INTRODUCCION AL TRANSPORTE DE SEDIMENTOSM.Sc. Ing. Roberto Campaa ToroUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

MECANICA DE FLUIDOS (HH-224 K)

El flujo en los cursos naturales es un flujo a dos fases: Agua y Sedimento.

La interaccin de estas dos fases determina el comportamiento de un curso natural

ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS

Los Sedimentos Provienen de Erosin de Cuencas

Las Particulas finas provienen de la erosin laminar.Partculas Gruesas provienen de deslizamietos y desplomes de material de orilla

Mecnica de la erosin laminar

Erosin laminar

Deslizamientos en Masa

Meteorizacion

Erosin de Riberas

Mecnica del Transporte Slido

Inicio del Movimiento:

Un fluido ejerce sobre las particulas de lecho, fuerzas cortantes y fuerzas de presin.Las fuerzas cortantes se deben a los efectos viscosos.Las fuerzas de presin se deben a la diferencia de presiones sobre las superficie de las partculas

El inicio del movimiento se producira cuando el momento ejercido por las fuerzas actuantes excedan al momento ejercido por las fuerzas resistentes.

Ma > Mr

La iniciacin del movimiento se describe usualmente mediante:

Esfuerzo Cortante CrticoVelocidad Crtica

El movimiento ocurre cuando las condiciones existentes producen velocidades y esfuerzos cortantes actuantes mayores que los crticos

Criterio de Shields

Shields demostr que la iniciacin del movimiento de una partcula solida de dimetro puede describirse como la relacin entre los dos parmetros adimensionales: Indice de Mobilidad (tambin llamado parametro de Shields) e Indice de Inestabilidad.

DIAGRAMA DE SHIELDS

Indice de Mobilidad

Fr*cr = oc / (s-)d

Donde:oc = Esfuerzo Cortante Crticos = Peso Especfico de la Partcula Slida = Peso Especfico del Aguad = Dimetro Medio de la Partcula

El Indice de Mobilidad relaciona la resistencia de la partcula a ser movida con su peso sumergido.

Indice de InestabilidadRe* = V*.d/

Donde:V* = Velocidad de Corte.D = Dimetro de Partculas. = Viscosidad Cinemtica del agua.

El Indice de Inestabilidad refleja como cociente el valor relativo de las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas en el entorno de un grano, es decir el grado de turbulencia cerca del lecho.

El empleo del diagrama de Shields conduce a la obtencin del ndice de mobilidad Fr*cr y a partir de este a la obtencin del esfuerzo cortante crtico mediante oc = Fr*cr (s-)d

El procedimiento completo puede encontrarse en la pgina 122 del libro Introduccin a la Hidrulica Fluvial del Dr. Arturo Rocha Felices.

Bonnefille (1963) y Yalin (1972) mostraron que la curva de Shields podia ser expresada con las formulas siguientes:

Fr*cr = 0.24 D*-1 si 1 < D* 4 ;Fr*cr = 0.14 D*-0.64 si 4< D* 10 ;Fr*cr = 0.04 D*-0.1 si 10 < D* 20 ;Fr*cr = 0.013 D*0.29 si 20 < D* 150 ;Fr*cr = 0.055 si D* > 150 ;

Donde:

Fr*cr = oc / (s-)d es el Parmetro de Shields Critico y

D*=(.g/2)1/3.d ; =(F-)/ es el Parmetro de Partcula

Finalmente:

oc = Fr*cr (s-)d

PROBLEMASEn un canal muy ancho el fondo est constituido por partculas de arena. El dimetro representativo es de 2 mm, su s = 2650 kg/m3, = 1.25 x 10-6 m2/s, T=12 C, S= 2x10-4. Hallar: Tcrit, Hcrit., Vcrit. y qcrit.

Un canal muy ancho con h = 2 m, S= 2x10-4 (D50 =0.002 m, D90=0.005 m y s=2650 kg/m3, T=20 C .=1000 kg/m3 . Habra movimiento de acuerdo a la curva de Shields.?Un canal muy ancho con S= 10-5 (D50 =0.002 m, D90=0.003 m y s=2650 kg/m3, T=20 C .=1000 kg/m3 . Hallar Qmov.

Modalidades de Transporte Slido

Transporte Slido en SuspensinEsta constituido por partculas finasPresenta trayectorias irregulares.En promedio las particulas en suspensin se desplazan a la misma velocidad que la corriente.

Transporte Slido de FondoEst constituido por partculas gruesas.Debido a su tamao se desplazan arrastrndose sobre el lecho o mediante saltos.Se desplaza a velocidades menores que la corriente.

Wash LoadEst consituido por partculas mucho ms pequeas que las partculas en suspensin.En ningn momento entran en contacto con el material del lecho.Se desplaza a la misma misma velocidad que la corriente.

FORMAS DE FONDO

Efectos de Formas de Fondo sobre el FlujoLas formas de fondo ejercen dos efectos principales:

Incrementan la rugosidad del lecho

Producen ondulaciones en la superficie del agua

En lechos de Naturaleza Fina

Los lechos de material fino adoptan configuraciones caractersticas.

Dichas configuraciones dependen principalmente de la velocidad media del flujo.

Las formas de fondo son producidas por oscilaciones del flujo generadas aguas abajo de pequeos obstaculos locales sobre el fondo que consiste de sedimentos moviles.