Influencia de la densidad de la madera en la acumulación de material leñoso aguas arriba de una rejilla de retención

Abstract

La presente tesis evalúa la influencia de la densidad de la madera que conforma una acumulación sobre el aumento de remanso aguas arriba de una rejilla de retención, tomando como base recientes investigaciones acerca de la evaluación de la peligrosidad de los efectos hidráulicos y geomorfológicos de la acumulación de madera en estructuras hidráulicas. El transporte de madera en ríos tiene su origen en los siguientes procesos: deslizamientos, erosión de bancos y grandes inundaciones mediante el transporte semi-congestionado o congestionado de madera, este último, con mayor relevancia en el análisis de peligrosidad. En el territorio peruano se evidencian casos de transporte y acumulaciones de palizada en ríos de la Selva, especialmente en puertos fluviales e infraestructura hidráulica de centrales hidroeléctricas. La flotabilidad de los troncos de madera está determinada por su densidad, especie y estado de descomposición e influyen en la forma de la acumulación, la cual puede afectar su compacidad y el flujo que atraviesa la acumulación. Recientes investigaciones han encontrado la influencia de dos tipos de parámetros en el aumento de remanso debido a la acumulación de material leñoso: parámetros asociados a las condiciones de flujo como el número de Froude y tirante inicial, además parámetros asociados a las características de la acumulación como el volumen, densidad del material flotante, contenido de material fino, entre otros. El propósito del presente trabajo fue investigar la influencia de la densidad de la madera de una acumulación de material leñoso aguas arriba de una rejilla de retención, para ello se realizaron una serie de experimentos en el canal del área didáctica del Laboratorio Nacional de Hidráulica mediante un modelo físico de una acumulación natural de material leñoso conformado por un canal de pendiente variable, una rejilla de retención y palitos artificiales fabricados en impresoras 3D. Se analizaron un total de 20 escenarios, incluyendo 4 densidades y 5 números de Froude diferentes. La principal contribución de esta investigación fue demostrar el incremento del efecto de remanso con el incremento de la densidad del material flotante, además se propone una ecuación que depende de la densidad de la madera para estimar el incremento de remanso debido a la acumulación de madera. Otros importantes hallazgos mostraron que la compacidad de la acumulación de material flotante se incrementa con el aumento de la densidad de la madera. Finalmente se plantean algunas recomendaciones que pueden ayudar a mejorar futuros experimentos de canal y posibles temas de investigación que contribuirán al estudio del transporte de madera en ríos.

This thesis evaluates the influence of wood density on backwater rise due to wood accumulation, taking as reference previous studies about wood transport and hazards evaluations in hydraulic structures due to wood accumulations. Wood transport originates from the following processes: landslides, riverbank erosion and large floods with congested or semi-congested wood transport. Congested transportation has greater relevance in hazard analysis. In Peru, evidence of wood accumulations is found in river ports and hydroelectric dams. The buoyancy of the log is determined by its density, species and state of decomposition and influences the shape of the accumulation, which can alter the compactness of the cumulus and the water that passes through it. Recent investigations have found two types of parameters in the influence of the backwater rise due wood accumulation: parameters associated with flow conditions and parameters associated with the characteristics of wood accumulations. The purpose of this research was to analyze the influence of wood density in an accumulation upstream of a retention grid, to achieve this, a series of flume experiments were carried out at the National Hydraulic Laboratory through a natural wood accumulation model composed of a variable slope channel, a retention grid and artificial logs manufactured in 3D printers. Twenty scenarios were evaluated, including different 04 densities and 05 Froude numbers. The main contribution of this research is to demonstrate the increase in the backwater effect with rising the density of the floating material, in addition, a modified equation that depends on the wood density is proposed to estimate the increase in backwater rise. Other important findings showed that accumulations have more compactness with rising wood density. At the end of the document, a list of recommendations and possible topics is proposed to improve future flume experiments and contribute to the study of wood transport in rivers.