HIDRAULICA_AGRICOLA_Y_FLUVIAL_TRANSPORTE

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ARTILES-WALKER | H A y F | 6 de Diciembre de 2019 
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN RÍOS 
 
HIDRÁULICA AGRÍCOLA Y FLUVIAL 
 
 
 
 
Alumnos: 
-Artiles, Jonathan. 
-Walker, Diego. 
Docentes de cátedra: 
-Dr. Ing. Serra, Juan. 
-Ing. Diáz Fárias, Carlos. 
-Dr. Ing. Brandisi, Laura. 
-Dr. Ing. Kaless, Gabriel. 
Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco 
Facultad de Ingeniería – Cátedra de Hidráulica Agrícola y Fluvial 
 
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Introducción 
 En el presente informe se realizarán los análisis correspondientes al transporte de sedimentos de un cauce fluvial 
efímero en la zona de Tir Halen y Armanino, su ubicación se puede apreciar en la siguiente imagen, 
 
 En rojo y amarillo se pueden apreciar las delimitaciones de cuencas, mientras que la red de drenaje se puede 
apreciar en color azul. 
Descripción morfológica 
 Las características morfológicas del lecho son, escurrimiento no confinado, Sinuoso con barras laterales. Los 
sedimentos predominantes son en su mayoría arenas con zonas de acorazamientos de gravas. La configuración de fondo 
es RIFFLE / POOL sin control de fondo. 
Un esquema planimétrico sería como el que se muestra a continuación, 
 
Mientras que uno transversal sería como el siguiente esquema, 
 
 
Para las dimensiones del lecho se analizarán con mayor precisión en las siguientes secciones del informe, en 
la parte de “Topografía”. 
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En las siguientes imágenes podemos apreciar un tramo de curva en Tir Halen, con y sin caudal, 
 
 
TYR HALEN- TRAMO DE CURVA 
 
 
 
Para la realización de los estudios necesitaremos apoyarnos en los marcos teóricos siguientes, 
• Densidad de los sedimentos 
• Tamaño del sedimento y transporte sólido 
• Mecánica del transporte en suspensión 
• Mecánica del transporte de fondo 
 
 
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Densidad de los sedimentos 
Nomenclatura: 
ρ = densidad del agua 
ρs = densidad del sedimento 
s = ρ / ρs = densidad relativa del sedimento 
R = (ρ / ρs) – 1 = densidad relativa sumergida del sedimento 
Por defecto se emplea la densidad del cuarzo: ρs = 2650 gr/dm 
Y entonces: s = 2.65 R = 1.65 
Para otros tipos de rocas se tiene: basalto s = 2.7 a 2.9; piedra caliza s = 2.6 a 2.8. Rocas que contienen minerales pesados 
tales como magnetita pueden tener pesos específicos más altos, entre 3 y 5. 
 
Granulometría 
Para la determinación del tamaño de sedimentos se realizaron mediciones in situ con la utilización de un 
Gravelómetro, dichos resultados se pueden apreciar en los gráficos próximos del informe. 
 
 
 
 
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Inicio del movimiento: agua en reposo 
Un talud con un ángulo igual a φ, el “ángulo de reposo” se encuentra en un estado crítico de estabilidad: 
condición límite o “threshold”. 
Fuerzas que actúan: 
 
Inicio del movimiento: agua en movimiento 
Suposiciones: 
-Material uniforme – no cohesivo 
-Fondo horizontal y plano 
Ahora hay que considerar la fuerza hidrodinámica (Fh): arrastre y sustentación 
Componente de sustentación: 𝐹𝐿 ∝ 𝐶𝐿𝐷2𝑈2 
Arrastre: 𝐹𝐷 = 𝜏 (𝜋𝐷24 ) ∝ 𝐶𝐿𝐷2𝑈2 
Algunas definiciones: 
Esfuerzo de corte en el fondo: 𝜏 = 𝛾. ℎ . 𝑆 
h : tirante del escurrimiento, 
S : pendiente 
Velocidad de corte: 𝑢∗ = √𝜏 𝜌⁄ 
Parámetro de Shields: 𝜏 = 𝜏𝛾. 𝑅 . 𝐷 
Y planteando el equilibrio de fuerzas: 
 
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Topografía 
 En la zona de Armanino para la determinación de las características geométricas del lecho, como lo son la 
pendiente longitudinal y el ancho del mismo, como se muestran en las siguientes imágenes, se realizaron mediciones 
con nivel y mira, donde dichos resultados se podrán observar más adelante, 
 
 Para la zona de Tir Halen las mediciones fueron realizadas mediante la utilización de GPS, 
 
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 En las siguientes tres imágenes se realizó una descripción panorámica de TYR HALEN- Aguas Abajo del TRAMO DE CURVA descripto 
anteriormente con y sin caudal. 
 Podemos identificar a continuación dos terrazas a diferentes niveles, junto con la planicie de inundación y el cauce principal y secundario, 
 
 
 
 
 
 
T I 
T I 
T II 
T II T II 
CP 
CP 
CS 
CS 
P I P I 
CS 
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Ejercicio: 
• Determinar la curva granulométrica, tramo final del Ao Armanino (grid-by-number). 
• ¿Es estable el lecho de gravas de dicho tramo? ¿De dónde proviene ese material? 
• Evaluar el inicio del movimiento para distintos tamaños de sedimentos – Tramo Tir Halen 
• Representar resultados en el ábaco de Shields. 
 
Desarrollo 
Parámetros geométricos del cauce zona Armanino, 
Sección 1 
 
Sección 2 
 
 
De los anteriores análisis podemos determinar aproximadamente los valores del ancho “b” y la pendiente “S” 
del cauce. 
 
Determinación de los tamaños de sedimento por clase, 
 
Tyr Halen- M2- (Vidal, Howells) 
T de 
malla 
Peso 
retenido 
Frec 
Parcial (%) 
P. Ret. 
Acum 
%P. 
Ret. Ac. 
% 
Pasa 
50.8 0 0 0 0 100 
38.1 145.1 3.8 145.1 4 96 
25.4 631.7 16.4 776.8 20 80 
19.05 662.5 17.2 1439.3 37 63 
12.7 1148.4 29.9 2587.7 67 33 
9.525 477.1 12.4 3064.8 80 20 
6.35 534.5 13.9 3599.3 94 6 
4.76 127.5 3.3 3726.8 97 3 
2.38 113.8 3.0 3840.6 100 0 
0
0.5
1
1.5
2
0.0 20.0 40.0
Transversal
y = -0.0061x + 1.2479
0.6
1.1
1.6
-50.0 -30.0 -10.0 10.0 30.0 50.0 70.0 90.0 110.0
Longitudinal
0
1
2
3
-15.0 -5.0 5.0 15.0 25.0
Transversal
y = -0.0036x + 1.3639
1.2
1.4
-60.0 -40.0 -20.0 0.0 20.0 40.0
Longitudinal
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En el gráfico podemos apreciar la granulometría del fondo. 
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
Fr
ec
u
en
ci
a 
P
ar
ci
al
 (
%
)
Tamaño de Malla (mm)
Mezcla
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
F
re
cu
en
ci
a 
A
cu
m
u
la
d
a 
(%
)
Tamaño de Malla (mm)
Curva Granulométrica- Mezcla
Armanino- M2 (Kaless) 
T 
malla 
Peso 
ret 
frec 
Parcial 
frec 
acum 
50.80 0.00 0.00 100.00 
38.10 168.60 2.42 97.58 
25.40 208.90 3.00 94.59 
19.05 402.50 5.77 88.82 
12.70 599.80 8.60 80.22 
9.53 451.00 6.47 73.75 
6.35 633.30 9.08 64.67 
4.00 350.90 5.03 59.64 
2.00 640.24 9.18 50.46 
1.19 295.95 4.24 46.22 
0.60 998.10 14.31 31.90 
0.30 1403.44 20.12 11.78 
0.15 640.24 9.18 2.60 
0.07 181.47 2.60 0.00 
 6974.44 100.00 
Mezcla Granulométrica - Tyr 
Harmanino - M2'- (Artiles, Walker) 
T 
malla 
Peso 
ret 
frec 
Parcial 
frec 
acum 
50.80 0.0 0.00 100.00 
38.10 313.7 2.90 97.10 
25.40 840.6 7.77 89.33 
19.05 1065.0 9.85 79.48 
12.70 1748.2 16.16 63.31 
9.53 928.1 8.58 54.73 
6.35 1167.8 10.80 43.94 
4.00 478.4 4.42 39.51 
2.00 754.0 6.97 32.54 
1.19 296.0 2.74 29.80 
0.60 998.1 9.23 20.57 
0.30 1403.4 12.98 7.60 
0.15 640.2 5.92 1.68 
0.07 181.51.68 0 
Total 10815.0 100.00 
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• ¿Es estable el lecho de gravas de dicho tramo? ¿De dónde proviene ese material? 
• Evaluar el inicio del movimiento para distintos tamaños de sedimentos – Tramo Tir Halen 
• Representar resultados en el ábaco de Shields. 
 A continuación realizaremos un análisis aproximado con los parametros obtenidos, para analizar el 
inicio de movimieto de los sedimentos de diferentes tamaños y distintos caudales, 
 
D50 
[mm] 
Q 
[m3/seg] 
10 1 
20 1 
30 1 
50 1 
70 1 
100 1 
10 5 
20 5 
30 5 
50 5 
70 5 
100 5 
10 15 
20 15 
30 15 
50 15 
70 15 
100 15 
10 40 
20 40 
30 40 
50 40 
70 40 
100 40 
 
 Podemos apreciar del grafico anterior, que para diferentes tamaños de sedimentos tendrán diferentes inicios de 
movimientos según distintos caudales, por ejemplo para un tamaño de 50mm, para caudales menores a 5 m3/seg, no 
habrá movimiento, mientras que para un caudal extraordinario como lo es 40 m3/seg, prácticamente todos los tamaños 
de sedimentos se encuentran por encima del umbral del inicio de movimiento. 
 Como conclusión parcial podemos decir que para caudales regulares el tamaño de sedimentos que es 
capaz de transportar el cauce no supera los 70mm, por lo tanto tamaños de sedimentos mayores a éste valor 
no pueden tener orígenes de grandes distancias, lo que quiere decir que provienen de la desestabilización de 
las terrazas laterales del cauce. 
 
0.01
0.10
1.00
10 100 1000 10000 100000
T
*c
Rep
Ábaco de Shields
5
0
 m
m
 
3
0
 m
m
 
2
0
 m
m
 1
0
 m
m
 
7
0
 m
m
 
1
0
0
 m
m
 
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 En la siguiente parte del informe detallaremos como determinar el caudal de sedimentos en m3/min, 
realizando comparaciones para diferentes tirantes y viendo las curvas granulométricas de transporte de 
sedimento, 
La planilla siguiente se armó con los diámetros de cada clase distinguiendo entre superior e inferior, 
luego calculando la media geométrica procedemos a calcular las siguientes expresiones, 
 
Dinf Dsup ψinf ψsup ψi Di fi ψi*fi b φ Wi 
q i 
(m2/s) 
Qi 
(m3/seg) 
F s i [%] 
F s Acum 
[%] 
38.10 50.80 5.25 5.67 5.46 43.99 0.03 0.16 0.69 14.21 4.14 0.0002 0.0019 1.6 100.0 
25.40 38.10 4.67 5.25 4.96 31.11 0.08 0.39 0.69 18.11 4.85 0.0007 0.0059 5.0 98.4 
19.05 25.40 4.25 4.67 4.46 22.00 0.10 0.44 0.67 23.57 5.60 0.0011 0.0087 7.4 93.4 
12.70 19.05 3.67 4.25 3.96 15.55 0.16 0.64 0.62 31.95 6.45 0.0021 0.0164 13.9 86.0 
9.53 12.70 3.25 3.67 3.46 11.00 0.09 0.30 0.52 43.63 7.28 0.0012 0.0098 8.3 72.1 
6.35 9.53 2.67 3.25 2.96 7.78 0.11 0.32 0.40 55.88 7.89 0.0017 0.0134 11.4 63.8 
4.00 6.35 2.00 2.67 2.33 5.04 0.04 0.10 0.29 67.72 8.34 0.0007 0.0058 4.9 52.5 
2.00 4.00 1.00 2.00 1.50 2.83 0.07 0.10 0.21 77.46 8.65 0.0012 0.0095 8.0 47.5 
1.19 2.00 0.25 1.00 0.63 1.54 0.03 0.02 0.17 84.30 8.83 0.0005 0.0038 3.2 39.5 
0.60 1.19 -0.75 0.25 -0.25 0.84 0.09 -0.02 0.15 90.33 8.98 0.0016 0.0130 11.0 36.3 
0.30 0.60 -1.75 -0.75 -1.25 0.42 0.13 -0.16 0.14 97.52 9.13 0.0023 0.0187 15.8 25.2 
0.15 0.30 -2.75 -1.75 -2.25 0.21 0.06 -0.13 0.13 105.47 9.29 0.0011 0.0087 7.3 9.4 
0.074 0.15 -3.76 -2.75 -3.25 0.11 0.02 -0.05 0.13 114.41 9.45 0.0003 0.0025 2.1 2.1 
 1.00 2.09 4.26 [mm] 0.12 Vol de sed por seg 
 % arena 0.33 Dg 7.1 por min 
 
La media geométrica es de 4,26mm, y con las demás expresiones se llega a un caudal de transporte 
solido de 7,1m3/seg. 
 
 
 
 
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La anterior tabla se calculó para las siguientes características hidráulicas de la sección de Tir Halen, 
b = 5.25 [m] 
m = 30 grados 
h = 0.3 m 
Área = 1.73 [m2] 
Perim moj = 6.45 [m] 
 
R h = 0.27 [m] 
Pendiente S = 0.0027 [m/m] 
tau = 7.5 
u* = 0.084 [m/s] 
En la siguiente gráfica podemos observar las granulometrías de los sedimentos transportados para el tirante de 
0,3m y para 1,0m, en donde observamos que a medida que el tirante aumenta, aumenta el esfuerzo de corte, lo que 
conlleva a aumentar los el tamaño de sedimento transportado, aproximándose a la granulometría del fondo. 
Para un determinado tirante, la granulometría podría ser la misma que la del fondo, lo que quiere decir que todos 
los sedimentos serían transportados, esto sería en una gran crecida extraordinaria que produciría importantes variaciones 
en el fondo del cauce. 
 
 
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00
F
re
cu
en
ci
a 
A
cu
m
u
la
d
a 
(%
)
Tamaño de Malla (mm)
Curva Granulométrica- Mezcla
Granul Fondo
0.3
1