrítico. 
 
Subcrítico: “El papel jugado por las fuerzas gravitacionales es más 
pronunciado; por lo tanto, el flujo tiene una velocidad baja y a menudo se 
describe como tranquilo y de corriente lenta”9. En este caso el número de 
Froude es menor que la unidad. 
 
Crítico: El flujo no se ve dominado en mayor o menor medida por fuerzas 
inerciales o gravitacionales. En este caso el número de Froude es igual a la 
unidad. 
 
8 CHOW, Ven Te, Op. cit., p. 13. 
9 Ibid, p. 13. 
Supercrítico: “las fuerzas inerciales se vuelven dominantes; el flujo tiene una 
alta velocidad y se describe usualmente como rápido, ultrarrápido y 
torrencial”10 
 
Número de Reynolds. El efecto de la viscosidad sobre el estado de flujo se 
representa por una relación de las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas y 
determina tres estados de flujo: 
 
Laminar: Se manifiesta cuando “las fuerzas viscosas son muy fuertes en 
relación con las fuerzas inerciales”11. En este caso las líneas de corriente 
pueden determinarse fácilmente. 
 
Turbulento: Se manifiesta cuando “las fuerzas viscosas son débiles en 
relación con las fuerzas inerciales”12. En este caso las líneas de corriente no 
se pueden determinar fácilmente, pero en conjunto el flujo sigue una sola 
trayectoria.De transición. Es un estado de flujo que no es ni laminar ni turbulento, sino 
que se encuentra entre los dos. 
 
El efecto de la viscosidad en relación con la inercia puede 
representarse a través del número de Reynolds, definido por 
 
 
10 Ibid, p. 13. 
11 Ibid, p. 7. 
12 Ibid, p. 8. 
 
 
donde es la velocidad del flujo, es una longitud característica (…) y 
 es la viscosidad cinemática del fluido (…) igual a la viscosidad 
dinámica dividida por la densidad.13 
 
Experimentalmente se ha determinado que el flujo laminar comprende 
valores de menores que 2000 y el flujo turbulento comprende valores 
mayores que 40000. Valores intermedios indican que el flujo es de transición. 
 
2.1.2.4 Energía específica. La energía específica ( ) de una sección 
transversal es igual a la suma de la profundidad del agua y la cabeza de 
velocidad, esta última definida de la siguiente manera: 
 
2 
 
donde es la velocidad del flujo y es la aceleración de la gravedad. 
 
La curva de energía específica muestra dos posibles valores de profundidad 
de flujo para cada valor de energía, estas profundidades se denominan 
alternas, y el estado de flujo de ambas es distinto. Este estado de flujo es 
fácilmente identificable en la curva de energía específica (gráfica 1). Hay un 
valor mínimo de energía específica ( ). En este punto el flujo es crítico 
( 1) y la profundidad se considera crítica ( ). Valores de mayores a 
 
13 Ibid, p. 8. 
corresponden a un flujo subcrítico, mientras que valores de menores a 
corresponden a un flujo supercrítico. Además, el brazo subcrítico de la 
gráfica crece de forma asintótica a la recta , mientras que el brazo 
supercrítico de la gráfica crece de forma asintótica al eje X. 
 
La curva de energía específica varía cada vez que se cambia el caudal o la 
sección transversal. 
 
Gráfica 1. Curva de energía específica 
 
0, 0
yc
Emin
Pr
of
un
di
da
d 
de
 fl
uj
o
Energía específica
Curva de energía específica
 
2.1.3 Erosión. 
La erosión comprende el desprendimiento, transporte y posterior 
depósito de materiales de suelo o roca por la acción de la fuerza de un 
fluido en movimiento (…). La erosión puede ser generada tanto por el 
agua como por el viento. Las actividades humanas frecuentemente 
intensifican o aceleran la erosión, especialmente por la deforestación o 
la remoción de la capa vegetal14. 
 
2.1.3.1 Tipos de erosión. La erosión se divide en erosión fluvial, marina, 
glacial, eólica, kárstica y biótica. La erosión estudiada en este trabajo de 
grado es la erosión fluvial. 
 
Erosión fluvial: “Se le denomina al desplazamiento debido al agua, 
provocando el humedecimiento de la tierra y que esta se deslave, ya sea por 
pendiente a cuesta o pendiente en vertical”15. Se pueden presentar dos tipos 
de erosión hidráulica que afecten el cauce: 
 
• Erosión lateral que amplía su ancho, aumentando la altura de los 
taludes. 
• Profundización del cauce. 
 
La erosión en ambos casos depende de las condiciones geotécnicas de los 
materiales de fondo y los taludes, su geometría, pendiente y características 
del flujo de agua. La estabilidad del talud depende de los parámetros de 
resistencia ( ,Ф ), el peso unitario, la altura, la pendiente y las características 
geológicas. Además se debe tener en cuenta que para cada tipo de suelo y 
agua existe una velocidad específica de arrastre. 
 
14 SUÁREZ DÍAZ, Jaime. Control de erosión en zonas tropicales. Bucaramanga : Instituto de 
investigaciones sobre erosión y deslizamientos, 2001. p. 15. 
15 WIKIPEDIA, Erosión [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Erosi%C3%B3n>. [Citado en 
2008-08-25] 
 
Tabla 1. “Velocidad crítica de arrastre para diferentes condiciones del agua”16 (m/s) 
Materiales Aguas limpias Aguas con limos finos 
Aguas con arena y 
gravas 
Arena fina 0,45 0,76 0,45 
Arena limosa 0,53 0,76 0,61 
Limos arenosos 0,61 0,91 0,61 
Limos no coloidales 0,61 1,06 0,61 
Ceniza volcánica 0,75 0,90 0,60 
Gravas finas 0,76 1,52 1,14 
Arcilla compacta 1,14 1,51 0,91 
Arena gravo limosa 1,14 1,52 1,52 
Limos coloidales 1,15 1,52 0,91 
Gravas gruesas 1,20 1,50 0,90 
Limos coloidales y 
guijarros 1,22 1,68 1,52 
Guijarros 1,22 1,82 1,98 
Cantos aluviales 1,50 1,65 1,95 
Lutitas fracturadas 1,80 1,80 1,50 
Esquistos y bloques de 
roca 1,82 1,82 1,42 
 
 
2.1.3.2 Erosionabilidad. “Es la susceptibilidad o facilidad con que un suelo es 
desprendido y transportado por los fenómenos erosivos”17. Es provocada por 
diversos factores, entre los cuales se destacan: 
 
• Tamaño y distribución de las partículas. 
• Resistencia al corte (Cohesión). 
• Índice de plasticidad. 
• Contenido de arcilla. 
• Porcentaje de arena, limo y arcilla. 
• Tipo de arcilla. 
• Dispersibilidad de la arcilla. 
• Valencia de los lones absorbidos. 
• Porcentaje y tipo de los suelos disueltos. 
• Temperatura. 
• Orientación de las partículas. 
• Factores geométricos (estado de esfuerzos). 
• Humedad natural antes de la lluvia. 
• Área expuesta. 
• Intensidad de la lluvia. 
• Pendiente del terreno. 
 
16 SUÁREZ DÍAZ, Jaime, Op. cit., p. 49. 
17 Ibid, p. 48. 
• Rata de escorrentía. 
• Profundidad de la escorrentía. 
• Velocidad de la escorrentía. 
• Longitud de recorrido de la escorrentía. 
• Características de la cobertura vegetal.18 
 
2.1.4 Obras hidráulicas. “Se entiende por obra hidráulica o infraestructura 
hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el 
elemento dominante tiene que ver con el agua”19. Las obras hidráulicas 
pueden dividirse en distintos grupos, por ejemplo canales, represas, 
estaciones de bombeo, esclusas, sistemas de almacenamiento de agua 
potable, sistemas de recogida de aguas residuales, sistemas de riego, 
sistemas de drenaje, sistemas de recarga de acuíferos y sistemas de 
defensa ribereña, entre otros. En este trabajo de grado se detallan 
específicamente algunos sistemas de defensa ribereña, cuya función es 
proteger las orillas de los cauces y los terrenos aledaños de fenómenos 
como la erosión y las inundaciones, entre otros. 
 
2.1.4.1 Gaviones. “En ingeniería, los gaviones son contenedores de piedras 
retenidas con malla de alambre. Se colocan a pie de obra desarmados y, una 
vez en su sitio, se rellenan con piedras del lugar”20. Trabajan como 
estructuras de gravedad, son elementos permeables, que generalmente 
requieren la construcción de un filtro. Puede adaptarse a pequeñas erosiones 
 
18 Ibid, p. 48. 
19 WIKIPEDIA, Obra hidráulica [En línea]. 
<http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulica>. [Citado en 2007-12-31] 
20 WIKIPEDIA, Gavión [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/ Gavi%C3%B3n>. [Citado en 
2007-12-31] 
o asientos del substrato. Se dividen en gaviones de cuerpo, de base y de 
revestimiento (ver figura 1). 
 
Gaviones de cuerpo. Son gaviones de 1 m x 1 m en sección transversal y de 
1 a 4 m de longitud. 
 
Gaviones de base. Son gaviones de 0,5 m de altura, utilizados como 
cimentación de la estructura. 
 
Gaviones de revestimiento. Son gaviones de 0,2 a 0,3 m de altura, utilizados 
en alineaciones de recubrimiento sin ninguna responsabilidad estructural ni 
de estructura de gravedad. 
 
Figura 1. “Características de una protección con gaviones, combinando sus tres 
modalidades”21 
 
 
21 MARTÍN VIDE, Juan Pedro, Op. cit., p. 219. 
Para diseñar una protección con gaviones se debe tener en cuenta la tensión 
crítica ( ) necesaria para el desplazamiento de partículas, seleccionando 
una malla de alambre galvanizado que resista por lo menos 2 veces dicha 
tensión, pudiendo estar recubierta por PVC para proteger al alambre contra 
la corrosión. “El alambre se trenzaen mallas hexagonales con triple torsión, 
de 6 a 12 cm de paso de malla, trenzado con la propiedad de no 
deshilacharse en caso de corte de un alambre”22 (ver figura 2). El espesor 
del gavión de revestimiento debe ser aproximadamente 2 , siendo el 
tamaño del material del gavión. 
 
Figura 2. “Malla de un gavión”.23 
 
 
El llenado de un gavión se realiza in situ, de lo contrario debe ser 
cuidadosamente colocado. Debe ser compactado, para ello, “se encofra el 
gavión y se atirantan las mallas laterales por medio de diafragmas a fin de 
controlar la deformación. Cuando está lleno se cose la tapa con alambre”24. 
Cuando está terminado, el gavión debe tener un peso específico de entre 1,7 
y 1,8 T/m2. 
 
22 Ibid, p. 219. 
23 Ibid, p. 220. 
24 Ibid, p. 220. 
2.1.4.2 Bolsacretos. Son bloques de concreto prefabricado, elaborados 
según dimensiones establecidas, flexibles y permeables, que al ser 
colocados en conjunto conforman un enrocado de gran tamaño, adecuado 
para la protección de riberas y estabilización de taludes. Pueden trabajar 
como estructuras disipadoras de energía y/o como manejadores de líneas de 
corriente. Son fácilmente transportables y almacenables, protegiendo 
grandes áreas en períodos cortos, son adaptables a superficies irregulares y 
no requieren equipos pesados de construcción. La tabla 2 muestra las 
especificaciones técnicas de los gaviones PAVCO, sin embargo, estas varían 
de acuerdo al fabricante. 
 
Tabla 2. “Especificaciones técnicas de bolsacretos”25. 
CARACTERÍSTICAS UNIDADES REFERENCIA 1101 1102 1401 1402 
Capacidad m3 1 2 1 2 
Pesistencia al 
punzonamiento 
ASTM-D4833 
N 320 320 390 390 
Resistencia al 
estallido ASTM-
D3786 (Método 
Mullen) 
PSI 250 250 320 320 
Resistencia al 
rasgado trapezoidal 
ASTM-D4533 
N 240 240 240 240 
Resistencia a la 
tensión grab. ASTM-
D4632 
N 400 400 690 690 
Dimensiones internas 
Ancho cm 240 185 240 185 
Largo cm 120 270 120 270 
Boquilla de llenado 
Ancho cm 35 35 35 35 
Largo cm 50 50 50 50 
Boca cm 22 22 22 22 
Costura Tipo Doble Doble Doble Doble 
 
 
25 COVAL, Bolsacretos. Funciones y aplicaciones [En línea]. 
<http://www.coval.com.co/pdfs/manuales/man_pavco_bolsacretos_funciones_aplicaciones.p
df>. [Citado en 2008-01-03] 
Figura 3. Protección con bolsacretos 
 
 
2.1.4.3 Protección con llantas. La protección con llantas se puede dividir en 
protección indirecta, en la que se reduce la velocidad y/o la energía del flujo, 
y la protección directa, en la que se recubre la orilla. 
 
Protección indirecta. Se divide en armadores llenos con llantas, retardadores 
de llantas, rompeolas o como refuerzo. 
 
Armadores llenos con llantas: Esta estructura se encuentra conformada por 
dos filas de pilotes (de 13 cm aproximadamente) con una longitud necesaria, 
de tal forma que el 60% aproximadamente penetre en la superficie, 
espaciados a 1,5 m aproximadamente. Se forman estructuras en “U”, luego, 
el armazón se llena en su fondo con arena y sobre esta se colocan llantas 
amarradas con alambre. Por último se rellenan con algún material. 
Retardadores de llantas: Consiste en una o más filas de pilotes anclados en 
forma de “U” y amarrados con tablones unidos a ellos por medio de clavos, 
las llantas se ensartan en los pilotes y se llenan posteriormente. Por último, 
se siembra vegetación con el fin de poder dar más consistencia a la 
estructura. 
 
Rompeolas: Se colocan llantas vacías transversalmente a la dirección de 
flujo, ancladas con muertos de concreto a los que se unen mediante cables o 
cadenas. 
 
Como refuerzo: Se usan aguas arriba en la cabeza de los espolones 
construidos de otros materiales. 
 
Protección directa. Consiste en colocar llantas unas contra otras de 
diferentes formas, pueden estar ancladas aunque es preferible rellenarlas 
(arena, piedra, material de desecho, etc.), lo que genera un tipo de 
revestimiento flexible. 
 
Las llantas se unen por medio de cables lo cual forma una red que se ancla a 
la orilla por medio de muertos en los extremos y en la parte superior se 
siembra vegetación. 
 
 
 
Fotografía 1. Protección directa con llantas 
 
 
2.1.4.4 Escollera. La escollera (o enrocado) es la unidad formada por 
agrupación de elementos pétreos naturales, generalmente procedentes de 
cantera, los elementos o escollos se colocan sin ligante de manera que la 
unidad no es monolítica. Su estabilidad se debe al peso propio de los 
escollos y a su imbricación. Se pueden formar estructuras independientes 
cuyo funcionamiento es por gravedad, son estructuras permeables y de poca 
resistencia ya que no existe monolitismo, por esta razón no suele utilizarse 
como una estructura independiente, en el mayor de los casos se utiliza como 
revestimiento, protección o defensa de otra estructura. La protección de 
escollera o rip rap ha sido y continúa siendo hoy día uno de los métodos más 
utilizados en todo el mundo debido principalmente a sus características de 
flexibilidad, larga duración, facilidad de puesta en obra y reparación. Además 
de su apariencia natural. 
Fotografía 2. Protección con escollera. 
 
 
La escollera puede ser puesta en obra desde tierra con ayuda de dumpers y 
palas el talud de una escollera vertida es el natural de la agrupación, 
aproximadamente entre 1:1 y 1:2 (V:H), o bien un ángulo de reposo de 40º 
aproximadamente. Un inconveniente de la escollera vertida es la posibilidad 
de segregación. La práctica común de hormigonear la escollera, le hace 
perder su cualidad fundamental de flexibilidad, así como su permeabilidad, a 
pesar de la impresión de robustez, el monolitismo del material resultante lo 
hace menos adecuado para obras fluviales. 
 
Ventajas y desventajas. Los métodos basados en la tensión tractiva tienen 
una clara desventaja respecto a los que utilizan la velocidad como parámetro 
de cálculo, ya que desde un punto de vista práctico de aplicación en 
ingeniería la tensión tractiva local resulta difícil de medir y de conceptualizar 
en comparación con la velocidad. 
 
El diseño de protecciones de escollera se justifica en muchos proyectos 
únicamente con el empleo de métodos empíricos simples que utilizan como 
parámetro de diseño la velocidad media en la sección, por ser éste el único 
dato disponible en la mayoría de los casos. 
 
2.1.5 Modelación hidráulica. En ingeniería, se denomina modelo físico 
reducido a las “construcciones en escala reducida de obras de ingeniería 
para estudiar en ellos su comportamiento, y permitir así perfeccionar los 
diseños, antes de iniciar la construcción de las obras reales”26. A partir de 
esta premisa, se puede definir el modelo hidráulico reducido como una 
construcción a escala reducida de un cuerpo de agua (generalmente un río), 
para estudiar el comportamiento de obras hidráulicas dentro de dicho 
modelo, puesto que “permiten prever en qué medida una estructura cumplirá 
su función mediante determinación de sus deformaciones, esfuerzos, 
condiciones límites de destrucción estática, determinadas, bien sea para la 
estructura completa o para algunas de sus partes”27. 
 
 
26 WIKIPEDIA, Modelo físico [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_f%C3%ADsico>. 
[Citado en 2007-07-15] 
27 SENCIAL, Cirse. Similitud y ensayos en modelos reducidos en hidráulica. Medellín: Centro 
de Publicaciones U.N., 1972. p. 7. 
Los modelos hidráulicos presentan grandes ventajas, entre las cuales cabe 
destacar el hecho de que “se usan procesos reales que integran las 
ecuaciones que gobiernan el fenómeno sin simplificar hipótesis y sin omitir 
nada desconocido (como ocurre a menudo en un modelo matemático)”28. 
Además, “las menores magnitudes y el más sencillo control y manejo del 
modelo permiten adquirir con mayor facilidad datos relevantes, cuya 
medición en un prototipoa escala real sería más complicada”29. Sin 
embargo, el uso de modelos hidráulicos no está exento de inconvenientes, 
entre los cuales se destaca principalmente “la introducción de efectos de 
escala que se traducen en una variación de las proporciones entre los 
fenómenos que tienen lugar en el modelo y en el prototipo”30. 
 
2.1.5.1 Condiciones generales de similitud. Las condiciones de similitud son 
el requisito necesario que permite la extrapolación de los resultados leídos 
en el modelo hacia el prototipo. Estas condiciones se denominan criterios de 
semejanza y son los siguientes: 
 
• Semejanza geométrica. 
• Semejanza cinemática. 
• Semejanza dinámica. 
 
 
28 GALMÉS GIRALT, José Luis. Diseño innovador de diques con geometrías cilíndricas. 
Barcelona, 2005, p. 48. Tesis de grado (Ingeniero Civil). Universitat Politècnica de 
Catalunya. Facultad de Ingeniería Civil. Área de Ingeniería Hidráulica, Marítima y Sanitaria. 
29 SENCIAL, Cirse, Op. cit., p. 7. 
30 Ibid, p. 7. 
Semejanza geométrica. La semejanza geométrica se obtiene cuando las 
líneas del modelo son geométricamente correspondientes a los del prototipo, 
es decir, son homólogos. De esta manera, “la relación de las dimensiones 
lineales homólogas define la escala de la similitud geométrica”31, es decir: 
 
 
 
Donde es la escala de longitudes, es una longitud homóloga (horizontal 
o vertical) y los subíndices y indican si la longitud corresponde al modelo 
o al prototipo, respectivamente. Si permanece constante al comparar dos 
longitudes homólogas cualesquiera, se considera que el modelo es 
geométricamente semejante al prototipo. Además, si es constante tanto 
para las dimensiones horizontales como para las verticales, se considera el 
modelo como no distorsionado, de lo contrario se considera distorsionado. 
 
Semejanza cinemática. “Cuando dos sistemas son cinemáticamente 
semejantes, partículas homólogas ocupan en tiempos homólogos posiciones 
homólogas”32. De la misma manera utilizada para establecer la escala de 
longitudes, se establecen las escalas de aceleración, velocidad y tiempo: 
 
 
 
31 Ibid, p. 8. 
32 Ibid, p. 8. 
 
Además, la similitud cinemática debe cumplir con las siguientes condiciones: 
 
 
 
Semejanza dinámica. “Esta es similitud de masa y fuerza; dos movimientos 
son similares dinámicamente, si son similares cinemáticamente, si las 
relaciones entre masas de varios objetos homólogos envueltos en los dos 
movimientos son iguales, y si las relaciones de las fuerzas homólogas las 
cuales de algún modo afectan el movimiento son iguales”33. 
 
En la semejanza dinámica, existen cierta cantidad de fuerzas que actúan 
tanto en el modelo como en el prototipo, las cuales serán definidas a 
continuación: 
 
Inercia. “Las fuerzas de inercia son las fuerzas que es necesario añadir a las 
fuerzas realmente actuantes sobre un sistema físico si se desea que la 
segunda Ley de Newton conserve su validez cuando referimos su 
movimiento a un sistema no inercial”34. Se define como el producto de la 
masa por la aceleración: 
 
 
33 CAYCEDO ESGUERRA, Mario Augusto, SUÁREZ LEANO, Luis Alfonso y VARGAS 
ROZO, Fabio Mauricio. Adecuación e instalación de un modelo hidráulico para el análisis de 
fondos móviles. Bogotá, 1989, p. 67. Proyecto de grado (Ingeniero Civil). Pontificia 
Universidad Javeriana. Facultad de Ingeniería Civil. 
34 SÁNCHEZ CHINEA, Carlos. De la inercia y la gravitación [En línea]. 
<http://personales.ya.com/casanchi/fis/masas01.htm>. [Citado en 2007-08-15] 
 
 
En el caso de la modelación hidráulica, la fuerza inercial se expresa como: 
 
 
donde: 
 
: Densidad del fluido. La densidad es la cantidad de masa por unidad de 
olumen. v
: Dimensión de longitud. 
: Velocidad de desplazamiento de la partícula de fluido. 
 
Gravedad. “La gravedad es una propiedad fundamental de la materia que 
produce una recíproca atracción entre los cuerpos”35. La fuerza producida 
por la gravedad se define como: 
 
 
 
donde: 
 
: Aceleración de la gravedad. 
 
 
35 ASTRONOMÍA, Gravedad [En línea]. <http://www.astromia.com/glosario/gravedad.htm>. 
[Citado en 2007-08-15] 
Viscosidad. “La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones 
tangenciales”36. Se define como: 
 
µ µ µ 
 
donde: 
 
: Fuerza tractiva. “La fuerza tractiva es la fuerza de corte que ejerce el flujo 
sobre las partículas del cauce en un determinado punto”37. 
 
: Área sobre la que actúa la presión media . 
 
µ: Viscosidad dinámica. Es aquella que se determina “midiendo la fuerza 
necesaria para vencer la resistencia a la fricción del fluido en una capa de 
dimensiones conocidas”38. 
 
: Velocidad diferencial a través de un espesor de fluido. 
 
Tensión superficial. 
En física se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la 
superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada 
 
36 WIKIPEDIA, Viscosidad [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad>. [Citado en 
2007-08-15] 
37 SUÁREZ DÍAZ, Jaime, Op. cit., p. 44. 
38 LUBRICAR, Teoría y Práctica de la Lubricación [En línea]. 
<http://www.lubricar.net/teoria.htm>. [Citado en 2007-08-16] 
película elástica (…). La tensión superficial (…) junto a las fuerzas que 
se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en 
contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, por ejemplo. 
 
A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas 
que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y 
en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está 
sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto 
permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, 
en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. 
Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una 
mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta 
fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre 
el líquido y el gas. 
 
La tensión superficial tiene como principal efecto la tendencia del líquido 
a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, de aquí 
que un líquido en ausencia de gravedad adopte la forma esférica, que 
es la que tiene menor relación área/volumen39. 
 
La fuerza producida por la tensión superficial se define como: 
 
 
donde: 
 
: Tensión superficial. 
 
Presión. La presión se define como la relación entre una fuerza perpendicular 
a un plano donde se aplica esta fuerza y el área de dicho plano. 
 
La fuerza generada por la presión se define como: 
 
 
39 WIKIPEDIA, Tensión superficial [En línea]. 
<http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial>. [Citado en 2007-08-16] 
 
 
donde: 
 
: Presión media. 
 
Elasticidad. “El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos 
materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentra sujetos a 
la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas 
fuerzas exteriores se eliminan”40. La fuerza provocada por la elasticidad del 
fluido está definida por: 
 
 
 
donde: 
 
: Módulo de elasticidad. “El módulo de elasticidad es una característica del 
material que caracteriza la compresibilidad de un líquido, cuán fácil una 
unidad del volumen fluido puede ser cambiada al cambiar la presión que 
trabaja sobre ella”41. 
 
 
40 WIKIPEDIA, Elasticidad [En línea]. 
<http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_%28mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos%29>. 
[Citado en 2007-08-16] 
41 ISTEC, Hydraulic Calculations – Bulk Modulus and Fluid Elasticity [En línea].<http://www.istec.com.uy/esp/calculos/ModuloElasticidad.asp>. [Citado en 2007-08-16] 
Según la segunda ley de Newton “la variación del momento lineal de un 
cuerpo es proporcional a la resultante total de las fuerzas actuando sobre 
dicho cuerpo y se produce en la dirección en que actúan las fuerzas”42. Por 
tanto la fuerza inercial se puede expresar como la sumatoria de las demás 
fuerzas, es decir: 
 
 
 
Para que exista la semejanza dinámica se deben cumplir además las 
siguientes condiciones: 
 
 
 
 
 
Sin embargo, no se conocen fluidos que cumplan estas condiciones a 
escalas geométricas menores a la del prototipo ( 1). Por lo tanto, es 
necesario “priorizar unas respecto a las otras al reproducir en el modelo los 
 
42 WIKIPEDIA, Leyes de Newton [En línea]. <http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton>. 
[Citado en 2007-08-12] 
procesos reales, siendo tarea esencial al diseñar un modelo hidráulico 
determinar y justificar qué fuerzas pueden ser despreciadas”43. 
 
2.1.5.2 Priorización de fuerzas. De las fuerzas presentes en un fluido en 
movimiento, la fuerza inercial es la más importante. Por tanto, para priorizar 
unas fuerzas respecto de otras se debe comparar la importancia relativa de 
cada una de ellas con la fuerza de inercia. Para ello es necesario determinar 
los parámetros adimensionales del flujo, siendo los más importantes los 
números de Froude y Reynolds. La siguiente es una tabla de magnitudes a 
escala, siguiendo el criterio de semejanza de Froude: 
 
Tabla 3. “Magnitudes derivadas, dimensiones y escalas, criterios de semejanza de Froude”44 
Magnitud derivada Dimen iones s Criterio de semejanza de Froude 
Tiempo 
Masa 
Velocidad 
Velocidad angular 
Aceleración 1 
Caudal 
Fuerza 
Presión 
 
 
 
43 GALMÉS GIRALT, José Luis, Op. cit., p. 51. 
44 MONTOYA FITZGERALD, Giovanny Alexander, PEDRAZA GARCÍA, Jhon Fredy y 
RUEDA PRADO, Juan Paulo. Modelo para el estudio de la erosión en el K12+005 del río 
Checua. Bogotá, 2006, p. 48. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de La Salle. 
Facultad de Ingeniería Civil. 
2.2 MARCO NORMATIVO 
 
Tabla 4. Normatividad técnica para el desarrollo del trabajo de grado 
Norma Tema Descripción
I.N.V E-122 Humedad natural Determinación de la humedad natural de una muestra de suelo 
I.N.V E-123 Granumoletría Análisis granulométrico de suelos por tamizado 
I.N.V E-125 Límite líquido Determinación del límite líquido de los suelos 
I.N.V E-126 Limite plástico Determinación del límite plástico e índice de plasticidad 
 
 
2.3 MARCO CONTEXTUAL 
 
La labor de campo de este trabajo de grado fue realizada en el Club El 
Bosque, ubicado a 65 kilómetros de Bogotá por la vía a Fusagasugá, en el 
municipio de Silvania y tomando la vía Viota - Tibacuy a 2 kilómetros y medio 
de la carretera Panamericana. En los predios del club se encuentra el Río 
Chocho, y allí se realizó el levantamiento topográfico y la extracción de 
muestras de suelo y de fondo del río (sedimentos y material granular). En la 
figura 4 el Club El Bosque se identifica como el ítem 22. 
 
Los ensayos practicados a las muestras de suelo se realizaron en el 
Laboratorio de Suelos de la Universidad de La Salle, ubicado en la ciudad de 
Bogotá. 
 
La construcción del modelo hidráulico reducido y los ensayos practicados en 
él se realizaron en el municipio de Soacha, en las instalaciones de 
Carrocerías El Progreso. 
Figura 4. Atractivos turísticos del municipio de Silvania. 
 
 
 
 
2
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2.3.1 Munic
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Figura 5. Ubicaación del municcipio de Silvania en el departa
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La cuenca hidrográfica del río Sumapáz, en el municipio de Silvania abastece 
a una población de 27.512 habitantes según censo DANE, donde el 24,81% 
de la población (6.827 habitantes) viven en el casco urbano y el 75,18% 
(20.685 habitantes) en la zona rural distribuidos en trece veredas. El casco 
urbano del municipio de Silvania se encuentra ubicado en la parte baja de la 
cuenca del río Subia a 1450 m.s.n.m. 
 
La actividad socioeconómica se basa en su desarrollo agropecuario y 
turístico, está representada fundamentalmente por la producción avícola 
tecnificada; en la agricultura sobresalen los cultivos de café, maíz y papa. La 
actividad potencial de la cuenca del río Sumapáz es el turismo, 
especialmente en áreas aledañas a la vía que de Bogotá conduce al 
departamento del Tolima. 
 
2.3.1.1 Análisis D.O.F.A.: El municipio de Silvania genera importantes 
oportunidades a nivel económico y social debido a su ubicación geográfica 
privilegiada sobre la carretera Panamericana, convirtiéndose en paso 
obligado desde y hacia Bogotá, una de las fuentes de comercio más 
importante del país. También es un nexo hacia diferentes destinos turísticos 
sobre la región del Sumapáz. 
 
Ambientalmente la región occidental de esta cuenca presenta problemas de 
abastecimiento de agua como consecuencia del desarrollo urbanístico, 
presentándose una demanda del recurso hídrico superior a la oferta. Existen 
áreas con bosque nativo y en buen estado de conservación en los municipios 
de Pasca, Arbeláez, San Bernardo y Cabrera. La fauna aún se conserva en 
estos relictos boscosos. 
 
2.3.1.2 Hidrogeología: En el municipio de Silvania las zonas de interés 
hidrogeológico se encuentran en la Cuchilla de San Miguel y la Cuchilla de 
Peñas Blancas, conformando la parte central del área municipal. La 
formación está compuesta por arenisca tierna y arenisca dura, 
encontrándose ésta sobre la formación Guaduas, caracterizada por gredas 
rojas y areniscas en la parte superior y en el medio por arcillas esquistosas 
grises. Las áreas de recarga hídrica hacia la Cuchilla de San Miguel 
presentan importantes nacederos, que dan origen a gran cantidad de 
quebradas y sus correspondientes afluentes, las áreas donde se encuentran 
los nacimientos presentan poca vegetación contribuyendo a la reducción del 
recurso hídrico. En el municipio existen gran cantidad de aljibes, cuyas aguas 
son utilizadas para uso doméstico, sobre todo en épocas lluviosas, estos al 
igual que los nacederos también se encuentran desprotegidos; en algunas 
veredas hay reservorios para garantizar el agua en los acueductos. 
 
2.3.1.3 Precipitación: De manera general se presentan tres tipos fenómenos 
atmosféricos, según la escala de influencia en el municipio: el 
macroclimático, el regional y el microclimático. El primer fenómeno está 
determinado por la Zona de Convergencia Intertropical (CIT), debido a la 
incidencia de éste fenómeno en nuestro territorio nacional sepresentan dos 
períodos de lluvias y dos de sequías. El segundo fenómeno obedece a la 
circulación de los vientos regionales en conjugación con al relieve 
montañoso. La distribución temporal de la precipitación, indica que el 
comportamiento es bimodal; el primer periodo se presenta en los meses de 
marzo y abril tanto en el área del municipio como fuera de ella, salvo en el 
casco urbano que se prolonga hasta el mes de mayo; el segundo periodo es 
en octubre y noviembre, siendo noviembre el mes más lluvioso. Los periodos 
con tendencia seca se presentan en el primer semestre del año entre 
diciembre y febrero, y, en el segundo entre junio y agosto; siendo crítico en 
los meses de junio, julio y agosto para el sector bajo del municipio cerca de 
la cabecera municipal, donde el promedio de lluvias es de 55,2 mm. 
 
2.3.1.4 Geología: El Municipio presenta formaciones del terciario y del 
cretáceo, la caracterización de rocas está dada por el tipo sedimentario, 
estas son el producto de la acumulación en forma estratificada de materiales 
sedimentarios en la litósfera, en condiciones de baja presión y temperatura; 
las rocas sedimentarias son producidas en dos formas diferentes: 
acumulación mecánica de minerales y fragmentos y la deportación química. 
La mayoría de las acumulaciones mecánicas de lodos, arenas y gravas son 
el producto de la alteración y la erosión de la superficie de rocas antiguas ya 
formadas, las cuales son transportadas en forma de fragmentos y residuos 
por agentes como el agua, el aire o el hielo. Los materiales depositados por 
medios químicos, consisten en sustancias como carbonatos, sulfatos, sílice, 
etc, originados por precipitación química, la cual puede ser causada por 
evaporación o por reacción puramente inorgánica entre las sales disueltas, o 
indirectamente por organismos; en la zona de estudio las rocas 
sedimentarías que se encuentran son areniscas y de tipo arcilloso, 
conformando las formaciones Guaduas, Guadalupe y Areniscas de 
Fusagasugá. 
 
3. METODOLOGÍA 
 
3.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN 
La investigación realizada es de tipo experimental. De acuerdo a lo 
expresado por Mario Tamayo y Tamayo, la investigación es de este tipo 
“cuando a través de un experimento se pretende llegar a la causa de un 
fenómeno. Su esencia es la de someter al objeto de estudio a la influencia de 
ciertas variables en condiciones controladas y conocidas por los 
investigadores”1. 
 
Para la consecución del objetivo general, la investigación se dividió en las 
cuatro fases siguientes: 
 
FASE 1. FUNCIONAMIENTO DE UN MODELO HIDRÁULICO REDUCIDO 
• Recopilación de la información existente en los textos referentes al 
tema. 
 
FASE 2. ESTUDIOS PREVIOS 
• Recopilación de planos de la zona. 
• Recopilación de información climatológica 
• Descripción geotécnica de la zona. 
 
1 TAMAYO Y TAMAYO, Mario. El proceso de la investigación científica. México, D.F. : 
Limusa, 1995. p.111. 
• Descripción topográfica de la zona. 
 
FASE 3. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO HIDRÁULICO REDUCIDO 
• Primera salida de campo (reconocimiento visual de la zona) 
• Segunda salida de campo (levantamiento topográfico) 
• Tercera salida de campo (toma de muestras de suelo) 
• Recopilación de información. 
• Diseño hidráulico del modelo. 
• Construcción del modelo hidráulico. 
• Selección, diseño y elaboración de las alternativas a evaluar. 
 
FASE 4. EXPERIMENTACIÓN 
• Ajuste hidráulico del modelo. 
• Comportamiento hidráulico de las diferentes estructuras. 
• Análisis de resultados. 
• Elaboración de conclusiones y recomendaciones. 
 
3.2 OBJETO DE ESTUDIO 
El objeto de estudio del presente trabajo de grado fue la comparación del 
comportamiento de cinco alternativas de estructura hidráulica en un modelo 
hidráulico reducido del río Chocho, para determinar cuál es la más apropiada 
en el aspecto técnico. 
 
3.3 INSTRUMENTOS 
En el desarrollo de la presente investigación se utilizaron formatos para el 
registro de los datos tomados en el modelo físico y también para los 
resultados calculados posteriormente. Dichos formatos se encuentran en el 
anexo G. 
 
3.4 VARIABLES 
 
Tabla 5. Identificación de variables 
CATEGORÍA DE ANÁLISIS VARIABLES INDICADORES
Geomorfología de la zona 
afectada. 
Flujo circulante. 
Secciones transversales. 
Perfil longitudinal. 
Registros históricos. 
Topografía. 
Cartografía. 
Modelación física. Escala. Caudal. Criterios de semejanza. 
Diseño hidráulico del modelo. Caudal (a escala) Apertura de registros de paso. Aforo de caudal. 
Estructuras hidráulicas. Velocidad del flujo. Vórtices. 
Flujo sin estructuras. 
Flujo con bolsacretos. 
Flujo con protección directa de 
llantas. 
Flujo con escollera. 
Combinación de alternativas. 
 
 
3.5 HIPÓTESIS 
La utilización de un modelo físico define la estructura adecuada para mitigar 
el problema de erosión provocado por el Río Chocho en el Club El Bosque. 
 
3.6 COSTOS DE LA INVESTIGACIÓN 
El costo de la investigación fue de $ 3’152.222,00, y se encuentra descrito en 
el anexo A. 
 
 
4. TRABAJO INGENIERIL 
 
4.1 DESARROLLO 
 
4.1.1 Reconocimiento visual de la zona. El primer paso de la investigación 
fue la elección de la zona de estudio, para lo cual se buscó una zona que 
presentara problemas de erosión, encontrando el río Chocho, el cual cumplió 
con los requerimientos necesarios para desarrollar la investigación, ya que 
presenta problemas de erosión a la altura del Club El Bosque. 
 
El reconocimiento visual se hizo en agosto de 2007, escogiendo el área del 
picadero del club como la zona de estudio, ya que viene siendo afectado por 
la erosión, y aunque se colocaron gaviones, estos carecían de diseño 
alguno, ya que fueron colocados simplemente recostados sobre la orilla 
afectada, por lo que posteriormente fallaron por volcamiento en uno de sus 
extremos, mientras que en el otro están comenzando a ser arrastrados por la 
corriente, lo que pone en peligro la estabilidad de las áreas que debían 
proteger. Además, ayudados por un GPS, se obtuvieron las siguientes 
coordenadas geodésicas aproximadas del sitio: Longitud: 4º22’33.5”, Latitud: 
74º24’15.0”. 
 
 
 
Fotografía 3. Río Chocho 
 
 
Fotografía 4. Gaviones existentes en el río Chocho 
 
 
 
 
 
 
 
Fotografía 5. Falla de los gaviones existentes por volcamiento. 
 
 
 
4.1.2 Levantamiento topográfico. El primer paso para la elaboración del plano 
topográfico fue determinar el área a radiar. Para ello, apoyados en las 
coordenadas geodésicas, se obtuvo una heliografía de la zona en el Instituto 
Geográfico Agustín Codazzi, a escala 1:25000 y a partir de esta una más 
detallada a escala 1:2000 (anexo B). Con estos planos se determinó el área 
que debía ser levantada. 
 
El segundo paso fue realizar el levantamiento propiamente dicho, para ello 
se solicitó a la Universidad de La Salle el préstamo de los equipos 
necesarios, aprobándose dicha solicitud en el mes de septiembre (anexo C), 
y con la ayuda de 2 cadeneros se realizó el levantamiento. El área total 
levantada fue de 800 m2 compuesta por 250 puntos que comprenden desde 
las orillas del río hasta una distancia de entre 6 y 12 m hacia fuera de cada 
margen (anexo D). Las curvas de nivel se realizaron cada 1 m (anexo E). 
 
Por último se midieron 8 secciones del canal. Para ello se realizó una 
batimetría de entre 6 y 9 puntos en cada sección (anexo F). 
 
Fotografía 6. Levantamiento topográfico. 
 
 
 
4.1.3 Toma de muestras de suelo. Para los respectivos ensayos de 
laboratorio, se realizó 1 extracción de muestras de suelo. Se extrajeron 10 
kg, los cuales fueron destinados a ensayos de granulometría, humedad 
natural, peso específico y límites. Esta muestra fue extraída de una de las 
orillas del río Chocho, a 3 m de la orilla y aproximadamente a 1 m de 
profundidad. 
 
Fotografía 7. Zona de extracción de muestrasde suelo 
 
 
4.1.4 Recopilación de información. Las muestras de suelo fueron sometidas 
a los ensayos nombrados en el numeral 4.1.3. Los formatos de laboratorio 
diligenciados se encuentran en el anexo G. 
 
4.1.4.1 Humedad natural. Se realizó siguiendo los procedimientos 
establecidos en la norma INV E-122, obteniendo los siguientes resultados: 
 
Tabla 6. Resultados de ensayos de humedad natural 
MUESTRA HUMEDAD (%)
1 8,22 
2 8,56 
3 8,31 
Promedio 8,36
 
4.1.4.2 Límite líquido. Se realizó siguiendo los procedimientos establecidos 
en la norma INV E-125, obteniendo los siguientes resultados: 
 
Gráfica 2. Curva de fluidez 
 
Límite líquido; 
24,4%
1
10
22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 30% 31% 32%
N
º 
de
 g
ol
pe
s
Humedad
Curva de fluidez
 
 
 
 
 
 
 
Fotografía 8. Muestras de laboratorio para ensayos de límite líquido 
 
 
4.1.4.3 Límite plástico. Se realizó siguiendo los procedimientos establecidos 
en la norma INV E-126, obteniendo los siguientes resultados: 
 
Tabla 7. Resultados de ensayos de límite plástico 
Muestra Límite plástico (%)
1 55,26 (Descartado) 
2 15,94 
3 14,49 
Promedio 15,21
 
El índice de plasticidad se calculó de la siguiente manera: 
 
4,40 15,21 9,19 2
 
Fotografía 9. Muestra de laboratorio para ensayo de límite plástico 
 
 
4.1.4.4 Granulometría por tamizado. Se realizó siguiendo los procedimientos 
establecidos en la norma INV E-123, obteniendo los siguientes resultados: 
 
Tabla 8. Porcentaje que pasa cada tamiz (en peso) 
Abertura del tamiz Porcentaje que pasael tamiz (en peso) 
1” 93,20 
3/4” 84,10 
1/2’’ 66,60 
3/8” 53,15 
No 4 28,71 
No 10 18,49 
No 30 10,77 
No 80 3,45 
No 100 1,80 
No 200 1,27 
 
Gráfica 3. Curva granulométrica 
 
 
1,11
5
11
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
0,010,1110
Po
rc
en
ta
je
 q
ue
 p
as
a 
el
 ta
m
iz
 e
n 
pe
so
Abertura del tamiz (mm)
Granulometría por tamizado
Curva granulométrica Densil 10 Densil 30 Densil 60
Posteriormente se calcularon los coeficientes de uniformidad ( ) y curvatura 
( ), necesarios para la posterior clasificación del suelo (véase 4.1.4.8): 
11
1,11 9,91 
5
11 1,11 2,05 
 
 
 
 
 
Fotografía 10. Muestra lavada para análisis granulométrico por tamizado 
 
 
 
4.1.4.5 Clasificación del suelo. A partir de los resultados de los ensayos 
citados anteriormente y teniendo en cuenta los criterios establecidos en el 
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) se puede inferir lo 
siguiente: 
 
a. Prefijo: El suelo se designa como grava (G), ya que el porcentaje de 
material retenido por el tamiz Nº4 es de 71,30% (mayor a 50%). 
 
b. Sufijo: Menos del 5% del suelo pasa el tamiz 200, por tanto, se clasifican 
como bien (W) o mal (P) gradadas de acuerdo a los coeficientes de 
uniformidad y curvatura. Siendo = 9,91 (mayor a 4) y = 2,05 (entre 1 y 
3) se dice que esta grava es bien gradada (GW). 
 
Las gravas bien gradadas son mezclas gravosas con poco o ningún fino, 
sobresaliente resistencia, compresibilidad y facilidad de tratar en obra, 
además de una muy alta permeabilidad, aptas para mantos de presas, 
terraplenes y erosión de canales. 
 
4.1.5 Diseño hidráulico del modelo. 
4.1.5.1 Elementos geométricos del río Chocho. Para la correcta elaboración 
del modelo hidráulico, a partir de las batimetrías se procedió a calcular los 
elementos geométricos (véase 2.1.2.2) que componen cada una de las 
secciones del río, dando como resultado lo siguiente: 
 
Tabla 9. Elementos geométricos del río Chocho 
Sección A (m2) P (m) T (m) R (m)
1 2,613 4,577 3,93 0,571 
2 1,339 3,106 2,27 0,431 
3 1,547 3,556 3,01 0,442 
4 1,517 4,905 4,72 0,309 
5 4,674 14,615 14,55 0,320 
6 18,055 16,114 15,33 1,120 
7 16,817 16,956 16,12 0,991 
8 9,313 14,724 14,50 0,632 
 
4.1.5.2 Determinación del caudal de diseño. El caudal utilizado para el diseño 
hidráulico del modelo fue determinado a partir de los datos históricos del 
Instituto de hidrología, meteorología y estudios ambientales (IDEAM), usando 
los registros de valores máximos mensuales de caudales (Anexo H), medidos 
desde enero de 1982 hasta diciembre de 2001, resultando un caudal de 
diseño de 215,0 . 
 
4.1.5.3 Selección de la escala del modelo. Geométricamente el modelo no es 
distorsionado, es decir, la escala geométrica es la misma en cualquier eje 
espacial. Además, el transporte de sedimentos no será considerado debido a 
los altos costos, dificultad en la modelación y al enorme tamaño que requiere 
una modelación de este tipo; por tanto el modelo se considera de fondo fijo. 
Para modelos con las características nombradas anteriormente, se 
recomienda una escala lineal de 1:100 a 1:150, escogiendo la de 1:100, 
siendo la más práctica. 
 
4.1.6 Construcción del modelo hidráulico. 
4.1.6.1 Construcción de la maqueta a escala. El modelo se construyó sobre 3 
bases de madera, dos de las cuales se obtuvieron de las utilizadas en un 
trabajo de grado anterior, y la otra fue construida utilizando madera para 
construcción de carrocerías. 
 
Posteriormente las bases fueron colocadas de tal manera que quedaran 
niveladas horizontalmente, ubicadas en un lugar con el espaciamiento 
adecuado para la construcción del modelo y la colocación de los equipos 
necesarios para su correcto funcionamiento (fotografía 12). Las bases fueron 
recubiertas con plástico, para evitar filtraciones que puedan dañar la madera. 
Dicho plástico fue adherido a las bases con pegante para mejorar la 
impermeabilidad y la estabilidad del modelo. Asimismo las bases fueron 
atornilladas entre sí usando tornillos metálicos que atraviesan sus patas. 
 
Fotografía 11. Elaboración de las bases de madera 
 
 
Luego se reprodujo la geometría del terreno sobre las bases. Se imprimió el 
modelo a escala 1:100, y se calcaron las curvas de nivel correspondientes 
sobre poliestireno expandido (icopor), recortando cada lámina de tal manera 
que represente una curva de nivel, y pegándolas una tras otra, de tal manera 
que cuando se aplique el recubrimiento el resultado sea una reproducción a 
escala 1:100 del terreno real. 
 
Figura 6. Cortes de icopor 
 
 
Posteriormente se aplicó una capa mortero con el fin de suavizar las curvas 
de nivel y luego tres capas de esmalte acrílico para evitar filtraciones, 
aplicando las dos primeras con rodillo y la última con pistola. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fotografía 12. Colocación de las bases de madera 
 
 
En las zonas del modelo que representan el fondo del río se colocó una capa 
de cemento plástico para reforzar el impermeabilizado, pintando nuevamente 
con esmalte acrílico. Además, cuando el modelo no estuvo en 
funcionamiento se colocó una capa de plástico sobre el modelo, sobre los 
tanques y sobre los equipos para protegerlos del polvo y la tierra, abundante 
en la zona donde está ubicado, y que podría dañar la bomba. 
 
 
 
 
 
Fotografía 13. Modelo impermeabilizado 
 
 
4.1.6.2 Diseño y construcción del sistema hidráulico. Para el diseño del 
sistema hidráulico del modelo se utilizó una motobomba eléctrica Siemens de 
5 HP, la cual debía mover el caudal circulante desde un tanque de recogida 
de aguas a un tanque de almacenamiento, distribuyendo por gravedad dicho 
caudal de manera controlada hacia las 2 entradas de agua del modelo. Para 
poder variar el caudal que llega a cada una de las entradas del modelo (dos 
en total), el tanque de almacenamiento se perforó en su parte inferior, 
colocando allí dos registros de paso de agua, de 1 ½ y 2 pulgadas 
respectivamente. Estos registros fueron conectados a sendos sistemas de 
tuberías, los cuales conducen el agua a piscinas de disipación, con el fin de 
controlar la velocidad de entrada del agua al modelo. De esta manera fue 
posible variar el caudal y la velocidad a la salida del modelo. Para garantizar 
que los registros suministraran siempre un caudal constante,