Iniciacion Del Movimiento de sedimentos

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO Cuando las condiciones del flujo son tales que el material del lecho es estacionario, el canal se comporta como una superficie rígida; asumiendo flujo uniforme, el equilibrio de fuerzas en la dirección del movimiento permite igualar las fuerzas de gravedad con las fuerzas de cizalladura.

Iniciación del movimiento – esquema de fuerzas W sen  =  A L sen  =

o Alat =  o P L o P L =  AL S;

A o =  S P

o =  R S segmento de canal de longitud L, sección transversal de área A y perímetro mojado P;  es el ángulo de inclinación del lecho con respecto a la horizontal, y o es el esfuerzo de cizalladura en el lecho y paredes del canal.

Umbrales para el esfuerzo cortante Esfuerzo de cizalladura crítico, c. En condiciones críticas existe equilibrio entre las fuerzas de gravedad, el empuje de sustentación, la fuerza de arrastre paralela al fondo y la fuerza ascensional perpendicular al fondo, producida por la acción hidrodinámica. La Figura muestra una partícula en reposo y las fuerzas que actúan sobre ella

Diagrama de Shields – esfuerzo crítico

 U D  c = f  *c  = f ( R *) (s -  ) D    F* =

c (s -  ) D

Diagrama de Lane – esfuerzo crítico

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO • Yalin (1972) mostró que la grafica de Shields puede

ser expresada en términos del parámetro de Shields c y el parámetro de la partícula D* 13

 s  1 g   d* = D50  2   

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO • Van Rijn (1984) ajustó la curva de Shields en

términos del parámetro de Shields *c y el parámetro de la partícula d* 13

 s  1 g   d* = D50  2   

 * c  = 0 . 5 tan 

d*  0.30



 * c = 0 . 25 d * 0 . 6 tan 



0 . 3  d *  19

 * c = 0 . 013 d *0 . 4 tan 



19  d *  50

 * c  = 0 . 06 tan 



d*  50

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO Straub (1965) encontró relaciones prácticas par encontrar el umbral para el movimiento del sedimento a partir del diagrama de Shields. Consideró que el flujo turbulento se da a partir del valor del parámetro de Shields de 0,056 (en lugar de 0,06), consideró una gravedad específica de 2,65 y presentó los siguientes resultados (Ds en mm, h en pies) Material arrastrado por la corriente D  11,02 h S s

Ds  13,12 h S

Material que queda depositado

En lugar de encontrar el esfuerzo crítico, Straub propuso hallar la pendiente critica para la iniciación del movimiento en función de la profundidad del flujo h y del tamaño del sedimento Ds.

S c  0,00025 Ds  0,8 / h

Ds en mm, h en pies

Para que haya arrastre de sedimento Sc >S

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO

•

Shulits y Hill (1968) modificaron la curva de Shields para G = 2.65, viscosidad cinemática de 0.0000104 pie2/s; el esfuerzo critico en lb/pie2, tamaño del grano en pies

Para flujo turbulento sobre una superficie rugosa como es el lecho de gravas, el esfuerzo critico es linealmente proporcional al tamaño del sedimento ya que ele valor umbral del esfuerzo o parámetro de Shields permanece constante en 0,06 (asintota). Entonces, el Highway Research Board (1970) presentó una relación gráfica entre el esfuerzo crítico y D50 para una superficie horizontal y valores para material granular

En ríos de montaña las partículas empiezan su movimiento cuando los valores del esfuerzo crítico son menores que los estimados a partir del diagrama de Shields, ya que Shields no considera el empuje de sustentación (Baker y Ritter, 1975, Geological Society of America Bulletin, V86, p975-978).

Si D50 representa la condición promedia para el lecho, Çecen y Bayazit (1973) proponen:

Andrews (1983)

 Di    c = 0,0834   D50 

Di  2   c  0,046; D50 Criterio de Shields

 D84  Ks   1,6  D50  D16  0 ,872

Di  0,5   c  0,153 D50

c  RS c =  0,06   s    Ds  s    Ds

Si G = 2,65; R = Y (Canal ancho):

0 , 28

R S  0,06 G  1 Ds  Ds  10,1 R S

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO – partículas del lecho

Shields

D Vc  a   g (G  1) D50  Yo 

1 / 6

a  1,89, R*  400



a  1,38, R*  10 0,2  D  15,5 mm

Vc 5,53 D Yo    1,03  G  2,70 2 / 3 4,75  D Yo  g (G  1) D50 6,7  Yc D  8,70 1 / 2

Rottner

Neill

Straub

Bogardi

Vc g (G  1) D50

D  1,41    Yo 

D Vc  1,49   g (G  1) D50  Yo  D Vc  1,70   g (G  1) D50  Yo 

0 , 085

1 / 6

1 / 6

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO – partículas del lecho

Garde

Vc  1,63  0,50 log D Yo  g (G  1) D50

Ackers & White

Yang

Vc  1,04  0,96 log D Yo ; D  2,4 mm g (G  1) D50

Vc 2,5 U D   0,66  1,2  *  70 wo log U * D  0,06  

Vc U* D  2,05   70 wo  Vc   

U* D  1,15 

Umbrales para la velocidad Velocidad Crítica, Vc , Velocidad permisible, Vp. La velocidad crítica se define como la velocidad mínima que requiere una partícula del lecho de diámetro D, para iniciar su movimiento (bajo unas ciertas condiciones de flujo). La velocidad permisible depende de las características del material que conforma el canal y expresa la velocidad máxima que admite el canal antes de que empiece a erosionarse

Colby (1964):

Vc  5.25 h1 10 D1 3

Melville and Sutherland (1988):

h  Vc  5.75 U* c log  5.53  D 

Froehlich (1988):

h Vc  1.58   D

16

s  1 g D

Diagrama de Hjulström – velocidad crítica

Velocidad permisible - Tabla de Fortier y Scobey (1926)

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO

Valores umbrales para material granular a 20°C

INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO – partículas en suspensión

U*  w  suspensión Bagnold (1964)

U *c 1 w

 Bagnold

U *2c w2   c susp  g (G  1) D50 g (G  1) D50 Engelund

Delft Hydraulics (1982)

U*c  0,25  saltos continuos w

U*c 4  w D*

 1  D*  10

U*c  0,4  D*  10 w