Ingeniería de Ríos. Manual de prácticas. 9o semestre. Autores: Héctor Rivas Hernández Juan Pablo Molina Aguilar Miriam Guadalupe López Chávez

Transcripción

1 Laboratorio de Hidráulica Ing. David Hernández Huéramo Manual de prácticas Ingeniería de Ríos 9o semestre Autores: Héctor Rivas Hernández Juan Pablo Molina Aguilar Miriam Guadalupe López Chávez

2 3. FORMACIÓN DE MEANDROS Objetivo El alumno identificará y comprenderá las variables que dan origen a la formación de un meandro en un cauce natural, determinará las principales características hidráulicas y geométricas, las cuales están relacionadas directamente con el gasto transportado y la evolución del cauce. Aplicación. 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. La trayectoria de un cauce es la forma que este presenta en planta, la cual puede ayudar a clasificarlo en función de su sinuosidad, que se estima como el cociente entre la longitud del río y la longitud del valle en un tramo. El proceso de formación de meandros en un cauce está determinado por la erosión y socavación de la margen exterior o cóncava y el depósito de sedimentos a lo largo de la margen interior o convexa, de esta manera el desarrollo de meandros incrementa la longitud del río y por consiguiente disminuye la pendiente, es decir, el meandro es el mecanismo por el cual el río ajusta su pendiente, cuando la pendiente del valle es mayor que la que requiere. Desarrollo La práctica se desarrollará en una sola etapa en el equipo hidrológico, mediante la simulación de un meandro para la determinación de sus elementos característicos sin presencia de flujo y posteriormente se observara el comportamiento del mismo ante la presencia de flujo. 1 Manual de Prácticas de Laboratorio

3 Material y Equipo Equipo Hidrológico Fluxómetro Hilo. Apisonador manual. UMSNH Facultad de Ingeniería Civil Definiciones, fórmulas y unidades a utilizar Meandro. Se llama así a la curva o sinuosidad por efecto del cambio de dirección que presenta el cauce de un río, que puede originarse por la resistencia de los materiales del lecho a la erosión fluvial, el tamaño dependerá del caudal, la carga y la velocidad de sedimentación del río, así como del tipo de terreno por el que escurra el curso fluvial. Los parámetros geométricos de un meandro son: Marge Cóncava ML Margen Convexa Transición Depósito B MB Erosión Ancho del meandro (MB) Longitud de la onda (ML) Ancho del cauce (B) Sinuosidad (P) Pendiente (S) Sección transversal (B y d) Lañe en 1957 al analizar varios ríos establece una relación entre el gasto medio, la pendiente, el material del fondo y de las márgenes y de la forma del río en planta, proponiendo la siguiente ecuación para ríos con meandros y trenzados, si el fondo es de arena: Q m = Gasto medio anual, en m³/s K = Coeficiente que toma en cuenta la forma del cauce en planta, tomando los valores de, K = 0.01 para ríos trenzado y K = para ríos con meandros 2 Manual de Prácticas de Laboratorio

4 La Sección Transversal que un cauce con fondo formado de grava puede presentar fue estudiada por Brey en 1982, el cual indicó que la relación ancho gasto está mejor definida que la relación pendiente-gasto, y propone las siguientes ecuaciones para determinar B y d: Q 2 = Gasto asociado a un periodo de retorno de 2 años, en m 3 /s B = Ancho promedio de la sección, en m. d = Tirante promedio del agua, en m. Maza-García (1997), toma en cuenta la presencia del transporte de lavado, proponiendo las siguientes ecuaciones: Radio de curvatura de un meandro. Richardson et. al. en 1975, clasifican las curvas de los ríos naturales como superficiales, limitadas o en trinchera y forzadas o deformadas, encontrando que los valores promedio de la relación radio de la curvatura (r) y el ancho de la superficie libre del agua (B), para sección transversal llena, de los tres tipos de curvas son los siguientes: TIPO DE CURVAS r/b Limitadas 7 8 Libres Forzadas Tirante de agua en meandros. En los meandros el tirante crece gradualmente desde la transición de aguas arriba de la curva, alcanzando un máximo aguas abajo de ápice de la curva. En curvas forzadas el tirante crece rápidamente al comienzo de la curva hasta un máximo en la parte media de la misma, luego decrece gradualmente hacia aguas abajo. El tirante máximo en el meandro puede calcularse por medio de la fórmula propuesta por Alunan: á 3.6 d emás = profundidad máxima en el meandro, en m. 3 Manual de Prácticas de Laboratorio

5 d m = profundidad media en el tramo recto situado aguas arriba del meandro, en m. ε = coeficiente que depende de la relación r/b, se muestran los valores en la tabla siguiente: r/b ε Flujo helicoidal en meandros. La fuerza centrifuga que actúa a lo largo del escurrimiento en un meandro, produce sobre-elevación en la superficie libre del agua sobre la margen cóncava y un descenso en la margen convexa. Está sobre-elevación asociada a una pérdida de energía a lo largo del fondo, produce un flujo helicoidal cuya velocidad transversal mueve la carga del fondo hacia la margen convexa donde se acumula. Existen varios criterios para calcular la sobre-elevación en las márgenes de los meandros ( Z), para fines prácticos la fórmula propuesta por Richardson en 1975 para flujo establecido: Z = Sobre elevación del tirante de agua en el meandro, en m. U = Velocidad media del agua, en m/s. Procedimiento 1. Colocar el extremo del equipo hidrológico a una altura entre 4 y 7 cm respecto de la horizontal, auxiliados del tornillo sin fin colocado en la parte inferior de la mesa. 2. Marcar un cauce en la cama de arena con cambios de dirección, para simular un meandro en el cual se medirán, el ancho del cauce, longitud y ancho de onda para registrarlos en la tabla Hacer circular un gasto constante a través del cauce trazado por medio del vertedor, ubicado en la placa extrema izquierda y con la ayuda del tubo de drenaje establecer el caudal, de manera que sea constante y uniforme. 4. Registrar la carga sobre el vertedor para determinar el gasto que está circulando por meandro mediante la siguiente expresión: Q Q= Caudal en l/min. h = Lectura manométrica sobre el vertedor en mm. 5. Obtener el radio de curvatura del meandro, el cual esta en función de su ancho, asumiendo algún tipo de curvatura en función de la tabla Manual de Prácticas de Laboratorio

6 6. Aumentar la pendiente de la mesa y el caudal para observar lo que sucede con el trazo del cauce 7. Apagar la bomba y dejar transcurrir el caudal en el meandro, midiendo las nuevas características geométricas del cauce, par registrarlas en la tabla 4.1. Actividades 1. Compara y explica las características geométricas e hidráulicas del meandro antes y después de la circulación del caudal. 2. Dibuja en planta las trayectorias tomadas por el caudal en el cauce desde el inicio hasta que termino de circulación. 3. Que sucede con la línea de Thalweg en el cauce? 4. Investigar la clasificación y tipo de meandro observado en la práctica. 5. Mencione y describa los tipos de meandro TABLA 4.1 Geometría Inicial Geometría Final b = cm b = cm ML = cm ML = cm MB= cm MB= cm Tipo de Curva: Tipo de Curva: S h Q Q B d r mm l/min m³/s m m m Nombre del alumno: Semestre: Sección: N de equipo: Laboratorista: 5 Manual de Prácticas de Laboratorio