Medidas Del Transporte de Sedimentos en Ríos

7/23/2019 Medidas Del Transporte de Sedimentos en Ros

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MEDIDAS DELTRANSPORTE DE

SEDIMENTOS ENROS

Curso: Hidrulica de Ros.Alumna: Zulema Doria D.


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I. INTRODUCCIN

Los grandes desarrollos hidro-energticos que serogra!an en di"ersos a#ses$ as# co!o las estructurashidr%ulicas que ha& que construir en el in!ediato'uturo$ e(igen una e"aluaci)n re"ia de su 'acti*ilidadtcnica & econ)!ica$ dadas las grandes su!as de

dinero que ha& que in"ertir en ellas$ a !%s del car%cterde endeuda!iento e(terno que estas in"ersionesconlle"an+ ,on *ase en esta e(igencia$ el an%lisis deltransorte de sedi!entos de los r#os & cuencashidrol)gicas$ ha adquirido una i!ortancia caital$ues deter!ina la "ida econ)!ica de las o*ras.+


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II. OBJTI!O"

#.$. OBJTI!O %NRA&

,onocer & estudiar de !anera a!lia lasMedidas del Transorte de Sedi!entos en

R#os+


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#.#. OBJTI!O" "'C()ICO"

,onocer el ro*le!a que ocasiona el transortede sedi!entos en los r#os hacia las o*rashidr%ulicas+

Estudiar las teor#as de c%lculo de la !asa del!aterial de arrastre de 'ondos & de !asa ensusensi)n+

Desarrollo ro*le!as alicati"os so*re elTransorte de Sedi!entos+

Di'erenciar los !ateriales que se encuentran ensusensi)n$ en saltaci)n & arrastre+


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III. *ARCO TRICO


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+.,$. & 'ROB&*A D& TRAN"'ORTD "DI*NTO"

La erosi)n de los suelos en el Per/se roduce en 'or!a er!anenteor e'ecto rincial!ente de lasreciitaciones lu"iales$ dentro deun esacio geogr%0co que es lacuenca hidrogr%0ca$ en dicha %rea

se roducen todos los tios deerosi)n$ la!inar$ surcos$ c%rca"as &1an2as3 los cursos de aguaarrastran los !ateriales roductode la erosi)n$ de los derru!*es$ delos soca"a!ientos & 0nal!ente lotransortan a las artes *a2as delos "alles & el !ar+


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La conclusi)n general a la que se llega so*re el roceso erosi"o que se roduce

deter!inadas cuencas$ es de que todas tienen casi las !is!as causas$ relacionadas con

inte!eris!o$ las altas endientes de los taludes de las laderas$ las altas reciitacion

lu"iales$ las r%cticas agr#colas inadecuadas$ la de'orestaci)n$ el so*reastoreo &

construcci)n de o*ras "iales & de in'raestructura de riego que alteran la esta*ilidad de

taludes de las que*radas & r#os de las cuencas3 co!o consecuencia de la erosi)n se "

a'ectadas en ri!era instancia las %reas agr#colas de las artes altas or rdida de suel

en los "alles *a2os se roducen col!ataciones de los e!*alses & los cauces de los r#os q

quedan "ulnera*les a las inundaciones$ las o*ras hidr%ulicas son a'ectadas or

sedi!entos$ los siste!as de riego resuri1ado se "en a'ectados or la o*strucci)n de

goteros$ los ala"s de las tur*inas de las centrales hidroelctricas son da4adas or el e'ec

corrosi"o de los sedi!entos & las lantas de agua ota*le requieren de !a&or cantidad

ol#!eros ara rocesar agua ara uso do!stico+


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Los e'ectos de la erosi)n delos sedi!entos$ son "isi*les

en las cuencas dedi'erentes ro&ectos3 sine!*argo$ no se hane'ectuado estudios queer!itan tener los datos

necesarios ara ela*orar undiagn)stico reciso$ & queer!ita to!ar !edidas$ a0n de atenuar el rocesoerosi"o & controlar eltransorte de sedi!entos+


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"edimen-os

Los sedi!entos que transortauna corriente de agua sonconsecuencia natural de ladegradaci)n del suelo$ uesto queel !aterial rocedente de laerosi)n llega a las corrientes a

tra"s de tri*utarios !enores$ orla caacidad que tiene la corrientede agua ara transortar s)lidos$ta!*in or !o"i!ientos en!asa$ o sea$ desrendi!ientos$desli1a!ientos & otros+


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Cri-erios de clasicaci/n del Trans0or-e de"edimen-os

A. "e12n el modo de -rans0or-e

,arga en susensi)n 5susended load67 Es e!aterial que se !antiene entre la !asa de 8u2o o'en)!enos de tur*ulencia+ Las art#culassusendidas son transortadas & !antenidadentro del 8u2o or un roceso de !e1clatur*ulenta+ La carga en susensi)n consiste enart#culas de di%!etro !enor a 9+9:; !!+$ lascuales se transortan susendidas dentro del 8u2o+


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Car1a de arras-re de 3ondo 45ed load6:

Son art#culas cu&o eso es sustentado or el 'ondo del lecho &son art#culas de ta!a4o !a&or+ La carga de 'ondo es e!aterial de!asiado grueso ara ser soortado dentro el 8u2o deagua or un eriodo arecia*le de tie!o+ El transorte de'ondo$ inclu&e todos los ta!a4os de sedi!entos !a&ores de9+9:; !! transortados or el agua+ La carga de 'ondo uede!o"erse rodando$ desli1%ndose o a saltos a "elocidade!enores que aquellas del 8u2o alrededor+ La carga de 'ondo es!u& i!ortante de*ido a que es esta la que !a&or in8uenciatiene en los ca!*ios del 'ondo de los r#os+ La rata de transortede carga de 'ondo es una 'unci)n de la caacidad de transortedel 8u2o+


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Car1a en sal-aci/n 4sal-a-ion load6:

Son art#culas de ta!a4o inter!edio que se!ue"en saltando+ Por instantes su eso essustentado oir el 8u2o t en otros or el lecho+

,arga total < ,arga en susensi)n = cargade arrastre+


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>na regla general ara deter!inar el

tio de transorte se !uestra en lata*la7


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B. "%7N & ORI%N D& *ATRIA&

TRAN"'ORTADO

Car1a de la8ado 49as load6:Aorte sedi!entol)gico in!ediato de la cuenca

a la corriente$ resultante del la"ado 5erosi)n6 dela suer0cie de la cuenca or e'ecto de une"ento de llu"ia+ Part#culas !u& eque4as!o"indose a una "elocidad si!ilar a la deagua & or eso llega ronto al cauce+


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Car1a de ma-erial del leco 45ed ma-erial load6?uente in!ediata de !ateriales es el roio lecho de

la corriente+ Se !ue"en deendiendo de lascondiciones locales del 8u2o en el cauce+ Part#culas deta!a4o !a&or & er!anecen *uena arte del tie!oen reoso & or tanto su a"ance es !u& lento+ Es elaorte a largo la1o or arte de la cuenca+

,arga Total < ,arga de la"ado = ,arga de !aterialdel lecho


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+.,#. TRAN"'ORT D *ATRIA& DARRA"TR D )ONDO

,ada secci)n de un r#o tiene una deter!inadacaacidad de arrastre de !aterial s)lido$ que es'unci)n de la "elocidad del agua$ de su ro'undidad &de la geo!etr#a de la secci)n+

Es caracter#stica de 8u2os torrenciales & el ta!a4o de!aterial transortado uede llegar a grandesdi!ensiones de rocas+

Se resenta or lo general en el lecho del rio+ ,adasecci)n de un rio tiene una deter!inada caacidad de

arrastre de !aterial s)lido+


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Para el c%lculo del transorte de s)lidos e(isten @: !agnitudes que 8u&en en eltransorte+

@+ ,audal 56 en !BCs+ Masa de s)lidos transortada en un deter!inado ancho & re'erida a un deter!in

tie!o 5!'6 en gC!+B+ ,ontenido en !asa de !aterial s)lido or unidad de "olu!en de agua 5, s6 engC!B+;+ Ancho del canal 5*6 en !+F+ Tirante 5h6 en !+:+ Radio hidr%ulico 5rh&6 en !+

G+ Helocidad 5"6 en !Cs++ Pendiente de la l#nea de energ#a en la direcci)n del 8u2o 5IE6+

J+ ,oe'iciente de resistencia$ 'ricci)n 5K6 en st+!@CBCs+@9+ Hiscosidad cine!%tica 5"6 en !Cs+@@+ Densidad del 'lu2o 56 en tC!B+@+ Densidad del !aterial 5nor!al!ente +:F tC!B6 5'6 en tC!B+

@B+ Di%!etro caracter#stico dF9o d!en !!+

@;+ > < d:9Cd@9@F+ ?actor de 'or!a$ nor!al!ente es 9+G+ ??< cCH*+a

@:+ eo!etr#a en lanta de los !eandros 5eque4os o grandes6+


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)ac-or de 3orma

?actor de ,ore&+ El !%s utili1ado+


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+.,+. TOR(A D C;&CU&O D &A *A"A D*ATRIA& D ARRA"TR D )ONDO

El c%lculo de la !asa de !aterial de arrastre de 'ondo$ qnor!al!ente 'or!a arte de un estudio sedi!entol)gico$ dee!e1ar con el reconoci!iento de ca!o & luego el estudio+

Se de*e tener en cuenta$ que los estudios sedi!entol)gicoshacen ara el 'uturo$ co!o arte de un ro&ecto que se "desarrollar en el tie!o$ or lo tanto$ de*e!os e"aluar

'actores que inter"ienen en el co!orta!iento de la cuen5de'orestaci)n6 & su e"oluci)n durante los a4os de la "ida ro&ecto+

La selecci)n de una ')r!ula ara el c%lculo del !aterial arrastre de 'ondo$ es una tarea ardua+ uegan ae

i!ortantes co!o la e(eriencia$ la intuici)n & conoci!ientos te)ricos del ingeniero resonsa*le del estudio


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El c%lculo del !aterial de arrastre de 'ondo uedcalcularse de dos !aneras$ de !anera directa & d!anera indirecta

De manera direc-a:

>tili1ando ciertos disositi"os que 'uncionan co!tra!as.+ El c%lculo del arrastre de 'ondo se uede'ectuar a artir de !uestras recogidas de !anerdirecta+


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Tram0a de arras-re de 3ondo:

La 'or!a !%s sencilla de calcular elarrastre de 'ondo consiste en ca"arun agu2ero en el lecho de la corriente& en retirar & esar el !aterial quecae en l+ La cuenca aguas arri*a deun "ertedero o canal de a'oro uedeactuar an%loga!ente co!o una

tra!a de sedi!entos$ ero esosi*le que no se sea si se harecogido todo el arrastre de 'ondo+ Enlos lugares con grandes cargas dearrastre$ este rocedi!iento uedenecesitar !ucho tie!o & resultar

engorroso+


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*ues-reador:El c%lculo del arrastre de

'ondo se uede e'ectuar aartir de !uestras recogidasor un disositi"o que est%situado or de*a2o del lechode la corriente durante untie!o deter!inado & que

luego son e(tra#das araesarlas+ Se han utili1adonu!erosos disositi"os & su"ariedad de!uestra ladi0cultad que e(iste arato!ar una !uestra e(acta &

reresentati"a+

La 'or!a !%s sencilla es una cesta de ala!*con una aleta esta*ili1adora co!o se ilustra en0gura+ El !aterial que to!a este !odelo reducido orque inter0ere con la corriente cierta cantidad de !ateria cada "e1 !a&or!edida que la cesta se llena$ se des"#a en toral !uestreador+ Esto se uede descri*ir dicienque la contraresi)n reduce la corriente en !uestreador$ lo cual trans!ite una i!agen clasin entrar a anali1ar la !ec%nica de la corrien8uida+


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*ues-reador de arras-rede 3ondo con di3erencial

de 0resi/n en la en-radaAlgunos !uestreadorestienen una secci)n dedisersi)n detr%s delori0cio$ lo que er!ite la

entrada en el !is!o a la!is!a "elocidad de lacorriente circundante+Estos !uestreadores sedeno!inan de di'erencia de

resi)n+


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Tra


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D *ANRA INDIRCTA

Se reali1a utili1ando ')r!ulas e!#ricaso*tenidas en el la*oratorio$ ero que sonde !ucha utilidad+ E(isten dos teor#as osoluciones ara la esti!aci)n o c%lculo de

!aterial de arrastre de 'ondo7 La soluci)nde Me&er Peter 5@J;6 & la soluci)n deQane 5@JJ96+


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+.,=. "O&UCIN D *>R ?'TR

La ecuaci)n de !a&or di'usi)n & uso es la')r!ula de Me&er Meter & Muller$desarrollada en el La*oratorio deidr%ulica de Qurch en el a4o de @J;$

ellos encontraron que no todo el es'uer1oes usado ara "encer la resistencia a lasondulaciones del lecho & el transorte essolo 'unci)n el es'uer1o de corte de*ido alos granos+


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La ri!era serie de ensa&os se e'ectu) con art#culas dedi%!etro uni'or!e & eso esec#0co natural 5+: TNC!B6

La segunda serie de ensa&os se reali1) con !aterialess)lidos de granulo!etr#a uni'or!e$ ero con di'erentesesos esec#0cos$ se us) *arita 5;+ TNC!B6 & car*)n5@+F TNC!B6+

La tercera serie de ensa&os corresondi) a !aterialess)lidos de granulo!etr#a no uni'or!e & eso esec#0conatural+ 5+: TNC!B6+

La cuarta & /lti!a serie de ensa&os considerogranulo!etr#a no uni'or!e & di'erentes esos esec#0cosse o*tiene 0nal!ente la ecuaci)n adi!ensional de MEER PETER M>LLER+


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?ue deri"ada ara datos que cu*ren lossiguientes rangos7 Pendiente 7 S < 9+999;a 9+9

Di%!etro de la art#cula 7 D < 9+999; a9+9B !

Pro'undidad < radio hidr%ulico 7 R < 9+9@ a@+9 !

Peso esec#'ico del sedi!ento 7 < @F9 a;99 gC!B


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Esta soluci)n es utili1ada ara r#os con!aterial grueso 5dU @!!6+ Los rinciios

que sustentan esta soluci)n son lossiguientes7

-La l#nea de endiente o gradiente deenerg#a$ es de gran i!ortancia+

-El otencial de energ#a$ al con"ertirse enenerg#a cintica$ se utili1a arcial!enteara el !o"i!iento del agua &arcial!ente ara !o"i!iento desedi!entos+


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>na e(resi)n de energ#a contenida en el 8u2o de agua es la tensi)nde corte+E(isten un u!*ral o l#!ite cr#tico$ ara el cual$ se inicia el

!o"i!iento+ El es'uer1o cortante en e(ceso$ !ue"e la cantidad de s)lidos 5!'6$ e

decir7

m3 @ 34o cr6O ta!*in e(resado en !agnitudes sin di!ensi)n co!o7

@ 34)r? )rcr6

Donde7?rW < Es el n/!ero de ?roude del grano del !aterial de 'ondo$ usado

or Shields+


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+.,E. D"ARRO&&OD 'ROB&*A"A'&ICADO"


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+.,F. &A "O&UCIN D ZANG

En lugar de un u!*ral o l#!ite cr#tico$ Qane$introdu2o el riesgo R co!o 'actor en su ')r!ulade transorte+ Su idea era que el transorte noco!ien1a a*ruta!ente sino de !anera sua"e+

El "alor cr#tico de ?rWcr de Shields !arca unestado de riesgo R < 9+@9 es decir @9X+ La teor#a de Qane$ se sustenta en la siguiente

')r!ula7


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+.,. D"ARRO&&O

D 'ROB&*A"A'&ICADO" A&

TRAN"'ORT D"DI*NTO"


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+.,. CAUDA& "&IDO

Se deno!ina transorte s)lido al !aterial$ no l#quido

transortado con un 8u2o de agua co!o un r#o$ arro&o torrente+

El caudal s)lido de un rio est% constituido or el !ateriaarrastrado or la corriente de agua+

El origen del !aterial s)lido transortado or un 8u2o de agu

uede ser natural$ cuando ro"iene de la erosi)n de la suer0cidel terreno$ de la erosi)n del cauce rincial & sus tri*utarios de desli1a!ientos naturales del terreno+ El origen de lo!ateriales es arti0cial$ o andr)geno$ cuando ro"iene de destrucci)n de la "egetaci)n$ de sitios de construcci)n 5"#as dco!unicaci)n$ ciudades6$ de e(lotaci)n de !inas$ o d

desechos ur*anos e industriales+


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El arrastre del !aterial s)lido se da en tres!odalidades$ las !is!as que est%n en'unci)n de7

-La di!ensi)n de las art#culas+ -La densidad de las art#culas+ -La "elocidad del 8u2o+

*odalidades de Trans0or-e de


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0"edimen-os

Trans0or-e s/lido en sus0ensi/

Se trata del transorte de !aterial granular articular!ente 0no$ co!or e2e!lo li!os$ arcillas o arenas 0nas+ La caacidad de un 8u2o dtransortar !ateriales en susensi)n deende$ ade!%s del ta!a4o dlas art#culas$ de la "elocidad de la corriente de agua+ Todo el !aterial esusensi)n es lo que con'or!a la tur*ide1 del agua+ Este !aterial s

deosita en la !edida en que dis!inu&e la energ#a cintica del agua+El transorte total en susensi)n se de0ne co!o el "olu!en de s)lidoor unidad de tie!o que cru1a una secci)n trans"ersal del cauce & cu&eso es soortado or las 'uer1as que el 8uido e2erce so*re l+ Li!ortancia de este !odo de transorte radica en quecuantitati"a!ente$ el "olu!en total transortado en susensi)general!ente es !ucho !a&or que el transorte de 'ondo+


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Trans0or-e de s/lidos 0or arras-re de 3ondo

Este tio de !o"i!iento se da en gui2arros & cantos rodados d

di!ensiones considera*les+ Durante los er#odos en que el !aterier!anece in!)"il$ er#odos de aguas *a2as & !edias$ el continu*o!*ardeo de estas ie1as$ !o!ent%nea!ente in!)"iles$ desgasta suaristas & le da la 'or!a caracter#stica de los cantos rodados+

Es caracter#stico de 8u2os torrenciales & el ta!a4o del !ateritransortado uede llegar a grandes di!ensiones de rocas 5!%s de @+9de di%!etro6+

,o!o conclusi)n$ con resecto al caudal s)lido ode!os decir que$ cadsecci)n de un r#o tiene una deter!inada caacidad de arrastre d!aterial s)lido$ que es 'unci)n de la "elocidad$ de su ro'undidad & de geo!etr#a de la secci)n+


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+.,. &(*IT NTR & CAUDA& "&IDO N"U"'N"IN > & D ARRA"TR D )ONDO

resser 5@J:;6$ di*u2) los rangos de distri*uci)n degranos ara el !aterial de 'ondo & el !aterial ensusensi)n entre ellos$ de la siguiente !anera7


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resser encontr) co!o condici)n l#!ite unn/!ero de ?roude+

Donde7

dcr< Di%!etro l#!ite entresusensi)n & arrastre e(resada en!etros+


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Ade!%s es necesario destacar que$2unta!ente con el !aterial transortado

co!o arrastre de 'ondo$ se encuentrata!*in !aterial 0no$ transortado ensusensi)n$ ero que no tiene in8uenciaalguna en la caacidad de transorte de

8u2o$ a este !aterial se lla!a7 Materialde la"ado.


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La arte del !aterial en susensi)n quro"iene de la erosi)n de los suelos es lla!ado

or algunos autores$ transorte o carga dla"ado$ & est% 'or!ado or el !ateriatransortado en susensi)n de ta!a4o !%s 0nque la !a&or arte del !aterial del 'ondo decauce+ Esta carga se !antiene en susensi)

sin inter"enir en los rocesos de gradaci)n degradaci)n del r#o+ S)lo en 1onas d"elocidades !u& *a2as este !aterial ueddecantarse$ co!o or e2e!lo$ en los e!*alses


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El origen del !aterial de la"ado se encuentrarincial!ente en la erosi)n del suelo de la cuenca or laescorrent#a de la llu"ia &$ en ocasiones$ uede ro"enir dela erosi)n de las !%rgenes u orillas del r#o+

eneral!ente la corriente de un r#o uede conducir"ol/!enes !u& grandes de carga de la"ado$ &a que est%co!uesto or art#culas *astante 0nas$ donde su"elocidad de asenta!iento es in'erior a las 'uer1asascendentes tur*ulentas$ las cuales er!iten encondiciones nor!ales de un cauce "ia2ar en susensi)n$incluso en las condiciones !#ni!as de "elocidad de un r#o+Por esto$ el "olu!en transortado deende'unda!ental!ente de la tasa de a*asteci!iento o erosi)nde la cuenca & de las condiciones geol)gicas e hidrocli!atol)gicas de la 1ona & no del caudal l#quido+


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En caso de que no se cono1ca lagranulo!etr#a de 'ondo algunos

in"estigadores consideran co!o carga dela"ado aquellas art#culas transortadas ensusensi)n & !enores a 9+9:F !!+

Otros autores consideran un di%!etro !%(i!ode 9+9F9 !! co!o !aterial de la"ado+

Dado que el transorte de la"ado no deendede las caracter#sticas hidr%ulicas de lacorriente$ su deter!inaci)n de*e hacerse or!edici)n directa en los r#os+


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Seg/n Einstein$ su l#!ite corresonde aro(i!ada!ente con el d@9 del rango ddistri*uci)n de granos del lecho+

a& dos casos & son los siguientes7

,uando7Material grueso 5Si d@9Udgr6Si dF9U@+99!!El !aterial del lecho es transortado co!o arrastre de 'ondo$ los granos en susensi)n ntienen in8uencia en la caacidad de transorte$ nor!al!ente son lechos de gra"a+

Material 0no 5Si dF9Y@+99!!6d@9Ydgr El !aterial que es transortado en susensi)n or el 8u2o$ est% so!etido a la acci)n d

'en)!eno tur*ulento el cual origina 'uer1as hidrodin%!icas que de*en contrarrestar la'uer1as de gra"edad que act/an so*re ellos+

La intensidad de la tur*ulencia deter!ina el di%!etro de las art#culas que uede

!antenerse en susensi)n+

+ $, TRAN"'ORT D "DI*NTO" N


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+.$,. TRAN"'ORT D "DI*NTO" N"U"'N"IN

La caacidad de un r#o ara transortarsedi!entos en susensi)n deende de las'uer1as de sustentaci)n que se generan co!oco!onentes "erticales de la "elocidad del

8u2o+ ,uando se resenta una creciente$ la caacidad

de transorte de un rio au!enta & a !edida queel caudal dis!inu&e ta!*in la caacidad detransorte+

+ $$ TOR(A D C;&CU&O D&


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+.$$. TOR(A D C;&CU&O D&*ATRIA& "&IDO N "U"'N"IN

E(iste !%s de una teor#a ara el c%lculo del!aterial s)lido en susensi)n que transortaun r#o+

Se utili1ar% la ')r!ula de Engelund ansenara el c%lculo del !aterial s)lido ensusensi)n+

+.$#. &A "O&UCIN D N%&UND >


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HAN"N


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+.$+. D"ARRO&&O D 'ROB&*A" A'&ICADO"A& TRAN"'ORT D "DI*NTO" N


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A& TRAN"'ORT D "DI*NTO" N"U"'N"IN


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I!. CONC&U"ION" >RCO*NDACION"


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RCO*NDACION"

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Medidas Del Transporte de Sedimentos en Ríos