Complemento Capitulo IV Socavacion DHE 2012 IIS

Curso de Diseo Hidrulico de Estructuras Escuela de Ingeniera de Recursos Naturales y del Ambiente

Prof. Jos Luis Garca Vlez Universidad del Valle

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Captulo IV

Complemento Obras Hidrulicas en Ros

Socavacin en Canales Aluviales 4.1 Generalidades Los procesos de socavacin de lechos aluviales y la presencia de obras hidrulicas que en ellos se puedan construir determinan hasta siete (7) tipos de socavacin: socavacin general, transversal, en curvas, local al pie de estructuras interpuestas a la corriente, aguas abajo de grandes embalses, al pie de obras de descarga y bajo tuberas. La socavacin es generada por la accin erosiva de la corriente o flujo de agua que saca y transporta el material del fondo o lecho y de las orillas o bancas del cauce. Por lo general los suelos arcillosos o cohesivos son ms resistentes a la erosin que los suelos granulares sueltos, pero la magnitud de la socavacin en un suelo cohesivo pueden ser igual a la presentada en un suelo granular. Para que se produzca la mxima profundidad de socavacin dependiendo del tipo de suelo es posible que se requiera el paso de varias crecientes. En la siguiente tabla se indica el tiempo en que se alcanza la profundidad mxima de socavacin dependiendo del tipo de suelo.

Tipo de material o suelo Tiempo en que se alcanza la profundidad mxima de socavacin Roca tipo granito siglos

limolita aos Piedra arenisca meses

cohesivo das arenoso horas

El producto del desequilibrio entre el aporte solido que trae el agua a una cierta seccin y la mayor cantidad de material que es removido por el agua en esa seccin es llamada socavacin del fondo. Dependiendo de la velocidad media del agua y de la velocidad media requerida para arrastrar las partculas de sedimento, se tendr la posibilidad de arrastre de los materiales de fondo en cada punto. La velocidad media para arrastrar sedimentos en materiales cohesivos corresponde a la velocidad capaz de poner los sedimentos en suspensin, mientras que para los suelos granulares corresponde a la velocidad que mantiene un movimiento generalizado de las partculas. En un cauce, dependiendo de que exista o no movimiento de sedimentos, la socavacin puede ser en lecho mvil y en agua clara.



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Socavacin en lecho mvil

Se presenta cuando hay transporte de sedimentos del lecho desde aguas arriba hasta el sitio de inters, por lo cual parte de este sedimento queda atrapado en el hueco de socavacin. La socavacin alcanza equilibrio cuando la cantidad de material que es transportado iguala a la cantidad de material que es removido. Socavacin en agua clara

Se presenta cuando no hay transporte de sedimentos del lecho desde aguas arriba hasta el sitio de inters, por lo cual no hay posibilidad que el hueco socavado sea de nuevo llenado con sedimento. La socavacin alcanza equilibrio cuando el esfuerzo cortante en el lecho es menor que el requerido para el inicio del movimiento de las partculas, o sea cuando el flujo no puede remover ms partculas del hueco formado. Caractersticas en las cuales se presenta socavacin en agua clara:

- Caudales bajos y cauces de pendiente baja. - Cauces acorazados donde la fuerza trctiva es suficientemente alta como para penetrar el lecho

solo en la zona de estructuras locales (pilas y estribos de puentes, espolones, etc.). - Canales con vegetacin donde el flujo solo puede penetrar en la zona de localizacin de

estructuras (pilas y estribos, espolones, etc.). - Cauces formados por materiales muy gruesos. - Depsitos locales de materiales de lecho con tamao ms grande que el tamao de la partcula

arrastrada por la corriente.

La tendencia es considera que las mximas profundidades de socavacin se presentan justo en el lmite entre condiciones de socavacin en agua clara y en lecho mvil. El caso ms general es que la forma de socavacin durante crecientes es en lecho mvil esperando que se presente menores profundidades de socavacin si existe recuperacin del lecho por el material transportado desde aguas arriba. Se puede considerar que las mximas profundidades de socavacin son iguales para ambas formas de socavacin pero se diferencian en el tiempo en el cual se logran estos valores mximos. Segn A. J. Raudkivi:

- Fueron J. Chabert y P. Engeldinger (1956) los que mostraron que la socavacin en agua clara alcanza su mximo en forma asinttica en un tiempo mayor (del orden de das) que la socavacin en lecho mvil (ver figura 1(a)). La socavacin en lecho mvil se desarrolla rpidamente y varia alrededor de un valor medio debido al paso de las formas de fondo o del lecho. Esto es debido a que la socavacin en agua clara sucede principalmente en lechos de material grueso, por lo que la profundidad mxima de socavacin solo se presentar despus del paso de varias crecientes.

- H. W. Shen (1969) encontr que la socavacin media en lecho mvil era aproximadamente un 10% menor que la mxima socavacin en agua clara, pero encontr un segundo pico segn el cual la socavacin en lecho mvil era mayor que la socavacin en agua clara (ver figura 1(b)).



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Se considera, para propsitos prcticos, que las condiciones de agua clara dan las mximas profundidades de socavacin, ignorando la reduccin en profundidad de socavacin debido a condiciones de lecho mvil.

Figura 1. Profundidad de socavacin de pila en un cauce arenoso (ds). a) En funcin del tiempo,

b) en funcin de velocidad cortante crtica (V*c). Raudkivi, A. J. y Ettema R (1983). Calculando la velocidad crtica (Vc) para inicio de movimiento de sedimentos y comparndola con la velocidad media de la corriente (V), podramos determinar si se presentan condiciones de socavacin en agua clara o en lecho mvil:

- Si Vc > V, se presentan condiciones de socavacin en agua clara para material del cauce uniforme y no uniforme.

- Si Vc < V, se presentan condiciones de socavacin en lecho mvil.



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- Velocidad media crtica del flujo La velocidad media crtica del flujo para inicio de movimiento de partculas se puede calcular, entre otros mtodos, por medio de las siguientes ecuaciones empricas:

- Ecuacin logartmica:

= 5.75 5.33 (1), donde: V*c = Velocidad cortante crtica para inicio de movimiento de sedimentos (m/s). D50 = Dimetro medio del material del lecho (m). h = Profundidad del agua (m). h=R= hm en cauces suficientemente anchos de seccin aproximadamente rectangular.

= hm = Profundidad media del flujo. A = rea mojada de la seccin transversal. B = Ancho de la superficie libre del cauce. La velocidad cortante critica V*c puede ser determinada empleando la curva de Shields para movimiento incipiente de sedimentos (ver figura 2 y 3) o por medio de la ecuacin:

= 0.03 (2), ecuacin vlida para D50 > 6 mm, donde: D50 = Dimetro medio del material del lecho (mm). V*c = Velocidad cortante crtica para inicio de movimiento de sedimentos (m/s). Por medio del mtodo de Shields se puede determinar el valor del esfuerzo cortante al que una partcula se empieza a mover.

= !"!#$% (3), =&' (4), = ) *+$, =

,!-"!.! =

,/-"/./

R+ = 12 (5), 34 = 11.64 21 (6), R+ = 11.6489 (7)

: = ;*< (8), V = >! (9), V = ?*< (10), V = >! (11)



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Figura 2. Velocidad cortante critica y esfuerzo cortante critico en funcin del tamao del sedimento.

Figura 3. Diagrama de Shields para movimiento incipiente de sedimentos.



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- Ecuacin emprica (HEC-18, 1993): = 6.36 @ 5013 (12), donde:

Vc = Velocidad crtica por encima de la cual el material del lecho con tamao D50 o ms pequeo ser transportado (m/s).

D50 = Dimetro medio del material del lecho (m). h = Profundidad del agua (m).

- Maza Garca: = 4.71 .A *.B (13), donde:

D = Dm para cauces con material casi uniforme o para diseos conservativos (m). D = D90 para distribuciones de materiales bien gradados y si la distribucin granulomtrica

es log-normal (m). D = D84 para cualquier otra distribucin (m). R = Radio hidrulico (m).

= Densidad relativa 1.65 para arenas = ,!-"!.! = ,/-"/.

/ = E FE , E = ?E"GH E"EI , donde:

Dm = Dimetro medio de la muestra. Di = Dimetro medio de cada tamao de clase o fraccin. Pi = Relacin entre el peso de cada clase dividido por el peso total. Dmax, Dmin = Valores extremos de cada clase. D50 = Dimetro que representa la mediana de la muestra, en donde el 50% de la

muestra en peso tiene partculas menores que D50. En distribuciones simtricas se tiene que Dm = D50.

Por lo general = 1.25

- Lischtvan Lebediev.

En la tabla 1 se presentan los valores de velocidades mximas para suelos granulares en funcin del dimetro medio de la partcula y de la profundidad de flujo.

Tabla 1. Velocidades medias no erosionables para suelos granulares. Lischtvan Lebediev

Dimetro medio (mm) Profundidad media del flujo (m)

0.40 1.0 2.0 3.0 5.0 > 10 0.05 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.45 0.05 0.20 0.30 0.40 0.45 0.55 0.65 0.25 0.35 0.45 0.55 0.60 0.70 0.80 1.0 0.50 0.60 0.80 0.75 0.85 0.95 2.5 0.65 0.75 0.80 0.90 1.00 1.20 5.0 0.80 0.85 1.00 1.10 1.20 1.50 10 0.90 1.05 1.15 1.30 1.45 1.75 15 1.10 1.20 1.35 1.50 1.65 2.00 25 1.25 1.45 1.65 1.85 2.00 2.30 40 1.50 1.85 2.10 2.30 2.45 2.70 75 2.00 2.40 2.75 3.10 3.30 3.60

100 2.45 2.80 3.20 3.50 3.80 4.20 150 3.00 3.35 3.75 4.10 4.40 4.50 200 3.50 3.80 4.30 4.65 5.00 5.40 300 3.85 4.35 4.70 4.90 5.50 5.90 400 - 4.75 4.95 5.30 5.60 6.00

>500 - - 5.35 5.50 6.00 6.20



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En la tabla 2 se presentan los valores de velocidades no erosivas para suelos no cohesivos y para suelos cohesivos en funcin de la profundidad del flujo y el tamao de las partculas. Cuando el lecho del cauce est conformado por materiales cohesivos se debe hablar de la condicin bajo la cual se produce erosin del lecho o existe habilidad para transportar fragmentos del suelo.

Tabla 2. Velocidades no erosivas para suelos (m/s). Richardson E. V., Simons D. B. y Julien P. Y. (1993)

Clase de suelo Tamao (mm) Profundidad del agua (m) 0.40 1.0 2.0 3.0

Piedras grandes >256 4.60 5.09 5.79 6.19 Piedras medianas 256-128 3.60 4.08 4.69 5.00 Piedras pequeas 128-64 2.29 2.71 3.11 3.41 Grava muy gruesa 64-32 1.58 1.89 2.19 2.50

Grava gruesa 32-16 1.25 1.43 1.65 1.86 Grava mediana 16-8 1.01 1.13 1.25 1.40

Grava fina 8-4 0.79 0.91 1.01 1.16 Grava muy fina 4-2 0.67 0.76 0.85 0.94

Arena muy gruesa 2-1 0.55 0.64 0.73 0.82 Arena gruesa 1-0.5 0.46 0.55 0.64 0.70 Arena media 0.5-0.25 0.37 0.46 0.55 0.61 Arena fina 0.25-0.125 0.30 0.40 0.49 0.55

Limo arenosos - 1.01 1.19 1.40 1.49 Suelos tipo loes en condicin de sedimentacin final - 0.79 1.01 1.19 1.31

Conglomerado, marga, pizarra y caliza porosa - 2.0 2.5 3.0 3.5 Conglomerado compacto, caliza laminada, arenosa o masiva - 3.0 3.5 4.0 4.5

Arenisca, caliza muy compacta - 4.0 5.0 6.0 6.5 Granito, basalto y cuarcita - 15.0 18.0 20.0 22.0

Otro criterio para determinar si la socavacin se presenta en agua clara o en lecho mvil es comparar el esfuerzo cortante del lecho con el esfuerzo cortante crtico para inicio de transporte de sedimentos. La determinacin de las condiciones crticas para inicio de movimiento no esta tan bien definida cuando los sedimentos no son uniformes. Se admite que la gradacin influye sobre el esfuerzo cortante

crtico cuando KLM

KM > M , debido a que las partculas grandes estn expuestas y las pequeas quedan ocultas y protegidas. Por lo tanto, se considera que D50 es una buena medida para caracterizar el inicio de movimiento en la mayora de los casos tanto de sedimentos uniformes como no uniformes.

- Esfuerzo cortante crtico

Ecuaciones para determinar el esfuerzo cortante crtico:

- Shields: Para RO > 1 el esfuerzo cortante crtico se determina con la siguiente ecuacin P = 0.06 QR T D (SI). (14)

- Meyer Peter y Muller: P = 0.047 Qs T DW (SI). (15)

- Laursen: P = 0.039 Qs T D (SI). (16)



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Las ecuaciones anteriores son validas para materiales friccionantes. La resistencia al corte para suelos cohesivos es funcin de la relacin entre los vacios y el contenido de arcilla. Suelos cohesivos con alto peso volumtrico son ms resistentes al esfuerzo cortante que aquellos formados por suelos granulares o sueltos. En el caso de sedimentos no uniformes, la velocidad crtica de acorazamiento Va* se considera la transicin entre las dos formas de socavacin. Los sedimento se consideran no uniformes cuando la desviacin estndar geomtrica del sedimento es mayor a 1.3 ( YZ > 1.3 ).

[% = \] = \]@

. @ (17) Tambin se consideran que el sedimento es no uniforme cuando Cu es mayor a 3 (_` > 3 ) y se dice que es bien gradado.

ab = @ (18)

- Velocidad limite de acorazamiento

Un cauce es acorazado cuando el lecho tiene sedimentos con gradaciones extendidas de forma que el flujo de agua arrastra las partculas finas creando un reacomodo de las partculas ms gruesas las cuales forman una coraza. Aqu la velocidad crtica depende no solo del dimetro medio de los sedimentos sino tambin de la desviacin estndar geomtrica del sedimento. La socavacin se detiene cuando el lecho se acoraza, hacindose estable y entonces el lecho en degradacin alcanza una nueva condicin de equilibrio. Los flujos que ocasionan el acorazamiento de un cauce se consideran superiores a los que producen las condiciones crticas de movimiento en suelos uniformes. Las condiciones crticas de acorazamiento son aquellas condiciones del flujo por encima de las cuales es imposible el acorazamiento de cauces con sedimentos no uniformes y se caracteriza por una velocidad media de acorazamiento Vca. Si c > cde no permite la formacin de la coraza. Si c < cde ocasionan lechos acorazados ms finos o menos estables. V = Velocidad del flujo. En el caso de socavacin en puentes con aporte de sedimentos desde aguas arriba, la velocidad Va que caracteriza la condicin limite de acorazamiento es 0.8 Vca, debido a que el sedimento que proviene de aguas arriba limita la erosin en el lecho de aproximacin al sitio de un puente previniendo la exposicin de las partculas gruesas necesarias para formar la coraza. Procedimiento para determinar la velocidad limite de acorazamiento Va :

- A partir de la distribucin del tamao del sedimento determinar:

D50, [% = \] = \]@

. @ , Kghigj = YZg KMk (19) D50 = Dimetro 50 del material del lecho.



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m = Exponente que es funcin del Dmximo de acuerdo a la tabla 3.

Tabla 3. Valor de Dmximo (Melville, B. W., 1998)

Valor de Dmximo asumido m D90 1.28 D95 1.65 D98 2.06 D99 2.34

- Calcular KMke = Kghigjl.m (20) D50 a = Dimetro 50 del lecho acorazado. Dmximo = Tamao mximo representativo del sedimento.

- Determine V*c y V*ca de la figura 2, usando D50 y D50a. - Calcule Vc y Vca correspondiente a V*c y V*ca usando la ecuacin (1). - Calcule Va = 0.8 Vca. - Chequee que ce cd .

V*c = Velocidad cortante crtica correspondiente a D50. V*ca = Velocidad cortante crtica de acorazamiento correspondiente a D50a. Vc = Velocidad crtica correspondiente a V*c. Vca = Velocidad crtica de acorazamiento correspondiente a V*ca y para condiciones sin

transporte de sedimentos desde aguas arriba. Va = Velocidad crtica de acorazamiento correspondiente a condiciones con transporte de

sedimentos desde aguas arriba.

- Limites que definen las condiciones crticas para socavacin Limites que definen las condiciones crticas para socavacin en agua clara y en lecho mvil:

i) Sedimentos uniformes [ < 1.3.

En funcin de la velocidad del flujo

- Agua clara: 0.5 < < o - Lecho mvil: >

V = Velocidad media del flujo Vc = Velocidad crtica para inicio de transporte de sedimentos.



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En funcin de la tasa de transporte de sedimentos pq-pr = stB stu , donde: vwxvy = Variacin de la socavacin local en volumen por unidad de tiempo.

qs1 = Capacidad del flujo para transportar sedimentos por fuera del hueco de socavacin en volumen por unidad de tiempo.

qs2 = Capacidad del flujo sin obstrucciones para transportar sedimentos hacia el hueco de socavacin en volumen por unidad de tiempo.

- Agua clara: k zx{ zxl > 0 - Lecho mvil: zxl > zx{ > 0

ii) Sedimentos no uniformes [ > 1.3.

- Agua clara: cd < c } c < ce cauce acorazado. - Lecho mvil: c > ce

4.1.1 Informacin requerida Para calcular la socavacin es necesario disponer de la siguiente informacin del ro:

- Informacin topogrfica. Seccin transversal del cauce durante la poca de estiaje. Pendiente hidrulica, o, pendiente del rio en un tramo de una longitud de al menos 200 m aguas arriba y aguas debajo de la seccin a evaluar.

- Informacin hidrolgica e hidrulica. Curva de calibracin del cauce o caudal de diseo. Nivel de aguas medias ordinarias. Nivel de aguas mximas extraordinarias. Profundidad mxima de agua antes de la socavacin. Velocidad correspondiente al nivel de aguas medias ordinarias.

- Informacin geotcnica. Curva granulomtrica del material del lecho y del subsuelo. Dimetro medio Dm para materiales granulares.

Peso volumtrico seco d para materiales cohesivos Densidad del agua mas sedimentos m durante la creciente.



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4.2 Socavacin General

- Mtodo de Lischtvan Lebediev

Este tipo de socavacin ocurre casi siempre en un sector relativamente amplio de un cauce natural, y se debe a fenmenos permanentes o temporales de desabastecimiento slido. En este grupo estn los procesos temporales de desabastecimiento, que introducen variacin en la posicin del lecho en un cauce dentro del ciclo hidrolgico normal, sin que ello implique un estado permanente de desequilibrio morfolgico, ya que contina existiendo una curva estable de nivel contra caudal. Este mtodo se basa en determinar la condicin de equilibrio entre la velocidad media de la corriente y la velocidad media del flujo que se requiere para erosionar un material de dimetro y densidad conocidos. Se aplica para distribucin del material del subsuelo tanto homognea como heterognea, es decir para subsuelos formados por estratos de distintos materiales. El planteamiento del problema de socavacin del fondo para esta metodologa de clculo se basa en que al presentarse una creciente aumenta la velocidad en el cauce provocando un aumento de la capacidad de arrastre de la corriente, dando inicio al proceso erosivo. Al descender el fondo progresivamente aumenta el rea hidrulica, se reduce paulatinamente el valor medio de la velocidad de la corriente y, por ende, la capacidad de arrastre, hasta que se alcanza un estado de equilibrio y el proceso erosivo se detiene. La condicin de equilibrio esta dada por Ve = Vr , donde:

Ve = Velocidad media que debe tener la corriente para erosionar el material del fondo o inicio de arrastre (m/s). Vr= Velocidad media real de la corriente (m/s). Este equilibrio se alcanza cuando la velocidad media real de la corriente, Vr, iguala la velocidad media requerida para que el material del lecho sea arrastrado, Ve. Para suelos no cohesivos, esta velocidad no corresponde a la velocidad de inicio de movimiento de algunas partculas, sino a la mnima velocidad capaz de mantener un movimiento generalizado del material del fondo (la velocidad erosiva es la que levanta y mantiene el material en movimiento), mientras que para suelos cohesivos es la velocidad capaz de levantar y poner en suspensin a las partculas del lecho del ro. Este mtodo requiere disponer de la siguiente informacin, la cual es relativamente fcil de obtener:

- Gasto mximo de diseo Qd. - Elevacin del agua en el ro (en la seccin de estudio) para el caudal anterior. - La seccin transversal de la seccin en estudio obtenida durante el estiaje anterior. - Si el suelo es granular, se necesita la granulometra del material del fondo, de donde se calcula

el dimetro medio, Dm.

- Si el suelo es cohesivo, se deber obtener el peso volumtrico de la muestra seca d .

a) Calculo de Vr. La hiptesis fundamental consiste en suponer que el caudal unitario que pasa por cualquier franja de la seccin permanece constante mientras dura el proceso de erosin.



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La velocidad real de la corriente Vr, a una profundidad do est dada, segn Manning, por la expresin:

3/22/11hr RS

nV = (46), donde:

n = Rugosidad de Manning (s/m1/3) S = Pendiente hidrulica o pendiente media del ro asumiendo flujo uniforme (m/m). Rh = Radio hidrulico (m). Considerando que para canales y ros muy anchos Rh do y que al erosionarse el fondo del ro aumenta, se tendr que para la profundidad HS a la cual se alcanza el estado de equilibrio la velocidad de la corriente debe disminuir hasta un valor Vr. Asumiendo que el gasto unitario en cada franja B permanece constante durante todo el proceso erosivo, de acuerdo con las ecuaciones de Manning y de continuidad se tiene que (ver Figura 10):

[ ]BdSdn

AVQ == 021

3

2

0

1

[ ]BSdn

AVQ == 21

3

5

0

1, n

S 21

=, [ ]BdQ = 3

5

0

[ ]BdVQ sr = y por tanto s

rd

dV

3

5

0=

(47), donde:

B = Ancho de la superficie libre (m). do = Profundidad inicial que existe en una determinada vertical de la seccin entre el nivel

del agua al pasar la creciente y el nivel del fondo obtenido durante el estiaje. Tirante en el punto P antes de la erosin (m).

ds = Profundidad despus de producirse la socavacin del fondo. Se mide desde el nivel del agua al pasar la avenida hasta el nivel del fondo erosionado. Tirante despus de producida la erosin (m).

P = Punto cualquiera en el cual se desea conocer el cambio de velocidad al aumentar el tirante.

P = Punto de erosin mxima en el cual se produce el equilibrio. = Coeficiente hidrulico o coeficiente de seccin dependiente de las caractersticas

hidrulicas, igual a n

S 5.0= , donde S es la pendiente del canal considerada una

constante durante el proceso y n es el coeficiente de rugosidad.



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Este coeficiente se puede deducir tambin de los datos de la seccin, mediante la expresin:

=

em

d

Bd

Q

3

5 (48), donde:

dm = Tirante medio de la seccin o profundidad hidrulica, el cual se obtiene dividiendo el

rea hidrulica entre el ancho efectivo (m) Be = Ancho efectivo en la seccin, descontados todos los obstculos (m). Para encontrar Be,

se traza una lnea perpendicular a las lneas de corriente. Sobre esa lnea se proyectan todos los obstculos y Be es la suma de todos los espacios libres. As se toma en cuenta adems al esviajamiento de la corriente.

= Coeficiente que toma en cuenta el efecto de contraccin producido por pilas en el caso de existir puente, su valor se encuentra en la tabla 11.

Tabla 11. Coeficiente de Contraccin

Velocidad Media en la Seccin

(m/s)

Longitud Libre entre dos pilas (claro) en m

10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200

< 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1 1 1 1 1 1

1.5 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1 1 1 2 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1

2.5 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1 3 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

3.5 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

4 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

Figura 10. Esquema para la Determinacin de la Socavacin General

P

P

Ds

(1)

(2)

B

Hs do



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b) Calculo de la velocidad Ve. Esta velocidad est dada por las siguientes ecuaciones: Para suelos no cohesivos (velocidad que levanta y mantiene el material en movimiento):

x

sme dDV = 28.068.0 (49)

Para suelos cohesivos (velocidad que es capaz de poner partculas en suspensin): x

sde dV = 18.160.0 (50), donde:

ds = Tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer qu valor de Ve se requiere para arrastrar el material (m).

d = Peso volumtrico seco (o peso especifico bulk) del material cohesivo que se encuentra a la

profundidad Hs (t/m3).

totalVolumen

oslidomaterialdelPesod .

sec....=

Dm = Dimetro medio del material del lecho (mm). =

i

ii

mP

PdD , minmax ddd i =

= Coeficiente en funcin del perodo de retorno de la creciente que se estudia. Coeficiente emprico que varia entre 0.77 para la creciente anual y 1.07 para la creciente milenaria (ver tabla 15).

Tambin se podra calcular mediante las siguientes relaciones: = 0.7929 + 0.0973 Log(Tr) (51a) , donde Tr es el perodo de retorno = 0.8416 + 0.033423 Ln(Tr) (52a), donde Tr es el perodo de retorno entre 15 y 1500 aos.

Tabla 15. Valores del Coeficiente

Perodo de Retorno del caudal de diseo

Tr (Aos)

1 0.77 2 0.82 5 0.86 10 0.90 20 0.94 50 0.97

100 1.00 300 1.03 500 1.05

1000 1.07

X = Exponente variable en funcin del dimetro para suelos no cohesivos (ver tabla 16) y del peso

especfico seco para suelos cohesivos (ver tabla 17),



15

Suelos no cohesivos:

X = 0.394557- 0.04136 Log10(Dm) - 0.00891 [Log10(Dm )]2 (52a), Dm en mm. Suelos cohesivos: X = 0.892619- 0.58073 d + 0.136275 d

2 (52b), d en t/m

3.

Tabla 16. Valores del Coeficiente X para materiales no cohesivos

Dm (mm) X Dm (mm) X

0.05 0.43 40 0.30 0.15 0.42 60 0.29 0.5 0.41 90 0.28 1 0.40 140 0.27

1.5 0.39 190 0.26 2.5 0.38 250 0.25 4 0.37 310 0.24 6 0.36 370 0.23 8 0.35 450 0.22

10 0.34 570 0.21 15 0.33 750 0.20 20 0.32 1000 0.19 25 0.31

Tabla 17. Valores del Coeficiente X para materiales cohesivos

d (t/m3) 0.8 0.83 0.86 0.88 0.90 0.93 0.96 0.98 1

X 0.52 0.51 0.50 0.49 0.48 0.47 0.46 0.45 0.44

d (t/m3) 1.04 1.08 1.12 1.16 1.2 1.24 1.28 1.34 1.4

X 0.43 0.42 0.41 0.40 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35

d (t/m3) 1.46 1.52 1.58 1.64 1.71 1.8 1.89 2

X 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27

Calculo de la socavacin (condicin de agua clara, sin transporte de sedimentos desde aguas

arriba) La profundidad hasta la que llegue la socavacin se obtiene al igualar los valores de Ve y Vr. Por lo cual al igualar la ecuacin 47 a las ecuaciones 49 y 50, se obtiene:

Para suelos no cohesivos:

x

m

os

D

dH

+

=1

1

28.0

3/5

68.0

(53)

Para suelos cohesivos:

x

d

os

dH

+

=1

1

18.1

3/5

60.0

(54)



16

Efecto en la socavacin cuando la corriente arrastra mucho material en suspensin (Lecho Mvil)

Para cauces formados por materiales no cohesivos y cuando por las condiciones de aguas arriba la corriente arrastra en suspensin materiales arcillosos o limosos, se tiene una reduccin en la profundidad de la socavacin para la misma velocidad media. Esto puede ser debido a la turbulencia requerida para levantar una partcula cualquiera, la cual es funcin de la velocidad de la corriente dividida entre la viscosidad cinemtica del lquido. Cuando el flujo transporta un volumen considerable de limo o arcilla en suspensin, aumenta su peso especfico y su viscosidad, con lo que disminuye el grado de turbulencia de la corriente. Por lo tanto, si para un tirante dado se desea tener una condicin que provoque la misma erosin que en el caso de aguas ms limpias, se requiere que la velocidad media aumente. El efecto del peso especfico del agua durante la creciente es reducir la profundidad de socavacin. Este efecto es considerado al introducir en las ecuaciones (53) y (54) un coeficiente que depende del valor de la mezcla agua-sedimento (materiales en suspensin) m, para m= 1 t/m3 se considera agua clara y m > 1 t/m3 se considera lecho mvil. Los valores de se presentan en la tabla 18.

m += 5143.154.0 (55) En los casos de estudio o proyectos es recomendable considerar a falta de informacin, una densidad de

la mezcla agua-sedimento en suspensin (m) entre 1.05 t/m y 1.40 t/m.

Tabla 18. Valor del Coeficiente

m (t/m) 1.02 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.00 1.05 1.13 1.20 1.28 1.35 1.43 1.50 1.58

~ = ~ + - /-" /$ , donde: g = Peso especfico de la mezcla agua-sedimento. x = Volumen de sedimentos en la muestra. g = Volumen total de la muestra.

at = - Concentracin de sedimentos en suspensin.

at = ~t - Concentracin de sedimentos en suspensin por peso (ppm o

, %

' ).

at = 100 /-/ - Concentracin de sedimentos en suspensin por peso expresado en %.

Por lo cual se tiene que:



17

Para suelos no cohesivos:

x

m

os

D

dH

+

=1

1

28.0

3/5

68.0

(56)

Para suelos cohesivos:

x

d

os

dH

+

=1

1

18.1

3/5

68.0

(57)

La socavacin general de acuerdo con el mtodo de Lischtvan Lebediev estar dada por la siguiente expresin (ver Figura 7): Ds = do - Hs (58)

Calculo de la socavacin Hs para suelos homogneos

Conocido el tipo de suelo que existe en el sitio y suponiendo que la rugosidad es constante en toda la seccin, se determina la socavacin a partir de la ecuacin (56) o (57). La profundidad de socavacin en cualquier punto de la seccin transversal se obtiene cuando la velocidad media del cauce iguala a la velocidad erosiva (Vr= Ve). A partir del perfil de la seccin transversal antes del paso de la creciente, se evala la socavacin en los diferentes puntos del perfil en cuyas verticales se desea conocer la profundidad de socavacin y uniendo estos puntos se obtiene el perfil de socavacin. Considerando que la hiptesis del mtodo es que el gasto en cada franja del cauce permanece constante durante el proceso erosivo, la profundidad de socavacin ser igual a cero (0) en las orillas, por lo que no se permite estimar ninguna erosin lateral de las mrgenes. Calculo de la socavacin Hs para suelos heterogneos

Cuando la distribucin de los materiales en el subsuelo es heterognea, es posible encontrar la profundidad de socavacin o erosin en cada vertical, mediante un mtodo por tanteos o por un mtodo semigrfico. El mtodo por tanteos. Si se dispone de la distribucin estratigrfica de los materiales bajo una vertical, se escoge el manto superior y de acuerdo con la naturaleza del material, se aplica una de las dos formulas. Si la profundidad Hs obtenida, queda abajo del limite inferior del manto, se escoge el segundo estrato y se repite el tanteo anterior con la ecuacin correspondiente al tipo de suelo de ese segundo estrato. En el primer tanteo en que la profundidad Hs calculada este dentro del estrato en estudio, se habr obtenido la Hs requerida. Este procedimiento debe repetirse para varios puntos de la seccin que al unirlos representan el perfil terico del fondo socavado. Calculo de la socavacin general cuando la rugosidad no es uniforme en la seccin.

Cuando existen dos o ms zonas con diferente rugosidad, a lo ancho de la misma seccin el procedimiento de clculo es semejante, con la nica diferencia de que hay que trabajar en forma

aislada con cada zona y que para cada una se debe calcular el i correspondiente:



18

iem

id

i

iiBd

Q

=

3

5 (59)

Comentarios al mtodo

- La hiptesis de partida del mtodo de Lischtvan-Lebediev relacionada con la conservacin del

gasto durante el proceso erosivo, presenta el inconveniente de las diferencias en este proceso cuando en el fondo del cauce existe una zona con un material ms resistente que el resto de la seccin. Esto hace que haya mayor concentracin del flujo en las zonas del cauce que se van erodando y que sea menor en las zonas resistentes.

- El mtodo no tiene en cuanta el tiempo necesario para que cada material se erosione.

- Las erosiones tericas calculadas se presentan en un tiempo corto en materiales sueltos pero se requiere cierto tiempo para que el material cohesivo se socave, tiempo que puede ser mayor que el tiempo de duracin de la avenida.

- El mtodo considera el efecto de la curvatura ya que permite el clculo de la socavacin en cada vertical de la seccin transversal. El tirante de agua correspondiente a la parte externa de la curva es mayor y por tanto la socavacin tambin lo es.



19

Ejemplo 1

Se va a construir un sifn invertido para conduccin de una tubera de aguas residuales por debajo del lecho del ro Tulu, para lo cual se desea saber a que profundidad probable debe quedar cimentada la tubera para que no sea arrastrada por una creciente de una recurrencia de 25, 50 y 100 aos. La investigacin de las caractersticas del subsuelo se realizo mediante dos (2) sondeos mecnicos: P-1 en la orilla izquierda de la seccin 7 y P-2 en la orilla derecha de la seccin 6 en ambas mrgenes del ro Tulu. Para realizar el anlisis de socavacin se asumi lo siguiente para las secciones transversales de la zona de estudio (ver Figura 11): Iniciando en la Margen izquierda: Relleno hasta la cota 953.2 msnm. En esta margen existen un muro marginal contra socavacin o migracin de orilla, en otras palabras se ha fijado la orilla en la abscisa 4.85 m a una profundidad mayor a 2 m. Entre las cotas 953.2 msnm y 950.0 msnm Grava arenosa con Dimetro medio (Dm) de 9.68 mm. Cota 950.0 m.s.n.m., profundidad de rechazo, gravas de alta resistencia a la penetracin mayor a

50 golpes/pie. Estas caractersticas se asumen ms o menos hasta la mitad del canal del ro, aproximadamente de

30 a 32 m de ancho medidos a partir de la orilla izquierda. De la parte central del canal del ro hasta la orilla derecha, se tiene: Hasta la cota 952.5 msnm arenas con Dimetro medio (Dm) de 2.10 mm. Entre las cotas 952.5 msnm y 951.5 msnm gravas arenosas con Dimetro medio (Dm) de 8.69

mm. Entre las cotas 952.5 msnm y 950.0 msnm gravas arenosas con Dimetro medio (Dm) de 9.41

mm. Cota 950.0 msnm Profundidad de rechazo, gravas de alta resistencia a la penetracin mayor a 50

golpes/pie. En la tabla 19 se presentan para diferentes periodos de retorno los probables caudales, niveles de agua, y algunas caractersticas hidrulicas requeridas para el clculo de la socavacin (profundidad hidrulica, ancho efectivo, rea mojada). En la tabla 20 se presentan los datos del perfil de la seccin transversal antes del paso de la creciente.



20

Figura 11. Perfil transversal y composicin granulomtrica del subsuelo Ro Tulu Seccin 7

Ro Tulua Sifon Invertido - Seccion -7

949.0

949.5

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Distancia (m)

Elevacion (msnm)

Grava Alta Resistencia NSPST> 50 Golpes/Pie - Profundidad de Rechazo

954,40 - P1

954,12-P2954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5

952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14953,09-P15

953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

954.68 954.68

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)

Ro Tulu - Seccion 7 - Localizacin Sifon Invertido

Grava Alta Resistencia NSPST> 50 Golpes/Pie - Profundidad de Rechazo

Grava Arenosa Dm= 8.69 mmm

Arenas Dm= 2.1 mm

Grava Arenosa Dm= 9.68 mm Grava Arenosa Dm = 9.41 mm

Grava Arenosa

Dm = 9.68 mm

Grava Arenosa

Dm = 8.69 mm

Arenas

Dm = 2.1 mm

Grava Arenosa

Dm = 9.41 mm

954.68 msnm (Tr= 25 Aos)



21

Tabla 19. Caudales y niveles mximos probables para diferentes periodos de retorno Tr

(Aos)

Q (m3/s)

Cota Superior Agua

(m.s.n.m.)

Profundidad Hidrulica

dm (m)

Ancho Be

(m)

rea Mojada (m2)

10 230.91 954.29 1.48 61.48 90.93 25 313.73 954.68 1.83 63.32 115.87 50 385.71 955.00 2.14 63.32 135.74 100 467.20 955.33 2.47 63.32 156.65

Tabla 20. Datos perfil seccin transversal antes de la creciente

Abscisa Punto Fondo Antes de la

Creciente (m.s.n.m.) 0,00 P1 954,40 4,35 P2 954,12 4,85 P3 954,12 5,53 P4 952,65 5,63 P5 952,25 8,20 P6 952,17

12,00 P7 952,27 16,42 P8 952,14 19,22 P9 951,99 23,32 P10 952,19 29,89 P11 951,63 31,67 P12 951,67 32,62 P13 952,63 34,34 P14 952,85 43,28 P15 953,09 49,37 P16 953,17 54,39 P17 953,50 63,32 P18 954,30

Solucin

En la tabla 21 se presenta el clculo para diferentes periodos de retorno de las profundidades iniciales antes de la creciente.

Tabla 21. Profundidades inciales antes de la creciente

Abscisa Fondo Antes de

la Creciente (m.s.n.m.)

Profundidad Inicial d0 (m)

Tr = 10 Aos

Tr = 25 Aos

Tr = 50 Aos

Tr = 100 Aos

0,00 954,40 -0,11 0,28 0,60 0,93 4,35 954,12 0,17 0,56 0,88 1,21 4,85 954,12 0,17 0,56 0,88 1,21 5,53 952,65 1,64 2,03 2,35 2,68 5,63 952,25 2,04 2,43 2,75 3,08 8,20 952,17 2,12 2,51 2,83 3,16

12,00 952,27 2,02 2,41 2,73 3,06 16,42 952,14 2,15 2,54 2,86 3,19 19,22 951,99 2,30 2,69 3,01 3,34 23,32 952,19 2,10 2,49 2,81 3,14 29,89 951,63 2,66 3,05 3,37 3,70 31,67 951,67 2,62 3,01 3,33 3,66 32,62 952,63 1,66 2,05 2,37 2,70 34,34 952,85 1,44 1,83 2,15 2,48 43,28 953,09 1,20 1,59 1,91 2,24 49,37 953,17 1,12 1,51 1,83 2,16 54,39 953,50 0,79 1,18 1,50 1,83 63,32 954,30 -0,01 0,38 0,70 1,03



22

En las tablas 22 y 23 se presentan los resultados teniendo en cuenta densidades de mezcla agua-sedimento de 1.05 t/m3 y 1.4 t/m3 y, en la figura 12 se ilustran los perfiles del lecho del ro para las condiciones de antes y despus del paso de una creciente de recurrencia de 25 aos.

Tabla 22. Resultados Socavacin General Mtodo de Lischtvan-Lebediev (m =1.05 T/m3)

Creciente de 25 aos

Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)

Nivel fondo socavado

(m)

Niveles estratos (m)

4.85 P3 954.12 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 0.56 0.64 -0.08 954.04 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.03 3.16 -1.13 951.52

952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.43 3.95 -1.52 950.73

952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.51 4.11 -1.60 950.57

952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.41 3.91 -1.50 950.77

952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.54 4.17 -1.63 950.51 952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.69 4.48 -1.79 950.20

951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 2.49 4.07 -1.58 950.61

952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.05 1.05 0.345 3.05 5.24 -2.19 949.44 950.00 951,63 < Gravas < 950

31.67 P12

951.67 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.05 1.05 0.348 3.01 5.25 -2.24 949.43 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.41 0.929 1.810 1.05 1.05 0.346 3.01 5.18 -2.17 949.50 950.00 951,5 < Gravas < 950

32.62 P13

952.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 2.05 4.24 -2.19 950.44 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.05 1.05 0.348 2.05 3.26 -1.21 951.42 951.50 952,5< Gravas < 951,5

952.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.41 0.929 1.810 1.05 1.05 0.346 2.05 3.22 -1.17 951.46

951,5< Gravas < 950

34.34 P14 952.85 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 1.83 3.69 -1.86 950.99 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.05 1.05 0.348 1.83 2.84 -1.01 951.84

952,5< Gravas < 951,5

43.28 P15 953.09 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 1.59 3.12 -1.53 951.56 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.05 1.05 0.35 1.59 2.38 -0.79 952.30

952,5< Gravas < 951,5

49.37 P16 953.17 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 1.51 2.93 -1.42 951.75 952.50 953,17< Arenas < 952,5

953.17 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.05 1.05 0.35 1.51 2.24 -0.73 952.44

952,5< Gravas < 951,5

54.39 P17 953.50 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 1.18 2.17 -0.99 952.51 953,50< Arenas < 952,5

63.32 P18 954.30 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.05 1.05 0.380 0.38 0.55 -0.17 954.13

954,3< Arenas < 952,5



23

Tabla 23. Resultados Socavacin General Mtodo de Lischtvan-Lebediev (m =1.40 T/m3) Creciente de 25 aos

Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)


(m)


4.85 P3 954.12 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 0.56 0.47 0.09 954.21 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.03 2.33 -0.30 952.35

952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.43 2.92 -0.49 951.76

952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.51 3.03 -0.52 951.65

952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.41 2.89 -0.48 951.79 952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.54 3.08 -0.54 951.60 952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.69 3.31 -0.62 951.37

951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 2.49 3.01 -0.52 951.67

952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.68 0.929 1.810 1.4 1.58 0.345 3.05 3.86 -0.81 950.82

951,63 < Gravas < 950

31.67 P12 951.67 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.4 1.58 0.348 3.01 3.88 -0.87 950.80 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 9.41 0.929 1.810 1.4 1.58 0.346 3.01 3.82 -0.81 950.86

951,5 < Gravas < 950

32.62 P13 952.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 2.05 3.15 -1.10 951.53 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.4 1.58 0.348 2.05 2.41 -0.36 952.27

952,5< Gravas < 951,5

34.34 P14 952.85 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 2.05 2.75 -0.92 951.93 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.4 1.58 0.348 1.83 2.10 -0.27 952.58 952.50 952,5< Gravas < 951,5

43.28 P15 953.09 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 1.83 2.32 -0.73 952.36 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 8.69 0.929 1.810 1.4 1.58 0.348 1.59 1.76 -0.17 952.92 952.50 952,5< Gravas < 951,5

49.37 P16 953.17 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 1.59 2.18 -0.67 952.50

953,17< Arenas < 952,5

54.39 P17 953.50 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 1.51 1.62 -0.44 953.06 953,50< Arenas < 952,5

63.32 P18 954.30 115.87 63.32 1.83 25 313.73 954.68 2.10 0.929 1.810 1.4 1.58 0.380 1.51 0.41 -0.03 954.27

954,3< Arenas < 952,5



24

Figura 12. Seccin Transversal del Cauce antes y despus de la Creciente Tr = 25 Aos Seccin 7 Mtodo de Lischtvan-Lebediev

Probable posicion del fondo del lecho despues de pasada la crecietne Tr=25 Aos.

Ro Tulua Sifon Invertido - Seccion -7

949.0

949.5

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Distancia (m)

Elevacion (msnm)

Grava Alta Resistencia NSPST> 50 Golpes/Pie - Profundidad de RechazoFondo despues de la Creciente -Densidad Mezcla Agua-Sedimento 1.05 T/m3Fondo despues de la Creciente - Densidad Mezcla Agua-sedimento 1.4 T/m3

954.68 954.68

954,40 - P1

954,12-P2 954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11

951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14

953,09-P15953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

Tr = 25 Aos

951.52

950.73

950.57

950.77

950.51

950.20

950.61

951.46

951.84

952.30

952.44952.51

954.13

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)

Ro Tulu - Seccion 7 - Localizacin Sifn Invertido

Fondo despues de la creciente-Densidad Agua_Sedimento 1.05 t/m3 Fondo despues de la creciente-Densidad Agua_Sedimento 1.4 t/m3

Grava Arenosa Dm = 9.68 mm


Arenas Dm = 2.1 mm


954.68 msnm (Tr= 25 Aos)

P



25



Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)


(m)


4.85 P3 954.12 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 0.88 1.05 -0.17 953.63 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.35 3.55 -1.20 951.13 952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.75 4.31 -1.56 950.37

952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.83 4.47 -1.64 950.21

952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.73 4.27 -1.54 950.41

952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.86 4.53 -1.67 950.15

952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 3.01 4.82 -1.81 949.86 951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 2.81 4.43 -1.62 950.25 952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.05 1.05 0.345 3.37 5.55 -2.18 949.13 950.00 951,63 < Gravas < 950

31.67 P12

951.67 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.348 3.33 5.57 -2.24 949.11 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.41 0.958 1.709 1.05 1.05 0.346 3.33 5.49 -2.16 949.19 950.00 951,5 < Gravas < 950

32.62 P13

952.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 2.37 4.73 -2.36 949.95 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.348 2.37 3.66 -1.29 951.02 951.50 952,5< Gravas < 951,5

952.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.41 0.958 1.709 1.05 1.05 0.346 2.37 3.61 -1.24 951.07 951,5< Gravas < 950

34.34 P14

952.85 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 2.15 4.21 -2.06 950.47 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.348 2.15 3.24 -1.09 951.44 951.50 952,5< Gravas < 951,5

952.85 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.41 0.958 1.709 1.05 1.05 0.346 2.15 3.20 -1.05 951.48 951,5< Gravas < 950

43.28 P15 953.09 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 1.91 3.65 -1.74 951.03 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.35 1.91 2.80 -0.89 951.88 952,5< Gravas < 951,5

49.37 P16 953.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 1.83 3.46 -1.63 951.22 952.50 953,17< Arenas < 952,5

953.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.35 1.83 2.66 -0.83 952.02

952,5< Gravas < 951,5

54.39 P17 953.50 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 1.50 2.72 -1.22 951.96 952.50 953,50< Arenas < 952,5

953.50 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.05 1.05 0.348 1.50 2.08 -0.58 952.60 952.50 952,5< Gravas < 951,5

63.32 P18 954.30 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.05 1.05 0.380 0.70 1.09 -0.39 953.59 954,3< Arenas < 952,5



26


Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)


(m)


4.85 P3 954.12 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 0.88 0.78 0.10 953.90 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.35 2.62 -0.27 952.06

952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.75 3.18 -0.43 951.50

952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.83 3.30 -0.47 951.38

952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.73 3.15 -0.42 951.53 952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.86 3.34 -0.48 951.34 952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 3.01 3.56 -0.55 951.12

951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 2.81 3.27 -0.46 951.41

952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.68 0.958 1.709 1.4 1.58 0.345 3.37 4.09 -0.72 950.59

951,63 < Gravas < 950

31.67 P12 951.67 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.4 1.58 0.348 3.33 4.11 -0.78 950.57 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 9.41 0.958 1.709 1.4 1.58 0.346 3.33 4.06 -0.73 950.62

951,5 < Gravas < 950

32.62 P13 952.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 2.37 3.52 -1.15 951.16 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.4 1.58 0.348 2.37 2.70 -0.33 951.98 952,5< Gravas < 951,5

34.34 P14 952.85 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 2.15 3.13 -0.98 951.55 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.4 1.58 0.348 2.15 2.40 -0.25 952.28

952,5< Gravas < 951,5

43.28 P15 953.09 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 1.91 2.71 -0.80 951.97 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.4 1.58 0.348 1.91 2.07 -0.16 952.61 952.50 952,5< Gravas < 951,5

49.37 P16 953.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 1.83 2.58 -0.75 952.10 952.50 953,17< Arenas < 952,5

953.17 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 8.69 0.958 1.709 1.4 1.58 0.348 1.83 1.96 -0.13 952.72 952.50 952,5< Gravas < 951,5

54.39 P17 953.50 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 1.50 2.03 -0.53 952.65

953,50< Arenas < 952,5

63.32 P18 954.30 135.74 63.32 2.14 50 385.71 955.00 2.10 0.958 1.709 1.4 1.58 0.380 0.70 0.81 -0.11 953.87

954,3< Arenas < 952,5



27



954.68 954.68

954,40 - P1

954,12-P2 954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11

951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14

953,09-P15953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

Tr = 50 Aos

951.13

950.37

950.21

950.41

950.15950.25

951.07

951.48

951.88

952.02

952.50

953.59

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)





28


Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)


(m)


4.85 P3 954.12 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 1.21 1.47 -0.26 953.21 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 2.68 3.94 -1.26 950.74 952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.08 4.69 -1.61 949.99 950.00 952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.16 4.84 -1.68 949.84 950.00 952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.06 4.65 -1.59 950.03 950.00 952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.19 4.89 -1.70 949.79 950.00 952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.34 5.18 -1.84 949.50 950.00 951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.14 4.80 -1.66 949.88 950.00 952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.05 1.05 0.345 3.70 5.88 -2.18 948.80 950.00 951,63 < Gravas < 950

31.67 P12

951.67 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.348 3.66 5.91 -2.25 948.77 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.41 0.988 1.630 1.05 1.05 0.346 3.66 5.83 -2.17 948.85 950.00 951,5 < Gravas < 950

32.62 P13

952.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 2.70 5.24 -2.54 949.44 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.348 2.70 4.06 -1.36 950.62 951.50 952,5< Gravas < 951,5

952.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.41 0.988 1.630 1.05 1.05 0.346 2.70 4.00 -1.30 950.68 951,5< Gravas < 950

34.34 P14

952.85 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 2.48 4.73 -2.25 949.95 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.348 2.48 3.65 -1.17 951.03 951.50 952,5< Gravas < 951,5

952.85 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.41 0.988 1.630 1.05 1.05 0.346 2.48 3.60 -1.12 951.08

951,5< Gravas < 950

43.28 P15

953.09 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 2.24 4.18 -1.94 950.50 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.348 2.24 3.22 -0.98 951.46 951.50 952,5< Gravas < 951,5

953.09 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.41 0.988 1.630 1.05 1.05 0.346 2.24 3.17 -0.93 951.51 951.50 951,5< Gravas < 950

49.37 P16

953.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 2.16 4.00 -1.84 950.68 952.50 953,17< Arenas < 952,5

953.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.35 2.16 3.08 -0.92 951.60

952,5< Gravas < 951,5

54.39 P17

953.50 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 1.83 3.28 -1.45 951.40 952.50 953,50< Arenas < 952,5

953.50 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.05 1.05 0.348 1.83 2.51 -0.68 952.17 952,5< Gravas < 951,5

63.32 P18 954.30 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.05 1.05 0.380 1.03 1.64 -0.61 953.04

954,3< Arenas < 952,5



29


Abscisa Punto

Nivel lecho (m)

rea (m2)

Be = T (m)

dm (m)

Tr Aos

Caudal

(m3/s)

Nivel Agua

(m) Dm

(mm) m (t/m) X d0 (m)

Hs (m)

Ds (m)


(m)


4.85 P3 954.12 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 1.21 1.09 0.12 953.59 954.12 954,12 < Gravas < 950

5.53 P4 952.65 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 2.68 2.91 -0.23 951.77

952,65 < Gravas < 950

5.63 P5 952.25 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.08 3.46 -0.38 951.22

952,25 < Gravas < 950

8.20 P6 952.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.16 3.57 -0.41 951.11

952,17 < Gravas < 950

12.00 P7 952.27 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.06 3.43 -0.37 951.25 952,27 < Gravas < 950

16.42 P8 952.14 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.19 3.61 -0.42 951.07 952,14 < Gravas < 950

19.22 P9 951.99 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.34 3.82 -0.48 950.86

951,99 < Gravas < 950

23.32 P10 952.19 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.14 3.54 -0.40 951.14 952,19 < Gravas < 950

29.89 P11 951.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.68 0.988 1.630 1.4 1.58 0.345 3.70 4.34 -0.64 950.34

951,63 < Gravas < 950

31.67 P12 951.67 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 3.66 4.37 -0.71 950.31 951.50 951,67 < Gravas < 951,5

951.67 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 9.41 0.988 1.630 1.4 1.58 0.346 3.66 4.30 -0.64 950.38

951,5 < Gravas < 950

32.62 P13 952.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 2.70 3.90 -1.20 950.78 952.50 952,63< Arenas < 952,5

952.63 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 2.70 3.00 -0.30 951.68 952,5< Gravas < 951,5

34.34 P14 952.85 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 2.48 3.52 -1.04 951.16 952.50 952,85< Arenas < 952,5

952.85 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 2.48 2.70 -0.22 951.98

952,5< Gravas < 951,5

43.28 P15 953.09 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 2.24 3.11 -0.87 951.57 952.50 953,09< Arenas < 952,5

953.09 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 2.24 2.38 -0.14 952.30

952,5< Gravas < 951,5

49.37 P16 953.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 2.16 2.98 -0.82 951.70 952.50 953,17< Arenas < 952,5

953.17 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 2.16 2.27 -0.11 952.41

952,5< Gravas < 951,5

54.39 P17 953.50 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 1.83 2.44 -0.61 952.24 952.50 953,50< Arenas < 952,5

953.50 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 8.69 0.988 1.630 1.4 1.58 0.348 1.83 1.85 -0.02 952.83 952.50 952,5< Gravas < 951,5

63.32 P18 954.30 156.65 63.32 2.47 100 467.20 955.33 2.10 0.988 1.630 1.4 1.58 0.380 1.03 1.22 -0.19 953.46 954,3< Arenas < 952,5



30


954.68 954.68

954,40 - P1

954,12-P2 954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11

951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14

953,09-P15953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

Tr = 100 Aos

950.74

950.00

950.00

950.00 950.00 950.00950.00

950.68

951.08

951.50

951.60

952.17

953.04

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)





31

En la tabla 28 se presenta un resumen de los resultados para diferentes perodos de retorno y en las figuras 15 y 16 se presentan los perfiles del lecho despus de socavados para agua clara y lecho mvil para los diferentes perodos de retorno.

Tabla 28. Datos del Fondo del lecho socavado para diferentes Periodos de Retorno Mtodo de Lischtvan-Lebediev

Abscisa Punto Fondo Antes de la Creciente

(m.s.n.m.)

Profundidad Inicial Fondo Despus de la Creciente (m.s.n.m.)

d0 (m) Tr = 25 Aos Tr = 50 Aos Tr = 100 Aos

Tr = 10 Aos

Tr = 25 Aos

Tr = 50 Aos

Tr = 100 Aos

Densidad Agua-Sedimento

1.05 t/m3

1.40 t/m3

1.05 t/m3

1.40 t/m3

1.05 t/m3

1.40 t/m3

0.00 P1 954.40 -0.11 0.28 0.60 0.93 954.40 954.40 954.40 954.40 954.40 954.40

4.35 P2 954.12 0.17 0.56 0.88 1.21 954.12 954.12 954.12 954.12 954.12 954.12

4.85 P3 954.12 0.17 0.56 0.88 1.21 954.12 954.12 954.12 954.12 954.12 954.12

5.53 P4 952.65 1.64 2.03 2.35 2.68 951.52 952.35 951.13 952.06 950.74 951.77

5.63 P5 952.25 2.04 2.43 2.75 3.08 950.73 951.76 950.37 951.50 950.00 951.22

8.20 P6 952.17 2.12 2.51 2.83 3.16 950.57 951.65 950.21 951.38 950.00 951.11

12.00 P7 952.27 2.02 2.41 2.73 3.06 950.77 951.79 950.41 951.53 950.00 951.25

16.42 P8 952.14 2.15 2.54 2.86 3.19 950.51 951.60 950.15 951.34 950.00 951.07

19.22 P9 951.99 2.30 2.69 3.01 3.34 950.20 951.37 949.86 951.12 950.00 950.86

23.32 P10 952.19 2.10 2.49 2.81 3.14 950.61 951.67 950.25 951.41 950.00 951.14

29.89 P11 951.63 2.66 3.05 3.37 3.70 950.00 950.82 950.00 950.59 950.00 950.34

31.67 P12 951.67 2.62 3.01 3.33 3.66 950.00 950.86 950.00 950.62 950.00 950.38

32.62 P13 952.63 1.66 2.05 2.37 2.70 951.46 952.27 951.07 951.98 950.68 951.68

34.34 P14 952.85 1.44 1.83 2.15 2.48 951.84 952.50 951.48 952.28 951.08 951.98

43.28 P15 953.09 1.20 1.59 1.91 2.24 952.30 952.50 951.88 952.50 951.50 952.30

49.37 P16 953.17 1.12 1.51 1.83 2.16 952.44 952.50 952.02 952.50 951.60 952.41

54.39 P17 953.50 0.79 1.18 1.50 1.83 952.51 953.06 952.50 952.65 952.17 952.50

63.32 P18 954.30 -0.01 0.38 0.70 1.03 954.13 954.27 953.59 953.87 953.04 953.46



32

Figura 15. Seccin Transversal del Cauce antes y despus de la Creciente Agua clara Seccin 7 Mtodo de Lischtvan-Lebediev

Figura 16. Seccin Transversal del Cauce antes y despus de la Creciente Lecho mvil Seccin 7 Mtodo de Lischtvan-Lebediev

954.68 954.68

954,40 - P1

954,12-P2 954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11

951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14

953,09-P15

953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)

Ro Tulu - Seccion 7 - Localizacin Sifn Invertido. Densidad agua_sedimento 1.05 t/m3

Fondo despues de la creciente_ Tr= 25 Aos

954.68 954.68

954,40 - P1

954,12-P2 954,12-P3

952,65-P4

952,25-P5952,17-P6

952,27-P7

952,14-P8

951,99-P9

952,19-P10

951,63-P11

951,67-P12

952,63-P13

952,85-P14

953,09-P15953,17-P16

953,50-P17

954,30-P18

950.0

950.5

951.0

951.5

952.0

952.5

953.0

953.5

954.0

954.5

955.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Ele

vaci

on (m

snm

)

Distancia (m)

Ro Tulu - Seccion 7 - Localizacin Sifn Invertido. Densidad agua_sedimento 1.4 t/m3

Fondo despues de la creciente_ Tr= 25 Aos Fondo despues de la creciente- Tr = 50 Aos Fondo despues de la creciente_ Tr = 100 Aos



33

4.1.2 Metodologa de Del Campo - Ordoez Se deriva la ecuacin para la variacin del rgimen hidrulico de un canal aluvial, bajo flujo uniforme, escribiendo la ecuacin de Manning en funcin del nmero de Froude y el caudal por unidad de ancho; se observa que la variacin probable de este parmetro en el rango de caudal del sector dado, es considerablemente baja, y que el nmero de Froude siempre aumenta con un aumento del caudal por unidad de ancho. Los anteriores resultados se utilizan para examinar la validez de la respuesta de las ecuaciones normalmente utilizadas para el clculo de la socavacin general en cauces aluviales, con lo cual se observa que la mayora de estas ecuaciones conducen a valores errados del rgimen de los ros a medida que crece el caudal por unidad de ancho, al reducir paulatinamente el nmero de Froude. Con base en lo anterior, y en el examen de ecuaciones que si tienen en cuenta las limitaciones del cambio de rgimen del ro, se concluye que la socavacin general es un proceso puramente hidrulico, controlado por el rgimen del ro y no por parmetros sedimentolgicos como la granulometra del lecho aluvial. A travs de numerosos estudios de socavacin, se ha encontrado que en la mayora de los sitios donde existen estaciones hidromtricas, es posible, obtener para cada aforo, una relacin biunvoca entre la profundidad local y el caudal por unidad de ancho en la seccin con base en la informacin existente en los aforos slidos de una estacin hidromtrica de primer orden, y que esa informacin se puede generalizar para predecir la mxima profundizacin del lecho, con solo un conocimiento general de las condiciones hidrulicas promedio del cauce en el sector de inters. Para conocer los factores que inducen la profundizacin de la seccin transversal al influjo de un caudal dado, se investigaron ms de 3000 aforos lquidos y slidos en estaciones de primer orden de cuencas hidrogrficas en Colombia. Un aforo lquido en una estacin hidromtrica de primer orden consiste de un grupo de 15 a 20 valores de profundidad (pi) y caudal (qi), y el registro completo de aforos en cada estacin genera un conjunto ms amplio de parejas pi, qi, que se puede interpretar independientemente de los valores absolutos de Q y P. Mientras que los valores de velocidad Vi y de nmero de Froude Fi se pueden considerar como variables derivadas de las dos anteriores de acuerdo con ecuaciones deducidas tericamente como a continuacin se presenta.

El caudal por unidad de ancho en un sector cualquiera de una seccin se expresa por: i

ii

B

Qq = (60)

donde Qi es el caudal y Bi es el ancho del sector; esta expresin es equivalente a : ( )

ii

i

iii

i

iii VP

B

VPB

B

VAq =

=

= (61)

en donde Pi es la profundidad en la franja, luego despejando Vi :

i

ii

P

qV = (62)

Igualmente, el nmero de Froude en la franja cualquiera i se puede expresar por:

i

ii

Pg

VF

.= (63)

Se encontr que, sistemticamente cada aforo presenta la mxima profundidad, y por lo tanto el mnimo nivel del lecho, (mxima socavacin general), en la franja de mximo caudal unitario qi-max o qmax por simplificacin; haciendo un nuevo conjunto con las parejas qmx, Pmax, encontraron que estas cumplen con una relacin biunvoca, independientemente del valor de Q y de la seccin transversal o estacin utilizada en ros con una gama amplia de tamao de sedimento, siempre y cuando los nmeros



34

de Froude del flujo sean similares; de hecho encontraron relaciones diferentes para ros de llanura, (F0.4). Las ecuaciones obtenidas permiten calcular la mxima profundidad de flujo Pmx para un cierto valor de qmx, de acuerdo con la ecuacin general de nmero de Froude correspondiente, llamado por simplicidad Fm, an cuando obviamente no es el mximo valor del nmero de Froude en la seccin sino el correspondiente a la franja de qmx y Pmx. Reemplazando (62) en (63) para la condicin mxima y elevando al cuadrado:

3max

2max2

Pg

qFm

= (64),

despejando para la profundidad mxima : 2

2max3

maxmFg

qP

= (65) ,

que tambin se puede expresar como : 32

max3

2

max

3

1

2max

1qkq

FgP

m

=

= (66),

despus de analizar estadsticamente los aforos, los investigadores encuentran una relacin relativamente buena entre Fmx y el valor promedio del nmero de Froude para toda la seccin Fprom, as :

Fmax = 0.85 Fprom+ 0.01 para 0.10 < F < 0.40, flujo subcrtico (67a) Fmax = 0.71 Fprom + 0.1 para F > 0.40, flujo casi crtico (67b)

Igualmente obtuvieron una relacin aceptable para qmax en funcin de qpr om=Q/T as:

984.0max 551.1 promqq = para F < 0.40 (68a)

271.1max 271.1 promqq = para F > 0.40 (68b)

Mejor correlacin obtenida para Pmax: 51.0

max71.0

maxmax 472.0= FqP (69)

Metodologa Propuesta Por Del Campo-Ordez

Con base en los resultados obtenidos, los autores plantearon la metodologa para la estimacin de la profundidad mxima de socavacin de la siguiente forma:

1. Se determina el rango de caudales para el cual se desea calcular el nivel de fondo incluyendo los caudales de avenida.

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Complemento Capitulo IV Socavacion DHE 2012 IIS