informe salida de campo. HIDRULICA FLUVIAL

INTEGRANTES:

BERMDEZ VILLALBA, Julin David Ingeniera Civil(jdbernudezv@unal.edu.co)

CANO CASTAO, Hugo Alejandro Ingeniera Civil(hacanoc@unal.edu.co)

CATAO PELEZ, Luis Miguel Ingeniera Civil(lmcatanop@unal.edu.co)

JARAMILLO GMEZ, Luisa Fernanda Ingeniera Civil(lufjaramillogo@unal.edu.co)

LPEZ HERNNDEZ, Juan David Ingeniera Civil(judlopezhe@unal.edu.co)

MIRA MEJA, Carlos Mario Ingeniera Civil(cmmiame@unal.edu.co)

MOLINA ZAMBRANO, Mayerly Ingeniera Civil(mmolinaza@unal.edu.co)

TOBN MAYA, Matilde Ingeniera Civil(mtobonm@unal.edu.co)

PROFESORA:LILIAN POSADA GARCIA

HIDRAULICA FLUVIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE MEDELLNNOVIEMBRE 19 DE 2014Introduccin

Realizar un aforo en un espacio natural, implica entrar en un contacto estrecho con las condiciones fsicas que la naturaleza ha construido durante miles de aos. Ante tal dimensin el principio que debe conducir las acciones humanas es el de un respeto profundo y entender las seales de las caractersticas de los procesos del entorno.El aforo realizado en la salida de campo tiene una especial significacin en cuanto que el sector del municipio de Carolina del Prncipe y toda la cuencas hidrogrficas que incluye, han sido motor de desarrollo para Antioquia y Colombia durante casi 100 aos debido a su potencial y diversidad energtica.Consideramos que ha sido una experiencia de aprendizaje valiosa en cuanto al conocimiento de todos los procesos que con la intervencin del hombre se ha hecho con la naturaleza para lograr grandes beneficios para ste.

Bitcora de la salida

08 de noviembre de 2014

PRIMERA ESTACINRo Medelln BarbosaMarmitas de Gigante, obras de proteccin en las laderasHora: 11:50En este tramo, el Ro Medelln se comporta como un ro no aluvial, ya que su lecho est conformado por roca, el cual est controlado aguas abajo por el Proyecto Carlos Lleras (antes Proyecto Porce IV). Debido a su lecho rocoso, tiene una rugosidad baja, lo cual acelera el flujo, en este tramo se observa un comportamiento totalmente turbulento y rpidos en roca. En esta zona se observa desgaste en la roca conocida como marmitas de gigante, stas son formaciones de origen fluvial, que tiene forma de cavidad en los cauces de los ros por la accin de las corrientes, son ms o menos circulares, y a veces llenas de agua. La roca conformadora del lecho del ro es cuarzodiorita del batolito.

Ilustracin 1. Marmitas de gigante.Se observa formacin de grandes cantidades de espuma debido a la contaminacin.

Ilustracin 2. Espuma en el Ro Medelln y Turbulencia.

En un tramo aguas abajo, se observaron obras de proteccin. Su finalidad es mitigar la erosin provocada por la margen externa de la curva (thalweg) del ro.Entre las obras de proteccin se encontraron: Hexpodo: elementos de concreto reforzado con cinco salientes, las cuales al colocarse unas encima de las otras se entrelazan formando un conjunto flexible pero al mismo tiempo integrado en una sola estructura difcil de remover. La geometra del Hexpodo aumenta su habilidad para resistir movimiento, aumentando sus capacidades de proteccin. La capacidad de entrelace entre los elementos hace que el Hexpodo tenga una mayor estabilidad cuando se compara con el enrocado. El peso de cada Hexpodo es de aproximadamente 1 tonelada. Bolsacretos (bolsas de geotextil rellenas de concreto): al colocar unas sobre otras se acomodan formando un conjunto muy resistente, las bolsas comnmente son de 1 o 2 m3 y hay de varios pesos hasta 27 toneladas, en este caso fueron colocados como espolones para evitar la migracin lateral del ro hacia la va.En esta zona el flujo es altamente complejo. Hay diversas direcciones del flujo. La corriente puede clasificarse como corriente B, segn la clasificacin de Rosgen. La pendiente disminuye y el canal se ampla ms en esta zona.

Ilustracin 3. Pentpodos y bolsacretos

SEGUNDA ESTACINLlegada a Central TronerasHora: 14:51Esta central est ubicada en el municipio de Carolina del Prncipe. Utiliza el agua de corrientes que viajan desde los municipios de Angostura y Yarumal, tales como ro Concepcin, ro Nech, Pajarito y Dolores. Aparte de estas fuentes, el embalse de Troneras tambin es alimentado por el Ro Guadalupe y el embalse Miraflores.La central cuenta con dos mquinas generadoras de potencia mxima 22MW cada una aproximadamente para una capacidad de 40MW, la central comenz a operar alrededor de 1964 y aporta una energa media anual de 242 GW-h. La turbinas utilizadas en esta central son turbinas tipo Francis de eje vertical.

Ilustracin 4. Vista exterior de la central Troneras.Caractersticas de las mquinas y la plantaLas maquinas miden alrededor de 3 o 4 pisos de altura segn el operador. Las maquinas tiene un tiempo de parado aproximado de 15 minutos. La central cuenta con una planta que convierte el Diesel en energa la cual da una autonoma de 3 a 4 horas en caso de emergencia.La central no cuenta con almenara, cuenta como mecanismo para evitar la sobrepresin una vlvula.La planta se puede manejar desde troneras, Guadalupe IV o Medelln.De las dos mquinas generadoras una de estas se mantiene generando constantemente puesto que la generacin alternada de ambas estaba generando un desgaste adicional.Cada 8 das la mquina que no est generando se prueba para verificar su correcto funcionamiento.La central cuenta con unas turbinas sumergidas, es decir debajo de la descarga de fondo del embalse.El tipo de vertedero es de cada libre.La presa es de tierra, con ncleo impermeable de arcilla.

Ilustracin 5. Vista interior. Turbinas generadoras.

Ilustracin 6. Vista interna. Tuberas y accesorios.

TERCERA ESTACIN, EL SALTOHora: 17:00Bocatoma de 30 metros de altura con dos compuertas radiales en funcionamiento para la descarga del caudal, esta bocatoma cumple la funcin de fuente que alimenta la central generadora de Troneras dependiendo las necesidades de las bolsa o el mercado de energa elctrica.

Ilustracin 7. Compuertas de salida en El Salto.

Ilustracin 8. Compuerta de regulacin.Esta bocatoma cuenta con un sistema de extraccin de basuras y otros residuos que llegan a la bocatoma y estos son dispuestos a aguas abajo, esta limpieza se realiza para que no obstruya los ductos de alimentacin de la central de Troneras

Ilustracin 9. Bocatoma con sistema extractor de basuras.En este sitio se encuentra el telefrico el cual proporciona trasporte a la comunidad a un bajo precio, tambin se observ la existencia de un riel con un malacate (no funciona) para el trasporte de carga

TOPOGRAFA.Equipos utilizados:1 mira 1 jaln 1 cinta mtrica 1 nivel de mano

La prctica consisti en realizar un levantamiento topogrfico de la seccin trasversal del punto de estudio, as como la determinacin de la pendiente longitudinal del tramo.Seccin transversal del canal.Para realizar dicho levantamiento se procedi a levantar por separado 3 secciones, las cuales fueron: talud izquierdo, talud derecho y lecho del canal.Inicialmente se supuso una cota asignada para el punto inicial la cual fue 1000 coordenada X y 1000 coordenada Y, luego se procedi a calcular la elevacin y la distancia relativa de los dems punto con base al punto inicial y por ultimo para determinar la coordenada del punto i+1 se proceda a sumarles sus respectivas coordenadas al punto inicial.

Ilustracin 10 Diagrama de obtencin de variables topogrficasEl procedimiento para el levantamiento topogrfico de todas las secciones es similar, por lo cual no se entrar en ms detalle, y los resultados obtenidos fueron tabulados en las tablas a continuacin. Tabla 1 Levantamiento taludes y lecho

Ilustracin 11: Seccin transversalPendiente longitudinal Para determinar la pendiente longitudinal del canal, se hizo el levantamiento topogrfico de 3 puntos en el lecho del canal con los cuales se determina una pendiente promedio para el tramo de estudio.Tabla 2 Obtencin de la pendiente longitudinal

Ilustracin 12. Pendiente longitudinal del cauceNivel de banca llena: Para la determinacin del nivel de banca llena se procedio a analizar los indicadores de banca llena, de los cuales solo se pudieron estimar 4 ya que los otros 2 estimadores corresponden a datos tabulados, con los cuales no se contaba en el momento.Los indicadores analizados fueron: Vejetacin: se trato inicialmente de buscar vejetacin que tuviera tallo hueco, al no encontrarla facilmente se obto por buscar la plata conocida comunmente como dormilona, la cual se encontro con relativa facilidad.

Quiebre del talud: Debido a las condiciones particulares del terreno este parametro no fue posible de estimar debido a su dificultad.

Liquenes: Se buscaron marcas de moho y oxido en las rocas de gran diametros cituadas en el lecho.

Taludes huecos: No se pudieron hallar

Ilustracin 13 Manchas en rocas y vegetacin de banca llena Con base en lo anterior se llego a determinar que el nivel de banca llena se encuentra aproximadamente a 103 cm del lecho del canal.

Aforo lquidoEl mtodo mediante el cual se realiz el aforo lquido en el ro Guadalupe fue el de rea-velocidad utilizando correntmetros de molinete.El procedimiento seguido para la realizacin del aforo fue el siguiente:1. Se eligi una seccin transversal para la realizacin del aforo.2. Se midi el ancho superficial (T) del canal y se dividi en 11 secciones iguales.3. Se determin la distancia X desde el punto donde se encuentra el lindero hasta el punto de inicio del canal.4. Para cada franja se medi la altura desde la superficie de agua hasta el lecho (hi).5. Obteniendo las alturas se calcul cada yi en los cuales se realizar la medida de la velocidad del flujo con el correntmetro medido desde el fondo del canal.

Donde %h=0.2, 0.4, 0.86. Por medio del correntmetro se midi la velocidad en cada altura calculada para cada franja (Vi).7. El promedio de las velocidades obtenidas para cada altura yi (Vi medio), se calcul de la siguiente forma:

8. Las reas de cada franja, se calcularon con la siguiente ecuacin: 9. Para el clculo del caudal correspondiente a cada franja se utiliz la siguiente expresin: 10. Se suman los caudales de cada franja y se halla de toda la seccin.11. Se Suman todas las reas parciales de cada franja y se halla el rea total de la seccin. 12. El clculo de la velocidad media del flujo de toda la seccin se calcul como el resultante del siguiente cociente .Los resultados y mediciones del aforo lquido realizado se muestran a continuacin.Tabla 3 Resultados Aforo liquidoVertical No.Abscisa [m]bi [m]Hi [m]Ai [m2]Velocidad desde Superficie [m/s]Viprom [m/s]Qi [m3/s]

V0.8V0.4V0.2

10,01,550,760,850,000,00

23,13,100,722,240,7110,7670,6710,731,63

36,23,100,6882,260,9970,9840,7520,932,10

49,33,100,8242,491,061,010,7410,962,38

512,43,100,882,731,030,8440,7820,882,39

615,53,100,9362,781,030,9560,7270,922,55

718,63,100,842,650,7520,7140,5950,691,84

821,73,100,8082,480,7310,4850,4530,541,33

924,83,100,7442,360,5950,4560,5790,521,23

1027,93,100,7522,100,5330,5070,4950,511,07

1131,01,550,4641,300,000,00

Convenciones:

bi:Ancho de la franja i.QT:Caudal total.

Hi:Altura promedio de la franja i.AT:rea total.

Ai:rea promedio de la franja i.B:Ancho de la seccin.

Viprom:Velocidad promedio de la franja i.Hprom:Altura promedio de la seccin.

Qi:Caudal promedio de la franja i.Vaforo:Velocidad de aforo.

Velocidad media de la seccin transversalLa velocidad media de la seccin transversal se calcula partiendo del principio de continuidad como:

Calculo de los Coeficientes y El coeficiente de correccin de Coriolis, , se calcula de la siguiente forma:

El coeficiente de correccin de Boussinesq, , se calcula como:

Los datos anteriores se resumen en la siguiente tabla:Tabla 4. Resumen de la campaaRESUMEN CAMPAA

QT [m3/s]:16,53

AT [m2]:24,24

B [m]:30,98

Hprom [m]:0,77

Vaforo [m/s]:0,682

PM [m]:31,46

RH [m]:0,77

1,29

1,16

La seccin de aforo se muestra a continuacin:

Ilustracin 14 seccin de aforoTabla 5. Dibujo seccin transversalDATOS - DIBUJO DE SECCIN

Abscisa [m]Cota [m]PM [m]

-1,0001,000

0,000-0,7603,098

3,098-0,7203,098

6,196-0,6883,101

9,294-0,8243,099

12,392-0,8803,099

15,490-0,9363,099

18,588-0,8403,098

21,686-0,8083,099

24,784-0,7443,098

27,882-0,7523,111

30,980-0,4640,464

30,9800,000

30,9801,000

Donde el Permetro mojado es igual a

Clculo del perfil de velocidadesPartiendo de la ley de velocidades de Von Karman Prandtl, asumiendo lecho de arena y una superficie completamente rugosa Koulegan (1938) propuso:

Dnde: : es la velocidad de friccin: es la constante universal de Von Karman, se asume k = 0,4: es la rugosidad del fondo del canal: es la altura de medicinEntonces, para i=0,8

Para i=0,2

Luego de despejar la velocidad de friccin, se tiene:De (2):

(3)

(3) en (1):

Teniendo en cuenta que

Se llega a:

(4)

Calculando para cada una de las secciones, se tiene que:

Tabla 6 Resultados de velocidad de friccinVertical No.Abscisa [m]Hi [m]Velocidad desde Superficie [m/s]KsU*

V0.8V0.4V0.2

00,00,76

13,10,720,7110,7670,6710,0000000,01

26,20,6880,9970,9840,7520,0585850,09

39,30,8241,061,010,7410,1974980,13

412,40,881,030,8440,7820,0667120,09

515,50,9361,030,9560,7270,2017810,12

618,60,840,7520,7140,5950,0263470,06

721,70,8080,7310,4850,4530,5064170,13

824,80,7440,5950,4560,5790,0000000,00

927,90,7520,5330,5070,4950,0000000,01

1031,00,464

Se obtienen los valores promedio para ks de 0,117 y 0,073 para U*.En campo se han medido las velocidades para la vertical ms profunda:Tabla 7. Velocidades verticales representativash [m]Vi [m/s]

0hmx00

0,1hmx0,09360,553

0,2hmx0,18720,695

0,3hmx0,28080,729

0,4hmx0,37440,777

0,5hmx0,4680,794

0,6hmx0,56160,844

0,7hmx0,65520,96

0,8hmx0,74880,98

0,9hmx0,84241,04

H mxima0,936

Asumiendo una constante de Von karman de 0,4, se obtiene el perfil de velocidades terico para la vertical ms profunda: (5)Para esta vertical, se tiene ks=0,201781 m y U*=0,12 m/s. Se obtiene:Tabla 8. Velocidades tericasy [m]V [m/s]

0,09360,81535763

0,18721,03

0,28081,15555774

0,37441,24464237

0,4681,31374177

0,56161,3702001

0,65521,41793494

0,74881,45928473

0,84241,49575784

0,9361,52838414

Ilustracin 15. Perfiles de velocidadSe han medido tambin las velocidad superficial, Segn lo relaciona la siguiente tabla:Tabla 9. Velocidad superficialL (longitud)Vsi (m/s)

30

t124,711,214

t251,890,578

t338,180,786

t449,020,612

t541,340,726

t632,950,910

t735,40,847

t830,930,970

t937,310,804

t1040,520,740

Vs0,819

Finalmente, se obtuvo, tambin a partir de los datos del aforo slido:

Tabla 10. ParmetrosD50 [mm]2,38

So0,02186654

Gs2,65

Qd [m/s]16,53

K0,4

s [N/m^3]* g(m/s^2)*Gs25988,70105

T44,255

(m2/s)1,14E-06

(Pa)165,10

c (Pa)163,85

R flujo501314,23

R sedimento153,00

Parmetros de Julien

Sf0,035977

w10,55

Hm1,09

Vm2,06

A continuacion se muestran las distribuciones de las isotacas de velocidades con el fin de ofrecesr una vision mas panoramica de dichas distribuciones en la seccion tranversal, se puede observar entre tanto que las distribuciones del rio Guadalupe tienden a tener simetria respecto al fondo del canal.

Ilustracin 16. Distribucin de velocidades en la seccin trasversal.Aforo solidoLos procesos de suspensin, transporte y deposicin dependen tanto de las caractersticas del flujo y de las propiedades del sedimento. Los aforos lquidos son la estimacin de la carga de slidos transportados en una corriente, este se divide en dos partes la carga de fondo la cual viaja sobre la superficie del lecho y carga de suspensin la cual viaja disuelta en el agua, ambas se pueden estimar con datos tomados en campo. A continuacin se describe el proceso realizado en campo para caracterizar las propiedades del sedimento con el aforo slido en la misma seccin que para el aforo lquido sobre el ro Guadalupe.Se analiza el tamao (distribucin granulomtrica, dimetro promedio , dimetro del tamiz y dimetro de sedimentacin), forma (factor de forma, esfericidad y redondez), densidad y gravedad especfica. Tambin se llev a cabo el conteo de Wolman.Mtodo del conteo de Wolman.Para realizar el conteo de Wolman, ms conocido como el conteo de piedras, medimos el ancho del canal y realizamos una cuadrcula de 3,1m x 2 m con el fin de medir las muestras que se encuentran justo debajo de las intersecciones de la retcula, diez metros aguas arriba y diez metros aguas debajo de la seccin B inicial. As los 110 vrtices medidos se clasifican en 10 intervalos de clase segn el dimetro registrado en mm, como se muestra a continuacin:Tabla 11. Conteo de PiedrasDi [mm]Numero de PiedrasFrecuencia RelativaFrecuencia AcumuladaDimetro medio [mm]

> 1.0, pero esto no verifica la veracidad o no de los coeficientes En las secciones donde se midi la velocidad se cumple que la velocidad de la superficie es mayor que la velocidad en el fondo, como es de esperarse para canales naturales con lecho mvil. Con base en los valores obtenidos del anlisis granulomtrico de las diferentes muestras, es posible deducir que las bancas de la quebrada son fcilmente erosionables, dada la alta presencia de material fino, que se aprecia en la granulometra de los finos tomados en el conteo de piedras. Este resultado corrobora la apariencia lechosa de las aguas del Rio Guadalupe. Ntese que los dimetros D35 y D65 deberan equidistar del dimetro D50 para tener otro indicativo de una correcta gradacin, pero como se puede observar en la Ilustracin 16 Dichos dimetros no equidistan del D50 por ende se determina que el fondo del canal no est bien gradado Fue claramente definido el tamao medio de rocas presentes en el rio, dada la marcada tendencia en el conteo a un valor entre 64mm y 128mm. Las muestras estaban bastante redondeadas, evidenciando procesos abrasivos y alto transporte de las mismas. Adems se puede decir que el rio desde el punto de vista de la clasificacin gentica en el tramo de estudio es un rio viejo, de pendiente suave, tiende a divagar y los sedimentos son bastante redondeados, dando una evidencia de que han sido transportados por un largo trayecto dndoles esta forma. En lo que compete a la forma fsica de las rocas del Rio Guadalupe, son bastante aplanadas, con una relacin entre sus longitudes y su espesor elevado. Por ltimo, los sedimentos finos del fondo tienen una buena distribucin granulomtrica, que evidencia una equivalencia en la cantidad presente de cada tamao de partcula presente en el fondo del Rio, es decir, est bien gradado.