EROSIÓN Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE ARRATRE Y SUSPENSION EN LA CUENCA DEL RIO MOCHE

5/27/2018 EROSI N Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE ARRATRE Y SUSPENSION EN LA CUENCA DEL RIO MOCHE - sl...

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FACULTAD DE INGENIERA ARQUITECTURA Y

URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

INFORME DE INVESTIGACINEROSIN Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE

ARRASTRE Y SUSPENSION EN EL TRAMO DE LAPANAMERICANA NORTE CON LA AV. SANTA ROSA DE LA

CUENCA HIDROGRFICA DEL RO MOCHE

Para la aprobacin de la rea curricular deHIDROLOGA

CICLO VI

AUTORES

NAVARRO TELLO, Rojer Job

ROJAS MORE, Melvin David

ZEGARRA AGIP, Ana Mara

ASESOR(ES):

Ing. ARRIOLA CARRASCO, Guillermo Gustavo

Pimentel - Per

2014



EROSIN Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE ARRASTRE Y SUSPENSION EN EL TRAMO DE LA

PANAMERICANA NORTE CON LA AV. SANTA ROSA DE LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RO MOCHE

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DEDICATORIA

Todos concordamos que existe un ser supremo y l es quien

nos da las fuerzas necesarias y la esperanza de vivir cada da, es por

ello que dedicamos este proyecto a Dios todopoderoso, por ser grato y

a la vez comprensible con cada uno de nosotros. Esperando que nos

siga guiando por el buen camino y nos fortalezas cuando lonecesitamos.

Tambin se lo dedicamos a nuestras familias, quien a la

distancia siempre nos dan apoyo incondicional y sentido de vida.

Principalmente est dedicado a la mujer que nos dio la vida y al hombre

que comparti su carcter. Todos tenemos hermanos y primos, a

quienes tambin se lo dedicamos fraternalmente, esperando que el

ambiente familiar con que contamos nunca se pierda y sea permanente.





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AGRADECIMIENTO

Agradecemos principalmente a la Universidad Seor de Sipn,

quien a travs de nuestra escuela profesional de Ingeniera Civil, nos

forman profesionalmente con las tecnologas que el mundo de hoy exige,

quien cuenta con una excelente conformacin de docentes de la diferentes

reas que constituye nuestra carrera profesional.

Un especial agradecimiento a nuestro docente del rea

curricular de Hidrologa, el Ing. Guillermo Gustavo Arriola Carrasco. Quien

comparti con nosotros todas sus experiencias profesionales en el rea del

curso, adems por su admirable paciencia y metodologa de enseanza

que ha sido muy fructfera en la elaboracin de este proyecto.

Tambin un profundo agradecimiento a la capacidad de

organizacin de nuestro grupo y el compaerismo presente en cada etapa

del proyecto. Adems del criterio individual que aport cada integrante en

temas hidrolgicos.





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INTRODUCCIN

El proyecto surge con una iniciativa investigativa del curso de

Hidrologa, el cual propuso aplicar ciertos temas de clase, correspondientes a

la segunda unidad en una cuenca hidrogrfica, de preferencia que sea

cercana. Por ese motivo, que elegimos la cuenca del ro Moche, de quien

poseemos datos hidrolgicos obtenidos en la primera unidad del curso,

adems de fotografas que demuestran el estado actual de la cuenca y el uso

del suelo, que mayormente es para cultivo de arroz, maz y caa de azcar.

El tema designado en nuestro proyecto de investigacin es erosin

y transporte de sedimentos de arrastre y suspensin en cuencas,

especficamente en la cuenca del ro Moche. La erosin obedece a las

precipitaciones pluviales, que en nuestro caso se dan principalmente en las

zonas altas a casi 3500 msnm; es ah donde la erosin es ms significativa.

En cuanto a sedimentacin o transporte de slidos, estas se dan ms en

arrastre y suspensin, socavando el suelo paulatinamente, y creando unnuevo perfil paisajstico de la zona en estudio.

Para la realizacin del proyecto, previamente hemos delimitado un

tramo en kilmetros de la longitud mayor del ro determinada en la primera

parte del curso, ya que el tiempo de entrega no favorece a un estudio total o

integral. El tramo estudiado se encuentra en la zona baja de la cuenca,

aproximadamente a 150 msnm, rodeado de vegetacin y cultivos nombrados

anteriormente.

Como objetivo o perspectiva metodolgica se tiene la proposicin

de un baco tipo curva que represente el la variacin del dimetro del

sedimento segn el tirante normal del ro. Esperamos que el contenido de

este proyecto se asemeje o ajuste a sus expectativas hidrolgicas de una

determinada cuenca.





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INDICE

DEDICATORIA iAGRADECIMIENTO.. iiINTRODUCCIN.. iiiINDICE ivRESUMEN viiiCAPITULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIN

1.1. Realidad Problemtica................................................................................... 21.2. Formulacin de la pregunta de investigacin ................................................. 3

1.3. Delimitacin de la investigacin ..................................................................... 31.4. Justificacin e importancia de la investigacin ............................................... 41.5. Limitaciones de la investigacin .................................................................... 41.6. Objetivos de la investigacin ......................................................................... 5

1.6.1.Objetivo General........................................................................... 51.6.2.Objetivos especficos .................................................................... 5

CAPITULO II: MARCO TERICO2.1. Antecedentes de la investigacin ................................................................. 72.2. Base terica ................................................................................................. 8

2.1.5. Erosin ....................................................................................... 8

2.1.5.1.Tipos de erosiones.......................................................... 82.1.5.1.1. Erosin elica................................................. 82.1.5.1.2. Erosin fluvial............................................... 102.1.5.1.3. Erosin biolgica........................................... 102.1.5.1.4. Erosin hdrica.............................................. 12

2.1.5.2.Variables influyentes en la tasa de erosin...................... 142.1.5.3.Procedimientos para determinar la erosin del suelo........ 18

2.1.5.3.1.Ecuacin Universal de Prdida de Suelo (USLE) ................................................................................... 182.1.5.3.2.Mtodo de Onstad Foster (AOF)...................... 212.1.5.3.3.Ecuacin universal de prdida de suelo Modificada.

................................................................................... 212.1.5.3.4.Modelo Musgrave........................................... 222.1.5.3.5.Modelo de SLEMSA....................................... 22

2.1.6.Sedimentacin............................................................................ 232.1.6.1.Fuentes de los sedimentos............................................. 232.1.6.2.Clasificacin de los sedimentos...................................... 242.1.6.3.Propiedades de los sedimentos...................................... 24

2.1.7.Transporte de sedimentos........................................................... 27

2.1.7.1.Arrastre de fondo o carga de fondo................................. 272.1.7.2.Transporte en suspensin.............................................. 27





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2.1.7.3.Transporte por saltacin................................................. 282.1.7.4.Transporte total............................................................. 282.1.7.5.Ecuaciones de transporte de fondo................................. 28

2.1.7.5.1.Mtodo de Schoklitsch.................................... 28

2.1.7.5.2.Mtodo de MeyerMeter y Mller................... 292.1.7.5.3.Mtodo de DU BOYS..................................... 302.1.7.5.4.Mtodo de FRIJLINK...................................... 312.1.7.5.5.Mtodo de Einstein y Brown............................ 332.1.7.5.6.Mtodo de Engelund...................................... 332.1.7.5.7.Carga total en suspensin............................... 34

2.1.7.6.Ecuaciones para estimar la carga en suspensin o transporteen suspensin........................................................................... 34

2.1.7.6.1.Mtodo de Van Rijin (1984)............................. 35

2.1.7.6.2.Mtodo de Bagnold (1966).............................. 362.1.8.rea de estudio .......................................................................... 372.1.8.1.Cuenca del ro Moche.................................................... 37

2.1.8.1.1.Ecologa y vegetacin..................................... 39CAPITULO III: MARCO METODOLGICO

3.1. Tipo y diseo de la investigacin. ................................................................ 41

3.1.1.Tipo de investigacin................................................................... 413.1.2.Diseo de la investigacin........................................................... 41

3.2. Poblacin y muestra .................................................................................... 41

3.2.1.Poblacin ................................................................................... 41

3.2.2.Muestra...................................................................................... 413.3. Hiptesis...................................................................................................... 423.4. Variables ..................................................................................................... 42

3.4.1.Definicin conceptual de las variables........................................... 423.4.1.1.Precipitacin pluvial....................................................... 423.4.1.2.Erosin......................................................................... 423.4.1.3.Sedimentacin .............................................................. 42

3.4.2.Operacionalizacin ..................................................................... 433.5. Mtodos y tcnicas de investigacin ............................................................ 43

3.5.1.Mtodos de investigacin ............................................................ 433.5.1.1.Observacin cientfica.................................................... 433.5.1.2.Analtico ....................................................................... 44

3.5.2.Tcnicas de investigacin............................................................ 443.6. Descripcin de los instrumentos utilizados .................................................. 44

3.6.1.Regla metlica con arista cortante................................................ 443.6.2.Cmara fotogrfica ..................................................................... 443.6.3.Formatos tcnicos....................................................................... 44

3.7. Procedimientos para la solucin del problema ............................................. 45

3.7.1.Diagrama de flujo de procesos..................................................... 45

3.7.2.Descripcin de procesos ............................................................. 453.7.2.1.Recoleccin de la informacin Disponible........................ 45





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3.7.2.2.Estudio de Mecnica de Suelos...................................... 453.7.2.3.Estudio Hidrolgico........................................................ 453.7.2.4.Anlisis e interpretacin de resultados............................. 453.7.2.5.Conclusiones y recomendaciones................................... 45

3.8. Anlisis estadstico e interpretacin de datos .............................................. 46CAPITULOIV: ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

4.1. Precipitaciones medias ................................................................................ 484.2. Anlisis granulomtrico por tamizado .......................................................... 484.3. Pendiente del tramo .................................................................................... 494.4. Propiedades fsicas del suelo y del ro ......................................................... 50

4.4.1.Uso del suelo.............................................................................. 504.4.2.Prctica conservacionista............................................................ 504.4.3.Radio hidrulico del ro................................................................ 504.4.4.Intensidad .................................................................................. 514.4.5.Caudal directo (Qd)..................................................................... 524.4.6.Coeficiente de escorrenta (C)...................................................... 524.4.7.ndice de erosin pluvial (EI)........................................................ 524.4.8.Propiedades del agua y del sedimento.......................................... 524.4.9.Propiedades de la partcula ......................................................... 53

4.5. Resultados del clculo de la erosin del suelo por los diferentes mtodos .. 53

4.5.1.Mtodo de Ecuacin universal de perdida de suelo........................ 534.5.1.1.ndice medio de erosividad anual.................................... 534.5.1.2.Valor de erodabilidad..................................................... 53

4.5.1.3.Factor topogrfico.......................................................... 534.5.1.4.Magnitud de la pendiente............................................... 544.5.1.5.ndice relativo o factor de uso y manejo del suelo............. 544.5.1.6.El ndice relativo a la prctica conservacionista................ 54

4.5.2.Mtodo de Onstad Foster............................................................ 544.5.2.1.Calculo de W, Q y ..................................................... 54

4.5.3.Ecuacin universal de perdida de suelo modificado....................... 554.5.4.Mdulo Musgrave ....................................................................... 55

4.5.4.1.Calculo de la erodabilidad.............................................. 55

4.5.4.2.Precipitacin mxima en 30 minutos............................... 554.5.5.Resumen de la obtencin de erosin por los diferentes mtodos..... 554.6. Resultados del clculo del transporte de sedimentos por arrastre por lossiguientes mtodos ............................................................................................ 55

4.6.1.Mtodo de Schoklitsch ................................................................ 554.6.1.1.Magnitud de la pendiente............................................... 564.6.1.2.Caudal unitario q........................................................... 564.6.1.3.Densidad relativa de las partculas sumergidas................ 564.6.1.4.Dimetro represantativo................................................. 56

4.6.2.Mtodo de MeyerMeter y Mller............................................... 56

4.6.2.1.Rugosidad debida a las partculas de sedimento en fondoplano ........................................................................................ 57





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4.6.2.2.Parmetro de Shields .................................................... 574.6.3.Mtodo de Einstein y Brown......................................................... 574.6.4.Cuadro resumen de los resultados del transporte de sedimentacinpor arrastre con los mtodos aplicados.................................................. 57

4.7. Resultados del clculo del transporte de sedimentos por suspensin por lossiguientes mtodos ............................................................................................ 58

4.7.1.Mtodo de Bagnold..................................................................... 584.7.2.Factor de eficiencia relativo a la carga en suspensin.................... 584.7.3.Factor de eficiencia relativo a la carga de fondo............................. 584.7.4.Esfuerzo cortante de fondo.......................................................... 584.7.5.Velocidad promedio en profundidad (m/s)..................................... 584.7.6.Velocidad de cada del sedimento................................................ 59

CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5.1. Conclusiones ............................................................................................... 615.2. Recomendaciones ....................................................................................... 62

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ....................................................................... 63ANEXOS ................................................................................................................ 64

Formato del anlisis granulomtrico por tamizado .............................................. 64Fotografas de la visita a la cuenca hidrogrfica del ro Moche .......................... 65





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RESUMEN

El proyecto se describe como un estudio hidrolgico de erosin y

sedimentacin en la cuenca del ro Moche. Para nosotros este estudio es

un tema de incertidumbre, ya que no existen antecedentes de estudios

registrados que se hayan hecho a esta cuenca con el mismo tema de

estudio, por lo tanto queremos llegar a conocer en qu manera influye la

erosin y sedimentacin en dicha cuenca, para esto hemos estructurado

nuestro proyecto de la mejor manera, siguiendo el protocolo de laUniversidad Seor de Sipn y modificando algunos aspecto de la misma.

Nuestro proyecto se justifica por que desarrolla un tema hidrolgico,

y adems por ser parte de la formacin profesional de un ingeniero civil.

Teniendo un alto grado de importancia tanto para nosotros como para la

sociedad. Estos estudios hidrolgicos son la base en el diseo de puentes

u otras obras hidrulicas que se ejecuten sobre cualquier ro. Como valor

agregado a nuestro estudio, queremos proponer un Abaco que relacione lavariacin del dimetro de la partcula en funcin del tirante normal del

tramo estudiado en el ro Moche.

El proyecto contempla una seleccionada base terica, citada

mediante pginas web y libros que ayudaron en la conformacin de dicho

captulo. En el tema de anlisis y determinacin se usaron algunas

frmulas experimentales y cientficas que determinarn los parmetros en

estudio. Para erosin hemos usado 4 frmulas y para transporte de slidos

o sedimentacin 8 frmulas, clasificadas segn transporte, arrastre o

suspensin.

Finalmente como conclusiones se expusieron todos los resultados

alcanzados, y la solucin definitiva al problema planteado, sabiendo

tambin que cada conclusin responde a un objetivo. Adems se contrast

la hiptesis planteada, hacindola algunas modificaciones en el enunciado.


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CAPTULO I:

PROBLEMA DE LAINVESTIGACIN





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I. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIN

1.1. Realidad Problemtica

Todas las cuencas donde se desarrollan proyectos hidrulicos de la costa

peruana se ven afectados por problemas de erosin y sedimentos, en menor omayor grado, dependiendo de las caractersticas de la topografa, de la coberturavegetal, de las precipitaciones pluviales y de la actividad antrpica. Esto produceefectos negativos que afectan la agricultura, a la generacin de la energa elctrica,y a la produccin de agua potable. La carga solida sedimentaria se divide ensedimentos en suspensin y sedimentos de arrastre. Los suspendidos consisten enpartculas de menor tamao (limo y arcilla) incluso a veces hasta arena gruesa, loscuales son transportados durante el curso del agua. La mayora de estas partculasse considera como cargas de lavado, la cual est compuesta de partculas finasque se originan en la cuenca y que normalmente no se encuentran en los lechos de

los ros. Por otro lado, los sedimentos de arrastre consisten en partculas de mayortamao que se mueven por rodadura, a lo largo de la superficie del substrato.

En el mundo donde las cuencas hidrogrficas juegan un papel importanteen la economa, agricultura, produccin de agua potable, proyectos de desarrollo dela energa hidroelctrica, se debe minimizar la gran cantidad de produccin desedimentos y erosin en las cuencas. La concentracin de material en los rosinfluye directamente en la produccin de la vida til en la maquinaria de las plantasde generacin, volumen de los embalses y simultneamente afecta la produccinde electricidad.

La erosin de los suelos en el Per se produce en forma permanente porefecto principalmente de las precipitaciones pluviales, dentro de un espaciogeogrfico que es la cuenca hidrogrfica, en dicha rea se produce todos los tiposde erosin, laminar, surcos, crcavas y zanjas, los cursos del agua arrastran losmateriales productos de la erosin, de los derrumbes, de los socavamientos yfinalmente lo transportan a las partes bajas de los valles y el mar. Este fenmenoafecta a las 53 cuencas principales de la Vertiente del Pacfico y en especial a lascuencas donde se desarrollan los grandes proyectos hidro energticos de la CostaPeruana como: Puyango - Tumbes, Chira - Piura, Chancay - Lambayeque,Jequetepeque - Zaa, Chavimochic, Chinecas, Tambo - Caracocha, Majes - Siguas,Pasto Grande y Tacna.

En la cuenca del rio Moche se puede apreciar que es una zona geogrficade poca vegetacin, que permite la erosin del suelo, esto sobre todo en la partealta, ya que la cuenca del rio Moche tiene sus inicios a una altitud de ms de 3898msnm muy cerca de la localidad de Quiruvilca, desembocando en el ocanopacfico.

La cuenca humedad que es el rea de aporte efectivo de las lluvias es de1418 (rea de la cuenca con una altitud mayor a 1500 msnm), rea querepresenta el 52 % del rea total de la cuenca. Es en esta rea donde se debetrabajar ms con proyectos que permitan minimizar la erosin del suelo, que sobre

todo en las cuencas son productos de las lluvias.





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En la costa rida adyacente al ocano pacifico se aprecia lasedimentacin en zonas contiguas a los puentes aguas abajo y aguas arriba,productos del transporte de sedimentos de arrastre y suspensin de la cuenca.Tambin se puede apreciar en las riberas del ro que se encuentran erosionadas

con escasa presencia de cobertura vegetal.1.2. Formulacin de la pregunta de investigacin

En qu manera influye la erosin y transporte de sedimentos de arrastrey suspensin en el tramo de la Panamericana Norte con la Av. Santa Rosa de lacuenca hidrogrfica del ro Moche?

1.3. Delimitacin de la investigacin

Espacio geogrfico

El rea en estudio abarcara las estaciones Moche y Laredo, de la Cuenca

del Ro Moche, con un rea total como suma de ambas estaciones de 552.80 . Espacio metodolgico

La presente investigacin est enfocada en determinar las causas queproducen la erosin y sedimentacin en la cuenca del rio Moche en el rea de lasestaciones Moche y Laredo, y dar a conocer la influencia que tienen estosproblemas en la agricultura, generacin de energa elctrica, etc. Para ello serealizaran actividades de campo en el espacio geogrfico que pertenece a lacuenca del rio Moche especficamente en el rea en estudio, con el fin de cumplirnuestros objetivos propuestos.

Por motivos de tiempo y la falta de instrumentos no se realizaranensayos que ayuden a determinar el dimetro medio de los slidos en suspensin yde arrastre, es por ello que los valores que se utilizaran para los clculos sernobtenidos de fuentes de otras investigaciones relacionadas al rea en estudio.

Figura N1: Caractersticas fsicas de la delimitacin de la investigacin

rea = 552.80





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Objetos que participaran en el estudio- Cmara fotogrfica.-

Cuaderno de apuntes.- Equipo de gabinete (laptops, calculadoras, etc.)

Periodo de duracin- Fecha de inicio: 07-02-2014- Fecha de culminacin: 28-02-2014.

1.4. Justificacin e importancia de la investigacin

La erosin y sedimentacin en la cuenca del rio Moche, es un problematrascendente, que hasta la actualidad no se ha ejecutado ningn proyecto que

ayude a minimizar estos problemas, sabiendo que afecta de manera severa a laagricultura, a la generacin de energa elctrica y a la produccin de agua potable.

El propsito de realizar esta investigacin es para dar a conocer lascausas y la influencia de la erosin y sedimentacin en la cuenca del rio Moche, y apartir de ello incentivar a las autoridades encargadas, a tomar cartas en el asunto,de manera que se elabore un proyecto que ayude a minimizar estos problemas; yaque es muy difcil solucionar por completo la erosin y sedimentacin en lascuencas.

De esta manera contribuir con la poblacin, con un mejor

aprovechamiento del recurso hdrico, con menos erosin en las riberas de los ros ya la ejecucin de nuevos proyectos.

Es importante porque ayuda como fuente de informacin para laspersonas que se encarguen de la elaboracin y ejecucin de proyectos que ayudena minimizar el problema planteado, ya que identificaremos las causas y la influenciade la erosin y sedimentacin en la cuenca del rio Moche.

Como podemos apreciar a lo largo del rio Moche que sus riberas seencuentran erosionadas con escasa presencia de vegetacin, que cada vez vareduciendo las reas de cultivos que se encuentran en las laderas del ro. Sera unapena que este problema sigua persistiendo, entonces lo que se podra ser como

medida de reducir la erosin y sedimentacin es aumentar la cobertura vegetal,logrndose esto con una reforestacin de rboles.

1.5. Limitaciones de la investigacin

La principal limitacin ha sido el tiempo de desarrollo del proyecto, el cualnos fue muy corto, ya que se tena propuesto realizar diferentes ensayos en campoy laboratorio, como los de Aterberg, peso especfico, entro otros. Otra limitacin fuelas variables incomprensibles de ciertas frmulas, tanto para erosin y transporte de

slidos. Es por ello que se tomaron en consideracin solo algunas.





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1.6. Objetivos de la investigacin

1.6.1. Objetivo General

Determinar la influencia que tiene la erosin y el transporte desedimentos de arrastre y suspensin en el tramo de la Panamericana norte conla Av. Santa Rosa de la cuenca hidrogrfica del ro Moche.

1.6.2. Objetivos especficos

Identificar las causas que producen la erosin y el transporte desedimentos de arrastre y suspensin en la cuenca del rio Moche del rea enestudio.

Proponer mediante le estudio realizado un grupo de alternativasque ayuden a reducir la erosin y el transporte de sedimentos de arrastre ysuspensin en la cuenca del rio Moche.

Identificar y analizar los tipos de erosiones y sedimentaciones quepresenta la superficie del terreno.

Determinar el nivel de severidad de las erosiones que presenta elsuelo.





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CAPTULO II:

MARCO TERICO





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II. MARCO TERICO

2.1. Antecedentes de la investigacin

2.1.1. ROS PERALES, Natalia/2013/Lima Per ESTUDIO QUMICO

DE SEDIMENTOS DE LA REPRESA DE GALLITO CIEGO COMOCONTRIBUCIN AL ESTUDIO DE CALIDAD AMBIENTAL DEL RESERVORIO; elpresente estudio tuvo como objetivo la caracterizacin de parmetros fisicoqumicosde los sedimentos en el embalse, entre ellos nitrgeno total, fosforo total y materiaorgnica; para ello se aplic una metodologa que consista en un sistemaadecuado de muestreo de sedimentos y anlisis de laboratorio. Concluyendo quetodas las muestras obtenidas pertenecen al grupo textural de arena limosa,obtenindose rangos; arena (26.0-78.9 %), limo (17.8-67.2 %) y arcilla (2.7-6.8 %).Asimismo los rangos para metales fueron: calcio (57.2-153.2 mg/kg), magnesio(0.4-7.8 mg/kg), sodio (11.3-47.4 mg/kg), hierro (12920.5-28917.0 mg/kg), plomo

(2.3-33.1 mg/kg) y cromo (1.0-8.5 mg/kg), que segn estudio cabe la posibilidad deque sean caractersticos de la cuenca en estudio, o que provengan de una fuentecontaminante.

2.1.2. ARMIJOS CARDENAS, Elisa Natalia/2010/Lima PerCUANTIFICACIN DE FLUJOS SEDIMENTARIOS DE LAS CUENCASAMAZONICAS DEL PER, la presente tesis presenta las pautas tanto enmetodologa de adquisicin de datos como en el clculo de flujos de agua ysedimentos para un periodo de 6 aos, para 8 estaciones ubicadas en losprincipales ros peruanos, teniendo como fin el estudio de la variabilidad temporalde los flujos solidos a escala anual, examinndose la modelacin de material en

suspensin, a travs de perfiles de turbiedad ligados al modelo fsico propuesto porRouse (1937). Concluyndose que la cuenca amaznica peruana transporta de sedimentos en suspensin al ao, y un caudal de . El rio Ucayali aporta la mayor cantidad de sedimentos con 61.2 %, lacuenca del rio Maran 30.4 % y la cuenca el Napo 8.4 %. En el pie de monte el roMaran conduce , el ro Huallaga , y elro Ucayali . Adems se observa una fuerte variabilidadtemporal tanto en caudales lquidos como slidos, sobre todo en los ros demontaa, que se atena conforme se acerca a la planicie.

2.1.3. MORERA JULCA, Sergio Byron/2010/Lima - Per DINMICA DELA PRODUCCIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA DEL RO SANTA, estatesis tuvo como objetivo establecer la dinmica de la produccin de sedimentos enla cuenca del ro Santa, donde para entender la dinmica de la produccin desedimentos conllevo un anlisis de la variabilidad espacio-temporal que es complejadebido al escenario Fsico-climtico y al uso del agua: poblacional, hidroelctrico,minas y agricultura en el trayecto del ro Santa. Concluyndose que para la estacinCondorcerro (479 msnm) se produce una media anual de desedimentos en suspensin y de caudal lquido, del total de la produccinde sedimentos anual

es descargado en pocas de lluvias,

en

transicin y solo en estiaje, dichos valores cambian para los caudales lquidosen 60.3 %, 26.2 % y 13.5 % respectivamente.





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2.1.4. MEDINA MAZARIEGOS, Camilo Ernesto/2009/Cdiz - GuatemalaMODELOS NUMRICOS Y TELEDETECCIN EN EL LAGO DE IZABAL-GUATEMALA, la presente tesis doctoral tuvo como objetivo Desarrollar unametodologa que combine la aplicacin de modelos numricos, teledeteccin y

datos de campo, que permita la estimacin y seguimiento de procesos fsicos dellago de Izabal (el balance hdrico y el transporte de sedimentos), donde se hacemencin sobre la utilizacin de modelos numricos que se emplean para realizarestudios de procesos fsicos en aguas continentales, hidrodinmica de lagos,descarga de agua, carga de sedimentos de ros, y demostrndose su utilizacin enel transporte de sedimentos en el interior de lagos, para el lago en estudio, de igualmanera se demuestra el uso de diversos sensores. Concluyendo que lacombinacin de tcnicas de teledeteccin con medidas in situ permiti conocer lavariabilidad espacial y temporal de los factores que inciden en los procesoshidrolgicos estudiados, como la precipitacin pluvial anual, los tipos de suelos,

relieve de la cuenca, variacin de la cobertura vegetal y uso de la tierra de lacuenca mediante la combinacin de imgenes satelitales.

2.2. Base terica

2.1.5. Erosin

Erosin es la denudacin de la superficie terrestre, por efecto delagua, los glaciales y el viento. La erosin por el agua es la ms frecuente y sedenomina erosin hdrica, y se genera al caer la lluvia sobre la tierra, levantando laspartculas rocosas u orgnicas sueltas, llevndolos a los lugares ms bajos,escarbando surcos en su recorrido y conducindolos hasta los cauces de losarroyos y ros. Este efecto es ms notorio en los terrenos agrcolas y los quecarecen de cobertura. (Carrasco, 2014)

Otra definicin indica que es el efecto de la depresin producida enla superficie de un cuerpo por el roce de otro, generando formas de las msdiversas. La erosin altera o modifica la corteza terrestre por accin de los diversosagentes intemperizantes.

2.1.5.1. Tipos de erosiones

2.1.5.1.1. Erosin elica

La erosin elica es llevada a cabo por elviento. Este tipo de erosin est condicionada por la ausencia de vegetacin y lapresencia de partculas sueltas en la superficie. El viento transporta las partculasde los suelos de tres maneras:

o Por arrastre:Las partculas ms gruesas (500 - 2000 micrones).o Por saltacin:Las partculas medianas (100 - 500 micrones).o En suspensin: Las partculas pequeas o livianas (< 100 micrones).

La erosin elica se ejerce mediante dosprocesos: La deflacin y la abrasin.





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La deflacin

Derivado del latn soplar, se produce cuando

el viento levanta los fragmentos sueltos del suelo. Este proceso acta donde lasuperficie del terreno est completamente seca y recubierta de pequeos granos dearena sueltos procedentes de lameteorizacin de la roca o previamentedepositadas por el agua en movimiento, el hielo o las olas. Es as como los cursosde los ros secos, las playas y las reas recientemente cubiertas por depsitosglaciares son muy susceptibles a la deflacin.

La abrasin

Requiere del transporte de elementoscortantes por el viento, estos fragmentos desprendidos chocan con la superficie de

las rocas y las desgastan. Este proceso origina orificios y acanaladuras en la roca.

Su origen se da en las regiones llanas declima rido y donde particularmente no est protegida por vegetacin. Cuando lasprecipitaciones llenan esta depresin, se origina una charca o laguna, a medida queel agua se evapora, el barro del fondo se seca, se agrieta y da lugar a escamas yfragmentos de barro seco que son fcilmente transportados por el viento. Enaquellos lugares donde tambin se encuentre ganado domstico, ste pisotea losbordes de la depresin hasta convertirla en una masa de barro, eliminando suproteccin vegetal y facilitando as su erosin cuando est seca.
http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/cienciasTierra/Tema12.htmlhttp://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/cienciasTierra/Tema12.html





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2.1.5.1.2. Erosin fluvial

La erosin fluvial es la que llevan a cabo loscursos de agua continentales (ros y torrentes), la energa cintica del agua

determina la intensidad de la erosin y depende de la energa potencial, que sedebe a la diferencia de altura entre la zona donde discurre y el nivel del mar. Laenerga cintica no es uniforme a lo largo delcurso del ro y es mayor en el tramoalto, de mayor pendiente y menor en la desembocadura. Ello determina una erosindiferencial que modifica el perfil longitudinal del curso del ro, evolucionando haciaun modelo terico, el denominado perfil de equilibrio, en el que cada punto delmismo recibe por sedimentacin la misma cantidad de materiales que pierde porerosin. Los cambios de nivel de base (transgresiones y regresiones marinas)determinan un nuevo perfil de equilibrio.

Entre los tipos de erosin fluvial se reconocen:

Erosin provocada por los ros

La erosin debida a las aguas corrientes,sigue las mismas etapas en que se divide de forma natural el curso de un ro. Hayuna primera etapa en que la erosin mecnica provocada por el agua y losmateriales que arrastra es muy intensa en el curso alto del ro. En la segundaetapa, de transporte, la erosin mecnica sigue activa pero empieza a actuarla erosin qumica.

La accin erosiva de un ro se debe a laenerga del agua. Esta Energa es capaz de arrancar trozos de roca, estos trozosson arrastrados por la corriente y desprenden nuevos fragmentos. Como el cauceno es regular, se suelen producir remolinos que arrastran arenas y gravas, puliendoel fondo del ro y creando cavidades. Otras veces, la pendiente elevada hace que elagua forme saltos, cascadas o cataratas, algunas de las cuales llegan hasta los1000 metros de altura. La zona de salto retrocede gradualmente aguas arriba amedida que se desgasta.

2.1.5.1.3. Erosin biolgica

Este tipo de erosin est influenciada por las

actividades de los seres vivos, la cual modifican el paisaje, a veces, de forma lentay casi imperceptible y, otras, de forma rpida y violenta.





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La accin de los vegetales

Las plantas superiores, que tienen races,ejercen una labor intensa de excavacin mecnica del suelo, en busca del agua

que necesitan para su subsistencia. Algunas de estas races son capaces deatravesar sustratos de rocas blandas o, incluso, romper otras ms duras.

La accin erosiva de los animales

Pequeos invertebrados como los gusanos yalgunos insectos airean el suelo, pero tambin contribuyen al proceso demeteorizacin de la roca madre al permitir la entrada de aire y agua, as como demicroorganismos productores de secreciones que reaccionan qumicamente con laroca, transformndola y erosionndola.

Los animales ejercen una erosin mecnicacon la excavacin o construccin de nidos y madrigueras, as como por el paso degrandes manadas por las mismas sendas. Finalmente, producen secreciones yexcreciones de materiales que tienen un alto poder corrosivo y puedendescomponer las rocas, facilitando la accin de otros agentes.





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La accin del ser humano

El ser humano mediante la tala y la quema, laactividad industrial, excavaciones para conseguir metales y explotacin de pozospetroleros, entre otros, ejerce acciones sobre el suelo que promueven la erosin,potenciando en la mayora de los casos las acciones de los diferentes tipos deerosin ya mencionados.

2.1.5.1.4. Erosin hdrica

Se denomina erosin hdrica, a aquella quese produce cuando las partculas del suelo son arrastradas por el agua de lluvia. Enla naturaleza este es un fenmeno muy comn que provoca el nivelamiento de lasmontaas y la formacin de mesetas, llanuras, valles y deltas. Es claro que este

caso la erosin es lenta; pero cuando el hombre con el mal manejo del sueloacelera el proceso, este ya se hace destructivo.

La erosin hdrica est relacionada condistintos procesos los ms comunes se describen a continuacin:

Erosin por salpicadura

Consiste en la desagregacin y elmovimiento de partculas del suelo, causados por el impacto de las gotas de laslluvias.





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Erosin laminar

Es la eliminacin de una capa delgadarelativamente uniforme de suelo superficial, debida a la lluvia y a la escorrentasuperficial.

Erosin en surcos o regueros

Es un proceso habitual en los terrenos conpendiente, especialmente los labrados recientemente, en los que se forman, deforma aleatoria, pequeos pero numerosos canales, de pocos centmetros deprofundidad, tiene lugar principalmente en cultivos recientemente abandonados ytaludes en carreteras.

Erosin en crcavas

Es un proceso en el que el agua se acumula ycrea canales estrechos, arrastrando, en un corto periodo, el suelo de estos canaleshasta una profundidad considerable, haciendo imposible la labor agrcola conmaquinaria ordinaria. Las crcavas alcanzan habitualmente entre 0.5 y 25-30 m deprofundidad, y se forman en situaciones y tipos de roca especficos.





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Erosin en tnel, subfuncin

Se produce en los suelos propicios para laformacin de conductos subterrneos. A menudo se trata de suelos que contienencapas arcillosas que se contraen o expanden en funcin de la humedad, o capasque se dispersan espontneamente con el agua durante las lluvias.

2.1.5.2. Variables influyentes en la tasa de erosin

Clima

La variable climtica ms importante es la lluvia, debidoa su fuerte influencia en ciertos procesos de erosin hdrica (erosin de impacto,riles, crcavas, etc.) (Morgan, 2005). Sin embargo, no todas las tormentas soniguales, por lo que existen algunas ms erosivas que otras. Variables como

cantidad de agua cada (mm) e intensidad de la tormenta (mm/hr), son las quedeterminan la erodabilidad del evento. As, en una tormenta cuya intensidad esrelativamente baja, las tasas de infiltracin no sern superadas, por lo que no seproducir escurrimiento superficial, soslayando el proceso de erosin laminar, ascomo la formacin de riles y crcavas. Adems, dicha tormenta no producirerosin de impacto relevante, pues el tamao de sus gotas no contar consuficiente energa cintica como para desprender las partculas de suelo superficialdesnudo. Por otro lado, una tormenta intensa, no slo presenta un alto potencial deerosin de impacto, sino que tambin genera escorrenta superficial, dando lugar alos procesos erosivos anteriormente mencionados (Garca-Chevesich, 2008).

Vegetacin

La vegetacin acta como cubierta protectora,establecindose como un buffer entre el suelo y la atmsfera (Morgan, 2005). Comoregla general, la efectividad de la vegetacin para reducir la erosin de impactodepende directamente de la altura y continuidad de la copa de los rboles, as comola densidad de la cobertura superficial (pastos, hierbas y arbustos).

Estudios demuestran que las hojas lobuladas, tpicas deespecies arbreas latifoliadas, forman gotas cuyo dimetro dobla el de las gotas de

lluvia (Brandt, 1989). Adems, se dice que a siete metros de altura de copa, lasgotas que impactan el suelo lo hacen a una velocidad equivalente al 90% de su





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velocidad mxima, lo cual indica que a mayor altura de copa, mayor erosin seproduce (Figura 1). En otras palabras, si bien las copas de los rboles interceptan lalluvia, stas no reducen la energa cintica de las gotas de agua. Como resultado,las tasas de erosin de impacto bajo las copas de los rboles pueden ser hasta tres

veces mayores que las producidas en suelos desnudos que reciben precipitacindirecta (Garca-Chevesich, 2008).

Hojarasca

En ambientes boscosos o similares, los cuales no hansido, significativamente, alterados por el hombre, las capas superficiales de suelose encuentran cubiertas por una hojarasca (Figura 5), compuesta, principalmentepor hojas y ramas provenientes de la masa arbrea.

Al igual que la cobertura vegetal, la hojarasca tambinprotege el suelo contra la erosin de impacto, impidiendo que la gota de lluviagolpee directamente la superficie del suelo. Por otro lado, la hojarasca disminuye lavelocidad del flujo superficial, debido al aumento en la rugosidad por la que steviaja (Garca-Chevesich, 2008).

Tipo de suelo

No todos los suelos son iguales en trminos de suresistencia a la erosin. La erosibilidad de un suelo en particular est en funcin devariables como textura, contenido de materia orgnica, estructura y permeabilidad(Morgan, 2005). La textura de un suelo es importante para definir su nivel de

Figura N 1: Las copas de los

rboles no reducen la energa

cintica de las gotas de agua.

En la imagen, se aprecian

races expuestas debido a la

erosin de impacto producida

bajo rboles de copas altas.

Figura N 5: la presencia de

hojarasca es fundamental

para controlar la erosin, puesprotege el suelo contra el

impacto de las gotas d lluvia





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erodabilidad, pues no todas las clases texturales se erosionan con la mismafacilidad. Es interesante darse cuenta que son las partculas medianas las que msfcilmente se erosionan. Si bien las partculas ms finas son ms livianas, stasposeen una mayor superficie de contacto entre ellas y, por lo tanto, una mayor

cohesividad, lo que las hace ms resistentes a la erosin. Por otro lado, laspartculas ms gruesas son ms pesadas, lo que tambin aumenta su resistencia ala erosin.

Determinando cuatro variables (porcentaje de limo,porcentaje de materia orgnica, estructura y permeabilidad), se puede estimar unndice de erosibilidad para un suelo dado (Foster et al. 1981), por medio de lasiguiente ecuacin:

Donde OM es el porcentaje de materia orgnica; S1 esun ndice de estructura: Granular muy fina (1), Granular fina (2), Granular gruesa(3), bloque-laminar-masiva (4); P1 es un ndice de permeabilidad: Rpida (1),Moderada a rpida (2), Moderada (3), Lenta a moderada (4), Lenta (5) y muy lenta(6); M = (%MS + %VFS)*(100 - %CL). La variable %MS representa el porcentaje departculas entre 0.002 y 0.05 mm (supuestamente, limo). Del mismo modo, %VFSse refiere a arena muy fina (0,05 0,1 mm) y %CL, partculas menores que 0.002mm de dimetro (arcillas). El trmino K representa la erodabilidad del suelo,expresada en unidades de Mg/ha por ha-hr/MJ-mm. Los valores de K seencuentran entre 0 (suelo no erosionable) y 1 (suelo muy erosionable).

Topografa

La topografa es una variable muy importante almomento de predecir la erosin y sedimentacin en un sitio dado. Factores comoinclinacin y largo de la pendiente determinan la cantidad y velocidad delescurrimiento superficial que se generarn producto de una tormenta dada. Ladistancia horizontal en la que viaja una partcula de suelo desprendida por elimpacto de una gota de lluvia, est en directa relacin con la inclinacin de lapendiente. Por otro lado, la longitud de la pendiente influye en la profundidad y, por

ende, el poder erosivo del flujo superficial que se genere, siendo estas variablesmayores en las secciones ms bajas de la ladera, debido a una mayor rea decontribucin (Morgan, 2005; Brooks et al., 2003; Garca-Chevesich, 2008).

Velocidad del flujo

La velocidad del caudal influye fuertemente en laerosin hdrica. Se sabe que la velocidad mnima para desprender y transportar unapartcula de suelo est en funcin del dimetro de sta. Sin embargo, una vez quela partcula ha sido desprendida, se necesitar menos energa para que sta sigaen movimiento. As, Hjulstrom (1935) determin la velocidad mnima requerida parael desprendimiento (erosin), transporte y depositacin de partculas de suelo,segn su dimetro, relacin que se ilustra en la Figura 7.





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Figura 7: Diagrama de Hjulstrom, el cual indica la velocidad mnima requerida

para desprender, transportar o depositar partculas de suelo, segn su

dimetro, para flujos de agua.

Uso de la tierra

Pese a lo expuesto en este captulo, la realidad actual

hace que las caractersticas de las concentraciones de sedimento en los rosproductos de la erosin dependan, casi exclusivamente, de las actividadeshumanas (manejo de la tierra) a nivel de cuencas hidrogrficas (Garca-Chevesich,2008).

Actividades forestales como la tala, sobrepastoreos yconstruccin de caminos, entre otras, representan una enorme alteracin en el ciclohidrolgico, lo que se traduce en una disminucin de la intercepcin de copa y lacapacidad de infiltracin de los suelos, debido al uso de maquinaria pesada. Dichosdisturbios generan gran cantidad de erosin y sedimentacin.

Otro factor importante dentro de las actividadeshumanas es la minera, sobre todo cuando se practica en zonas con climaslluviosos. Por ltimo, los incendios forestales y algunas quemas controladasalteran fuertemente el ciclo hidrolgico de las cuencas.





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2.1.5.3. Procedimientos para determinar la erosin del suelo

2.1.5.3.1. Ecuacin Universal de Prdida de Suelo(USLE)

La Ecuacin Universal de Prdida de Suelo(USLE) es un mtodo cuantitativo de evaluacin indirecta de la prdida de suelo porprocesos de erosin hdrica. La estima de la erosin se realiza a partir de la

modelizacin de la respuesta del sistema natural suelo frente a la precipitacinpluvial.

USLE es un mtodo que utiliza seis factores:erosividad de la lluvia (R), susceptibilidad de erosin del suelo (K), largo de lapendiente (L), magnitud de la pendiente (S), cubierta y manejo de cultivos yresiduos (C), y prcticas de conservacin (P), para estimar la perdida de suelospromedio (A) por el periodo de tiempo representativo por R, generalmente un ao.

Dnde:

A: ndice que representa la prdida total de suelo por unidad de rea en T/haR: erosividad, ndice que representa la capacidad de la lluvia de provocar laerosin.K: erodabilidad, ndice relativo a las propiedades inherentes al suelo y querefleja su mayor o menor susceptibilidad a la erosin.: Factor topogrfico (adimensional).S: declividad, magnitud de la pendiente de la ladera.C: ndice relativo o factor de uso y manejo del suelo (adimensional).: ndice relativo a la prctica conservacionista adoptada (adimensional).

La erosividad (R), puede ser calculadautilizando la expresin de Lombardi Netoy Moldenhauer (1980):

Dnde:

R: ndice medio de erosividad anual.: Precipitacin media mensual.P: precipitacin media anual.

Figura N 8: el sobrepastoreo es una

prctica muy comn en pases no

desarrollados

Figura N 9: los incendios forestales

dejan la superficie del suelo expuesta

a la erosin hdrica.





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CLASIFICACION DE

SUELOS

DESCRIPCIN

SUELO TIPO A

De bajo potencial de escurrimiento, buena permeabilidad, por lo que la infiltracin

mantendr valores altos, an cuando estn hmedos. Pertenecen a este grupo

los suelos gravosos, gravo-arenosos y arenosos gruesos.

SUELO TIPO B

Mantienen moderadas velocidades de infiltracin y mayores valores de

escurrimiento. En este grupo se consideran a suelos arenosos, limo-arenosos

con reducida presencia de materia coloidal.

SUELO TIPO C

En estos suelos la infiltracin es lenta, es frecuente la presencia de material muy

fino, mezclados con partculas gruesas. A este grupo pertenecern los suelos

franco-arcillosos y franco-arcillo-arenosos.

SUELO TIPO D

Estos suelos son los que presentan mayor potencial de escurrimiento. Seconsiderarn como suelos de este grupo a los de grano fino, que forman capas

prcticamente impermeables por lo que la infiltracin ser muy lenta. En este

caso se considerarn a los suelos arcillosos.

La erodabilidad K representa lasusceptibilidad del suelo a la accin erosiva y ser funcin de las caractersticasfsicas de los suelos: textura, permeabilidad, capacidad de filtracin, estructura,granulometra, contenido de materia orgnica, etc.

A continuacin se muestran los parmetrosmediante tablas para el clculo del valor de la erodabilidad K:

TIPO DE SUELO RANGO DE VARIACIN K

A 0.16 - 0.23B 0.130.38C 0.13-0.18D 0.07-0.12

Es el factor topogrfico, el cual se obtienepor medio de la expresin por Bertoni (1959):

M se obtiene de la siguiente tabla:PENDIENTE (%) m

< 1 0.21.0 a 3.0 0.3

3 a 5 0.4> 5 0.5

Dnde:

: Factor topogrfico.L: factor de pendiente.

: Angulo d las pendientes.





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S es la pendiente del terreno que puededeterminarse con la frmula de Taylor-Schwarz:

S tambin se puede determinar mediante ladiferencia de alturas, entre su longitud.

ndice relativo o factor de uso y manejo del

suelo C, se obtiene de las siguientes tablas:

NDICE DE FACTOR C DE USO DEL SUELOCobertura vegetal C

Bosque no intervenido 0.001Bosque intervenido 0.34Tierras erosionadas con escasa vegetacin 0.80Suelo desnudo 1Cultivos extensivos en hileras, ejemplo maz 0.50Yuca y similares de 1 ao 0.20-0.80Palmera, caf, cacao 0.10-0.30Pastos 0.07Hortalizas 0.30

Tabla de valores de cobertura vegetal (C)





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El ndice relativo a la prcticaconservacionista , se obtiene de la siguiente tabla:

FACTOR DE PRACTICA CONSERVACIONISTATECNICA FACTOR

Curvas de nivel (pendientes entre 5 % y 20 %) 0.1-0.7Bandas anti erosivas de 2 a 4 m (pendientes entre 5 % y 25 % ) 0.1-0.3Proteccin con hierbas comunes 0.01Terrazas de 80 cm. Combinadas con curvas de nivel(pendientes entre 5 % y 15 %)

0.1

2.1.5.3.2. Mtodo de Onstad Foster (AOF)

La metodologa AOF es un procedimientomatemtico para estimar los potenciales de desprendimiento y transporte del suelo,incluyendo las proporciones relativas de erosin en surcos e inter-surcos, para

laderas compuestas por uno o ms segmentos con distintas caractersticas. Utilizauna versin modificada de USLE para estimar el desprendimiento de suelo.

Dnde:

Y: es el desprendimiento de sedimento en T/ha.W: es un trmino de energa que es la suma de los componentesde energa pluvial y de escurrimiento. El componente de energapluvial se deriva del ndice de erosin pluvial (EI) de USLE, y elcomponente de energa de escurrimiento es una funcin de la tasa

de escurrimiento de tempestad (milmetros (mm) hora yvolumen (Q.mm). Los otros factores son iguales que en el USLE.()

Dnde:

A: rea de la superficie en .I: intensidad de la tormenta.C: coeficiente de escorrenta.2.1.5.3.3. Ecuacin universal de prdida de suelo

Modificada.

Dnde:

Y: es el desprendimiento de sedimento de la cuenca T.Q.: volumen de escurrimiento en .





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: es la velocidad mxima de caudal en segundos , ylos otros factores son iguales que en el USLE.

Las unidades de Y se convierten en T/ha

cuando Q es en mm y

es en mm/hr. El factor de escurrimiento

()

proporciona una fuente de energa y, como la tasa de escurrimiento por unidad desuperficie disminuye a medida que aumenta la superficie de drenaje, el modelocontiene una tasa de desplazamiento implcita. MUSLE es til en cuencas consuperficie de alrededor de .

2.1.5.3.4. Modelo Musgrave

Modelo para estimacin de prdida de suelopor erosin hdrica, en este modelo de Musgrave la cantidad de erosin, est dadapor:

En donde:

E: estimacin de la prdida del suelo porerosin hdrica en T/aoC: cobertura vegetal.E: erodabilidad relativa del suelo.S: pendiente en porcentaje.L: longitud de pendiente.

: Precipitacin mxima en 30 min (mm).2.1.5.3.5. Modelo de SLEMSA

Este modelo Soil Loss Estimator for Southemfrica, fue desarrollado en Zimbaue:

En donde:

C: cobertura vegetal.K: erodabilidad, ndice relativo a laspropiedades inherentes al suelo y que reflejasu mayor o menor susceptibilidad a laerosin.X. factor adimensional que combina lalongitud y la pendiente.





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2.1.6. Sedimentacin

Proceso mediante el cual se acumulan partculas de tierra o sueloen el fondo de los cuerpos de agua haciendo que disminuya el espacio disponiblepara el almacenaje del agua en ros, lagos y quebradas.

El movimiento de los sedimentos reduce la vida til de losreservorios de agua, debido al aumento de stos tanto en suspensin como dearrastre. (Felices, 1998)

2.1.6.1. Fuentes de los sedimentos

La fuente principal la constituyen los suelos y rocas quese encuentran en la cuenca, y el agua y el viento son, en nuestro medio, losprincipales agentes de erosin y de transporte. Por otro lado, dada la actividad delhombre en el medio que lo rodea, las fuentes del sedimento pueden clasificarse en

naturales y artificiales.

Naturales

- Erosin de la superficie del terreno: El suelo, capadelgada y frgil, experimenta la accin del viento y la lluvia. El viento arrastra ylevanta partculas (transporte elico) que llegan a depositarse en las llanuras, ocaen directamente en las corrientes. Las gotas de lluvia o granizos, al impactarcontra el terreno, mueven o arrancan partculas de suelos y rocas. El escurrimientosuperficial desprende y acarrea tambin partculas de las capas superficiales delterreno. La cantidad de material acarreado es tanto mayor cuanto ms frecuentes y

violentas son las lluvias o los vientos, y menos densa es la cobertura vegetal delsuelo.

- Erosin del cauce principal y sus tributarios: Unavez que el escurrimiento superficial se ha iniciado, y como consecuencia de lasirregularidades topogrficas, se crean en primer lugar arroyos, los cuales aumentangradualmente su caudal y se transforman en torrentes, estos ltimos con grancapacidad erosiva y transportadora. Adems, cuando los ros se desbordan oabandonan su cauce, su accin erosiva y transportadora es notable y, enocasiones, catastrfica. Los ros pueden ser juveniles, maduros y viejos. A cadauna de estas tres etapas en la vida de un ro o valle, corresponden cambios

graduales en su perfil longitudinal, en su corte transversal y en su trazado o curso,pues el ro profundiza, ensancha y alarga su cauce por la erosin continua de losmateriales que constituyen su lecho y riberas. De esta manera, el ro acarreamateriales de diversos tamaos, depositndolos, en forma graduada a lo largo desu perfil longitudinal, segn vara la velocidad de su corriente; primero se depositanlos materiales ms gruesos, mientras que en la zona de planicie se deposita partedel material fino, y el resto sigue su recorrido hacia el mar.

- Movimientos naturales del terreno: Losdeslizamientos de grandes masas de tierra y rocas ayudan a que mucho materialquede suelto y sin proteccin. Con el transcurso del tiempo y por la accin de la

lluvia y el viento, estos materiales llegan a las corrientes.





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Artificiales

- Destruccin de la vegetacin: El hombre destruyeirracionalmente bosques y praderas para el cultivo, o para el desarrollo urbano o

industrial. Sin duda, estas actividades son las que ms sedimentos producen, yaque de esa manera se priva al suelo de su manto protector.- Obras de ingeniera:La construccin de caminos, vas

frreas, presas, plantas industriales, ciudades, etc, para desarrollar una regin,hace que grandes volmenes de materiales sean removidos y queden ms sueltosque en su estado natural, se modifican las pendientes del terreno, y otrosmateriales quedan expuestos sin proteccin, lo que facilita su transporte hacia lascorrientes y cuerpos de agua.

- Explotacin de minas y canteras: Todas estasactividades rompen y fracturan rocas y suelos, y producen al final grandescantidades de materiales en forma de partculas pequeas o polvo.

- Desechos urbanos e industriales:Son los materialesarrastrados por el drenaje y que son arrojados directamente a ros y lagos.

2.1.6.2. Clasificacin de los sedimentos

Los sedimentos naturales estn constituidos por unagran variedad de partculas que difieren entre s en tamao, forma y densidad.Desde el punto de vista de la resistencia que oponen a ser arrastrados sedistinguen dos clases: cohesivos y no cohesivos.

- Sedimento no cohesivo o friccionante: tambin

denominado material granular es el formado por granos gruesos o partculassueltas, como arenas y gravas. La fuerza de gravedad predomina sobre cualquierotra fuerza, Por ello todas las partculas gruesas tienen un comportamiento similar.

- Sedimento cohesivo: es el formado por partculas degrano muy fino, constituidas por minerales de arcilla, que se mantienen unidas entres por la fuerza de cohesin, la cual se opone a que las partculas individuales seanseparadas o del conjunto. Esa fuerza de unin es considerablemente mayor que elpeso de cada grano, y es la que resiste a las fuerzas de arrastre y sustentacin.

2.1.6.3. Propiedades de los sedimentos

Las caractersticas que definen los procesos desuspensin, transporte y deposicin del sedimento dependen no slo de lascondiciones del flujo sino tambin de las propiedades del sedimento, como son:

Tamao: La propiedad ms importante de una partculade sedimento es su tamao por lo cual, ha sido la nica propiedad que caracterizalos sedimentos. Solamente si la forma, densidad y distribucin granulomtrica sonsemejantes en diferentes sistemas hidrulicos, se pudiese considerar que lavariacin de su tamao define la variacin del comportamiento del sedimento.

En la siguiente tabla se presenta la clasificacin detamao de partculas segn su dimetro.





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Tabla N 2: Clasificacin de tamao de partculas segn escala de Wentworth

(1922).

Forma:Es una caracterstica que determina el modo demovimiento de la partcula (grano de forma aplanada, en el lecho, difcilmente semueve por rotacin, pero s se desplazan fcilmente o, eventualmente pueden

saltar) Normalmente se define a travs de la redondez, esfericidad y el factor deforma.

Densidad:Es la relacin entre la masa que posee unapartcula y su volumen.

Peso especfico: Es la relacin entre el peso de lapartcula y su volumen. Es igual al producto de la densidad por la aceleracin de lagravedad.

Porosidad n: Se define como la relacin entre elvolumen de vacos y el volumen de granos o volumen de sedimentos.

Velocidad de cada, w: Es la velocidad lmite queadquiere la partcula cuando cae en agua destilada, en reposo, de extensin infinitaa una temperatura constante de 24 grados centgrados.

RUBEY, propuso para partculas entre limos y gravas, laexpresin:

Dnde:





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: Velocidad de cada, en m/sD : Dimetro de la partcula, en m:

: Peso especfico del agua, en

: Peso especfico del sedimento, en : Viscosidad cinemtica del agua, en Dimetro Tamizado:Se refiere a la abertura mnima de

la malla por la cual pasa una partcula. Se determina mediante el tamizado de unamuestra y definiendo una curva granulomtrica.

Dimetro de Sedimentos:Es el dimetro de una esferaequivalente de igual densidad y velocidad de cada que la partcula slida, cayendolibremente en un lquido de extensin infinita que tiene la misma temperatura que el

lquido dentro del cual cae la partcula en cuestin. Se determina midiendo lavelocidad de cada de la partcula en el lquido e igualando dicha velocidad a la dela esfera de igual densidad que cae en el mismo lquido, a la misma temperatura.Es un tamao variable que depende del lquido y de la temperatura de este. Unamisma partcula slida puede tener varios dimetros de sedimentacin,dependiendo del tipo de lquido y su temperatura.

Dimetro de Sedimentacin Estndar:Es el dimetrode sedimentacin correspondiente al agua destilada a 24C. Esta medida fueestablecida para permitir una normalizacin de la velocidad de sedimentacin enorden a independizarla del lquido y la temperatura.

Dimetro Nominal:Es el dimetro de una esfera quetiene el mismo volumen que la partcula slida.

Dimensiones Triaxiales: Dadas las variadas formas delas partculas, a veces se utiliza tres dimensiones lineales en la direccin de tresejes mutuamente perpendiculares para caracterizar el tamao de las partculas; ala dimensin mxima se le denomina a, a la intermedia b y a la menor c, comose muestra en la figura.





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2.1.7. Transporte de sedimentos

Los sedimentos que transporta una corriente de agua sonconsecuencia natural de la degradacin del suelo, puesto que el materialprocedente de la erosin llega a las corrientes a travs de tributarios menores, por

la capacidad que tiene la corriente de agua para transportar slidos, tambin pormovimientos en masa, o sea, desprendimientos, deslizamientos y otros.

Segn su comportamiento, al ser transportado por el flujo, elsedimento se puede diferenciar en tres grandes grupos: el de arrastre de fondo ocarga de fondo, en suspensin o carga en suspensin y el de saltacin. (Unicauca,2011)

2.1.7.1. Arrastre de fondo o carga de fondo

El arrastre de fondo es la forma ms agresiva de

transporte de materiales en los ros, est relacionada con la existencia de esfuerzostangenciales muy superiores al crtico o de resistencia de los materiales del fondo.

El arrastre de fondo es el material que forma el fondo delcauce y que es arrastrado por la corriente dentro de una capa adyacente al fondo ycuyo espesor es igual a dos veces el dimetro de la partcula considerada

Este tipo de material est constituido por partculas demayor tamao, que rueda o se desliza siempre en contacto con el fondo.

2.1.7.2. Transporte en suspensin

Si el material del fondo es fino o la corriente tiene unavelocidad alta que genera una fuerte turbulencia, la corriente tiene suficiente poderpara levantar las partculas del fondo y mantenerlas en suspensin. Tambinpueden mantenerse partculas en suspensin que proceden de aguas arriba y ellasreciben el nombre de gasto de lavado. (Catedu, 2000)

El material en suspensin est constituido porpartculas muy finas y se halla distribuido en toda la seccin transversal, dandocolor al agua.





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2.1.7.3. Transporte por saltacin

Movimiento en el que las partculas se mueven aguasabajo dando rebotes o saltos, a veces tocando el fondo y a veces avanzando ensuspensin hasta que vuelven a caer al fondo.

2.1.7.4. Transporte total

Est formado por todas las partculas que sontransportadas por el ro, procedan del fondo, de transporte en suspensin ytransporte en saltacin. (Annimo, 2009)

Dnde:

: Transporte de solido total, en Kg/hora o Ton/ao: Transporte de solido en el fondo.: Transporte de slidos en suspensin.: Transporte de solidos por saltacin.2.1.7.5. Ecuaciones de transporte de fondo

Entre los mtodos para evaluar el arrastre dentro de lacapa de fondo, cuyo espesor (aproximado es igual a dos veces el dimetro de laspartculas, se encuentran segn Maza A., J. A. y Garca F., M. (1996), lospropuestos por:

DuBoys (1879) y Straub (1935); Schoklitsch (1914, 1950);Shields (1936); Meyer-Peter y Mller (1948); Kalinske (1947); Levi (1948); Einstein(1942) y Einstein-Brown (1950); Sato, Kikkawa y Ashida (1958); Rottner (1959);Garde y Albertson (1961); Frijlink (1962); Yalin (1963); Pernecker y Vollmer (1965);Inglis y Lacey (l968) y Bogardi (1974).

A continuacin se presentan algunos de los mtodos deantes mencionados:

2.1.7.5.1. Mtodo de Schoklitsch

Schoklitsch propuso en 1914, una primeraecuacin para evaluar el arrastre de fondo, la modific varias veces hasta que en1950 fue dada a conocer en su versin final.





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Dnde:

: Transporte unitario de lecho en el fondo o carga de fondoexpresado en peso.: Transporte unitario de lecho en el fondo o carga de fondoexpresado en volumen.D: dimetro represantativo.: Caudal unitario lquido del ro (m3/s-m)

Cuando el tamao de las partculas no esuniforme, Schoklitsch recomienda que se utilice como dimetro representativo de lamezcla el .

D : S : pendiente hidrulica del ro.: Densidad relativa de las partculas sumergidas.: Peso especfico del sedimento.Rango de los datos y lmites de aplicacin:

Schoklitsch propuso varias frmulas de transporte, para lo que utiliz los datosobtenidos por Gilbert y resultados de observaciones realizadas en los ros Danubioy Aare. Por ello, no se dan lmites de aplicacin a las ecuaciones presentadas,aparte de los ya indicados en funcin del dimetro de las partculas. Garca F., M. yMaza A., J. A. (1996).

2.1.7.5.2. Mtodo de MeyerMeter y Mller

Las frmulas de Meyer - Peter y Mller paracalcular el arrastre en la capa de fondo, fueron obtenidas a partir de experienciasrealizadas de 1932 a 1948 en el Instituto Tecnolgico Federal de Zurich. Unresumen de todas ellas fue presentado en 1948. Los autores mencionadosefectuaron cuatro series de pruebas, al final de las cuales propusieron una frmulapara cada una, aunque la ltima, abarca todos los resultados obtenidos y por tanto,

es de carcter general, por lo que es la que se incluye en este texto. Garca F., M. yMaza A., J. A. (1996).





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Para canales muy anchos, B> 40 m, se tiene:

Dnde:

: Transporte unitario de lecho en el fondo o carga de fondoexpresado en peso.

: Transporte unitario de lecho en el fondo o carga de fondo

expresado en volumen.: Dimetro represantativo.: Aceleracin debido a la fuerza de gravedad: Rugosidad debida a las partculas de sedimento en fondo plano: Coeficiente de rugosidad de Manning.: Densidad relativa de las partculas sumergidas.: Peso especfico del sedimento.: Peso especfico del agua.: Parmetro de Shields.Rango de los datos y lmites de aplicacin

Mnimo Intermedio MximoTamao de las partculas (D y Dm)

Uniformes y no uniformes en m0.0004 0.030

Pesos especficos, en 1250 2680 4200pendientes 0.0004 0.020

Tirantes, en m 0.01 1.20Gastos lquidos, en 0.002 4

2.1.7.5.3. Mtodo de DU BOYS

Es la frmula ms antigua que se conocepara el clculo del gasto slido de fondo. Fue publicada en 1879 por DU BOYS,quien parti de la suposicin de considerar que el transporte de fondo se producapor medio de capas cuyo espesor era del mismo orden de magnitud que el dimetrode las partculas constituyentes del lecho. Consider tambin que las distribucionesverticales de velocidades y del corte eran lineales. (Aguirre J, 2000)

DU BOYS introdujo el concepto de fuerzatractiva crtica. La ecuacin que obtuvo fue:





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Dnde:

: Transporte solido de fondo por unidad de ancho en : Parmetro que depende del dimetro de las partculas.

: fuerza tractiva de la corriente en

: fuerza tractiva critica en Los valores de y de fueron obtenidospor STRAUB, en 1935, para arena con granulometra uniforme a partir de lasmediciones de GILBERT y aparecen en la Figura N 3.

Respecto a esta frmula existen algunascrticas. La frmula de DU BOYS no se usa en la actualidad; la mencionamos porsu valor histrico y terico.

Figura N 3: curvas para la aplicacin de la frmula de DU BOYS

2.1.7.5.4. Mtodo de FRIJLINK

FRIJLINK, ingeniero holands, realiz unestudio comparativo entre las diferentes frmulas usadas para el clculo del gastoslido de fondo y mostr grficamente (Figura N 4) que cada una de ellas puedeexpresarse por medio de una relacin entre dos parmetros adimensionales, queson:





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Expresiones en las que:

: Transporte de material solido en : Dimetro medio de las partculas.

: Aceleracin de la gravedad.

: Peso especfico relativo del material sumergido.: Radio hidrulico.: Gradiente de la lnea de energa.: Coeficientes de rizos: es la intensidad de transporte.: es la intensidad de Movimiento.FRIJLINK encontr, basndose en

experiencias de laboratorio y mediciones en ros, que los parmetros X e Y podanvincularse mediante la ecuacin siguiente:

Siendo e la base de los logaritmos neperianosReemplazando los valores de X e Y y

simplificando se obtiene:

Que es la frmula de FRIJLINK para el

clculo del gasto slido de fondo.

Figura N 4: Comparacin de las frmulas de KALINSKE, EINSTEIN MEYER-

PETER Y FRIJLINK





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Figura N 5: Valores de los coeficientes de rizos 2.1.7.5.5. Mtodo de Einstein y Brown

La ecuacin de Einstein y Brown es unaecuacin que fue obtenida en Estados Unidos, cuya expresin de forma msexplcita puede escribirse como:

Dnde:

: Radio Hidrulico.: Densidad del sedimento.: Densidad del agua.: Pendiente del cauce.2.1.7.5.6. Mtodo de Engelund

La frmula de Engelund propuesta paracauces arenosos es:

Si 0.15





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EROSIÓN Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE ARRATRE Y SUSPENSION EN LA CUENCA DEL RIO MOCHE

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