72332338 transporte de sedimentos

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Departamento de HidrDepartamento de Hidrulica, FIC.ulica, FIC.Dr. Constantino DomDr. Constantino Domnguez Snguez Sncheznchez

DEFINICIONDEFINICIONEL MOVIMIENTO DE LOS SEDIMENTOS EN LAS CORRIENTES AFECTA LA MORFOLOGIA DEL CAUCE, VARIANDO SU CONFIGURACION EN EL TIEMPO (SECCION TRANVERSAL Y FORMA EN PLANTA). TAMBIEN ESTE MOVIMIENTO DE MATERIALES EN EL RIO AFECTA A DIVERSIDAD DE ESTRUCTURAS ALTERANDO SU NORMAL FUNCIONAMIENTO. LA OBTENCION DEL VOLUMEN DE SEDIMENTO TYRANSPORTADO POR EL RIO TIENE IMPORTANCIA EN EL CALCULO DE LA CAPACIDAD DE AZOLVE EN PRESAS, EN EL DIMENSIONAMIENTO DE TRAMPAS DE SEDIMENTOS PRINCIPALMENTE.

CLASIFICACION

EXISTEN DOS FORMAS DE MOVERSE EL MATERIAL EN EL RIO QUE PUEDEN COEXISTIR O DARSE POR SEPARADO:

ARRASTRE DE FONDO O CARGA DE FONDO.

TRANSPORTE EN SUSPENSION O CARGA EN SUSPENSION

TRANSPORTE POR ARRASTRE DE TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDOFONDO

EL ARRASTRE DE FONDO ES LA FORMA MS AGRESIVA DE TRANSPORTE DE MATERIALES EN LOS RIOS, ESTA RELACIONADA CON LA EXISTENCIA DE ESFUERZOS TANGENCIALES MUY SUPERIORES AL CRITICO O DE RESISTENCIA DE LOS MATERIALES DEL FONDO.

EL ARRASTRE DE FONDO ES EL MATERIAL QUE FORMA EL FONDO DEL CAUCE Y QUE ES ARRASTRDO POR LA CORRIENTE DENTRO DE UNA CAPA ADYACENTE AL FONDO Y CUYO ESPESOR ES IGUAL A DOS VECES EL DIMETRO DE LA PARTICULA CONSIDERADA

FONDO

co >>2D

d

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDOFONDO

PARA EVALUAR EL ARRASTRE DE FONDO EXISTEN MULTITUD DE PROCEDIMIENTOS Y FORMULACIONES (DUBOYS, SCHOKLISTCH, EINSTEIN, ETC.). LA MAYORIA DE ELLAS DESARROLLADAS EN LABORATORIO O EN TRAMOS DE RIOS PILOTO. POR LO QUE SU APLICABILIDAD AL RIO QUE SE PRETENDE ESTUDIAR DEBERA CONSIDERAR CARACTERISTICAS SIMILARES AL DE ORIGEN DE LA FORMULACION.

FORMULA DE DUBOYS

ES LA FORMULACION MAS ANTIGUA (1879), SE FUNDAMENTA EN LA CAPACIDAD DE ARRASTRE DE LA CORRIENTE POR EXCESO DE LA TENSION DE CORTE O ESFUERZOS CORTANTES PROVOCADOS POR LA CORRIENTE.

EL UMBRAL DE INICIO DE LA EROSION ESTA DADO POR

co =POR TANTO PARA QUE EXISTA ARRASTRE SE DEBE CUMPLIR

co > 0

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO SEGFONDO SEGN DUBOYSN DUBOYS

EL VOLUMEN DE MATERIAL TRANSPORTADOS SE CALCULA CON LA ECUACION SIGUIENTE:

( )coob Kq =K ES UN PARAMETRO EL CUAL SEGN STRAUB SE OBTIENE CON:

43

170

D

.K =

Y EL ESFUERZO CRITICO CON LA EXPRESION

D..c 01900610 +=EN AMBAS EXPRESIONES D ES EL DIAMETRO DE LA PARTICULA EXPRESADO EN MILIMETROS.

EL VOLUMEN TRANSPORTADO EN kg/s m

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO SEGUN EINSTEINFONDO SEGUN EINSTEIN

EINSTEIN (1942,1950) PRESENTO EL ESTUDIO MAS RIGUROSO Y EXTENSO DE TODOS LOS PRESENTADOS HASTA LA FECHA. ESTA FORMULACION SE FUNDAMENTA EN LOS CONCEPTOS EMPLEADOS POR EL EN SUS ESTUDIOS SOBRE RESISTENCIA AL FLUJO EN CAUCES DE LECHO MOVIL. LA INOVACION QUE SUPONE EL METODO PARA OBTENER EL CAUDAL SOLIDO TRANSPORTADO POR ARRASTRE DE FONDO, ES EL PROPONER UN ANALISIS PROBABILISTICO DEL HECHO DE QUE UNA PARTICULA SEA ARRASTRADA DEL LECHO DEBIDO A LAS FLUCTUACIONES DE LA VELOCIDAD.

RECORDEMOS LAS ECUACIONES DE RESISTENCIA DE EINSTEIN:

SgRU ''*

=

U* Velocidad crtica de corte asociada a la partcula, en (m/s)

R Radio hidrulico asociado a la partcula, en (m)

S Pendiente longitudinal del ro

g Aceleracin de la gravedad, en (m/s2)

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOFONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJO

=

65

2712755DR.log.

UU '

'*

D65 Tamao o Dimetro del material correspondiente al 65 % o menor, en (m)

U Velocidad media del flujo en el ro, en (m/s)

x Factor de correccin por velocidad, es funcin del dimetro y del espesor de la sub capa laminar, se obtiene de grficas o tablas como lo mostrado a continuacin.

x

D65/

D65/ 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 2.0 4.0 6.0 10.0

x 0.7 1.0 1.38 1.56 1.61 1.38 1.10 1.03 1.0


*

6.11U

=

Espesor de la sub capa laminar, en (m)

Viscosidad del fluido, en (m2/s)

SRDs'

35'

=

Parmetro de intensidad de corte

D35 Tamao o dimetro del material correspondiente al 35 % o menor, en (m)

s Peso especfico del material del fondo, en (kg/m3).

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOFONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOLA VELOCIDAD CORTE ASOCIADA A LA FORMA DEL LECHO O CONFIGURACION DEL FONDO, ES FUNCION DEL PARAMETRO DE INTENSIDAD DE CORTE Y SE OBTIENE CON LA AYUDA DE LA GRAFICA SIGUIENTE:

)(UU '

"*

=

U* Velocidad de corte asociada a la forma del lecho, en (m/s)


EL RADIO HIDRAULICO ASOCIADA A LA FORMA DEL LECHO O CONFIGURACION DEL FONDO, SE OBTIENE CON LA ECUACION SIGUIENTE:

gSU

R"*" =

EL RADIO HIDRAULICO TOTAL

"' RRR +=LA AREA HIDRAULICA EN FUNCION DEL RADIO HIDRAULICO SE OBTIENE DE GRAFICA PARA LA SECCION TRANVERSAL DEL RIO.

RELACION Rh vs Ah

y = 2E-05x3 - 0.0021x2 + 0.0998x

0.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

AREA HIDRAULICA, EN m2

R

A

D

I

O

H

I

D

R

A

U

L

I

C

O

,

e

n

m

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOETAPA RESISTENCIA FLUJO

FINALMENTE EL CAUDAL O GASTO:

UAQ =EL CALCULO DE LA RESISTENCIA AL FLUJO EN PUEDE REALIZARSE TENIENDO COMO BASE LA TABLA SIGUIENTE:

R' U' D65/ x U ' U/U'' U'' R" R A Q Pmm m/s m/s m/s m m m2 m3/s m

RESISTENCIA AL FLUJO

EL PROCEDIMIENTO DE CALCULO INICIA CON LA SUPOSICON DEL RADIO HIDRAULICO ASOCIADO A LA PARTICULA HASTA QUE SE IGUALE EL RADIO HIDRAULICO O EL GASTO CALCULADO CON EL QUE SE TIENE COMO DATO.

UNA VEZ COMPLEMENTADOS LOS CALCULOS DE LA TABLA ANTERIOR SE PROCEDE A LA DETERMINACION DE LOS PARAMETROS Y VARIABLES QUE SE INDICAN EN LA TABLA SIGUIENTE:

D65/x X Y x (/x)^2 PE

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO PARAMETROS Y VARIABLESFONDO PARAMETROS Y VARIABLESEN LA TABLA ANTERIOR LA LONGITUD CARACTERISTICA (X), SE OBTIENE CON LA ECUACION SIGUIENTE:

81770 6565 .D

SiD

.X = O BIEN

81391 65 .D

Si.X = EL FACTOR DE CORRECCION POR PRESION (Y), ES FUNCION DEL TAMAO DE LA PARTICULA Y DEL ESPESOR DE LA SUB CAPA LAMINAR, SE OBTIENE DE GRAFICAS. EN ESTA GRFAFICA EL RESULTADO DE (Y) DIVIDIR ENTRE 10.

FACTOR DE CORRECCION POR FACTOR DE CORRECCION POR PESIONPESION

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO PARAMETROS Y VARIABLESFONDO PARAMETROS Y VARIABLES

LA FUNCION LOGARITMICA, CON LA ECUACION SIGUIENTE:

=

65

610D

X.Logx

Y LA FUNCION LOGARITMICA SIMPLE

( )610.Log=

EL PARAMETRO DE TRANSPORTE DE EINSTEIN CON LA ECUACION SIGUIENTE:

= R

D.Log.P

E65

2303032

ESTIMACION DEL ARRASTRE DE ESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO CALCULOSFONDO CALCULOS

LOS CALCULOS DEL TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO PUEDEN LLEVARSE AL CABO DE MABNERA SENCILLA SEGN LA TABLA SIGUIENTE

Di ib R' Di/X * * qbim m kg/s m

TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO

EN DONDE:

Di Tamao del material para el que se pretende evaluar el volumen transportado, en (m)

ib Fraccin de material correspondiente al tamao Di.

intensidad de corte de la partcula, se obtiene con la ecuacin.

SRD'is

=


FACTOR DE ESCONDIMIENTO (), ESTE PARAMETRO DEPENDE DEL TAMAO DE LA PARTICULA Y DE LA LONGITUD CARACTERISTICA, SE OBTIENE CON LA AYUDA DE LA GRAFICA SIGUIENTE

PARAMETRO INTENSIDAD CORTE (*), ASOCIADO AL ARRASTRE DE UNA PARTICULA.

2

=

x*

Y

FACTOR DE ESCONDIMIENTOFACTOR DE ESCONDIMIENTO


PARAMETRO INTENSIDAD DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS (*), DEPENDE DEL PARAMETRO DE INTENSIDAD DE CORTE (*), SE OBTIENE CON LA AYUDA DE LA GRAFICA SIGUIENTE:

FINALMENTE EL TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO ASOCIADO AL TAMAO Y FRACCION ESTUDIADO (qbi), EN (kg/s m), SE OBTIENE CON LA ECUACION SIGUIENTE.

50

3

.

is

s*biDgibq

=

PARAMETRO DE INTENSIDAD DE PARAMETRO DE INTENSIDAD DE TRANSPORTETRANSPORTE

TRANSPORTE EN SUSPENSIONTRANSPORTE EN SUSPENSIONSI EL MATERIAL DEL FONDO ES FINO O LA CORRIENTE TIENE UNA VELOCIDAD ALTA QUE GENERA UNA FUERTE TURBULENCIA, LA CORRIENTE TIENE SUFICIENTE PODER PARA LEVANTAR LAS PARICULAS DEL FONDO Y MANTENERLAS EN SUSPENSION. TAMBIEN PUEDEN MANTENERSE PARTICULAS EN SUSPENSION QUE PROCEDEN DE AGUAS ARRIBA Y ELLAS RECIBEN EL NOMBRE DE GASTO DE LAVADO.

PARA CUANTIFICAR LA CANTIDAD DE MATERIAL ES NECESARIO TOMAR MUESTRAS A DIFERENTES PROFUNDIDADES (y), Y CON ELLO DETERMINAR LA CONCENTRACION DE MATERIAL SOLIDO.

dy

yy

Perfil de concentracin

Perfil de velocidad 2D = A

ESTIMACION DEL TRANSPORTE EN ESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONSUSPENSION

LA FORMULA GENERAL PARA CONOCER LA CONCENTRACION EN UN PUNTO (y), CONOCIDA LA CONCENTRACION EN UN PUNTO (A), es:

Z

Ay AdA

yydCC

=

COMO PUEDE NOTARSE ESTA ECUACION NO ES VALIDA PARA y = d O PARA y = 0, YA QUE Cy = 0 PARA EL PRIMER CASO Y Cy ES IGUAL A INFINITO PARA EL SEGUNDO.

EL VALOR DE (Z), SE OBTIENE COMO:

'*

2UwZ i=

BETA (), TOMA EL VALOR DE LA UNIDAD CUANDO EL SEDIMENTO ES MUY FINO Y PARA PARTICULAS GRUESAS ES LIGERAMENTE MENOR QUE 1.

ESTIMACION DEL TRANSPORTE EN ESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONSUSPENSION

EN CADA PUNTO SITUADO A UNA DISTANCIA (y) DEL FONDO SE TIENE UNACONCENTRACION Cy Y UNA VELOCIDAD Uy, POR TANTO EL GASTO QUE PASA POR EL AREA DE ANCHO UNITARIO Y ALTURA y, es:

= d yys dyUCq0

CON ESTAS CONSIDERACIONES SE HAN ESTABLCIDO CREITERIOS O METODOSPARA CALCULAR EL TRANSPORTE EN SUSPENSION. TALES COMO, EL DE LANE-KALINSKE, BROOKS, TOFFALETTI, Y EINSTEIN.

A CONTINUACION SE PRESENTA EL METODO DE EINSTEIN, EL CUAL REQUIERE CONOCER RANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO.

)( 21 IIPqq Ebibsi +=LA FUNCION I1 E I2 SE OBTIENEN CON DE FORMA ANALITICA O BIEN DE GRAFICAS.

ESTIMACION DEL TRANSPORTE ESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONEN SUSPENSION

ECUACIONES PARA CALCULAR I1 E I2.

=

111

1)1(

216.0A

Z

Z

Z

dyyy

AAI

=

112 ln

1)1(

216.0A

Z

Z

Z

dyyyy

AAI

h

i

RDA 2=

LA FUNCION I1 E I2 SE CALCULAN PARA CADA FRACCION DE MATERIAL DE TAMAO Di.

FUNCION I1FUNCION I1

FUNCION I2FUNCION I2

EJEMPLO DE APLICACIONEJEMPLO DE APLICACIONDETERMINAR EL TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO Y EL TRANSPORTE EN SUSPENSION, SEGN LOS DATOS SIGUIENTES:

S D35 D65 v z R y' g sm m m2/s m T/m3 m/s2 kg/m3

0.00105 0.00029 0.00035 0.000001 2.00 0.50 1.65 9.81 2650.00

D %mm

0.495 17.800.351 40.200.248 32.000.175 5.80

DATOSR Am m2

0.00 0.000.41 13.000.53 22.300.76 39.481.00 59.461.26 90.111.54 136.101.84 223.00

DATOS

EJEMPLOEJEMPLO

RESISTENCIA AL FLUJO

R' U' D65/ x U ' U/U'' U'' R" R A Q Pm

m m/s m/s m/s m m m2 m3/s m

0.25 0.0507 1.5311 1.58 1.2084 1.8229 23.00 0.0525 0.2680 0.5180 20.00 24.17 38.61

0.90 0.0963 2.9051 1.20 2.5346 0.5063 90.00 0.0282 0.0770 0.9770 59.000 149.54 60.39

11.52651.26451.02530.91180.550.000222.4209

11.16700.75251.02531.18200.700.000320.9691

PE(/x)^2xYXD65/x

EJEMPLOEJEMPLO

TRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDO

Di ib R' Di/X * * qbi

m kg/s m

0.495 0.178 0.25 3.1114 1.5579 1 1.6389 5 0.1045

0.90 0.8643 2.2041 1 0.6011 9 0.1881

0.351 0.402 0.25 2.2063 1.1047 1.3 1.5108 6 0.1691

0.90 0.6129 1.5629 1 0.4262 12 0.3382

0.248 0.32 0.25 1.5589 0.7805 1.4 1.1495 7 0.0933

0.90 0.4330 1.1043 1 0.3011 19 0.2532

0.175 0.058 0.25 1.1000 0.5508 3.2 1.8541 4 0.0057

0.90 0.3056 0.7792 1.2 0.2550 23 0.0329

EJEMPLOEJEMPLO

TRANSPORTE EN SUSPENSION

Di ib R i z A I1 I2 qbsi

m m/s kg/s m

0.495 0.178 0.50 0.0620 3.0526 0.00198 0.0700 -0.18 0.0629

1.00 1.6089 0.00099 0.1800 -0.31 0.3320

0.351 0.402 0.50 0.0468 2.3046 0.00140 0.1100 -0.22 0.1705

1.00 1.2146 0.00070 0.2500 -0.39 0.8427

0.248 0.32 0.50 0.0329 1.6216 0.00099 0.1800 -0.31 0.1586

1.00 0.8547 0.00050 0.4000 -0.60 1.0153

0.175 0.058 0.50 0.0211 1.0379 0.00070 0.3500 -0.52 0.0194

1.00 0.5470 0.00035 0.6000 -0.90 0.1981

EJEMPLOEJEMPLO

TRANSPORTE TOTAL

R qbti qb qs qt

m kg/s m kg/s m kg/s m kg/s m

0.50 0.1674 0.3726 0.4114 0.7840

1.00 0.5201 0.8124 2.3881 3.2005

0.50 0.3396

1.00 1.1809 qb qs qt

0.50 0.2518 m3/s m m3/s m m3/s m

1.00 1.2685

0.50 0.0251 0.00014 0.00016 0.00030

1.00 0.2310 0.00031 0.00090 0.00121

DEFINICIONCLASIFICACIONTRANSPORTE POR ARRASTRE DE FONDOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO SEGN DUBOYSESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO SEGUN EINSTEINESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO ETAPA RESISTENCIA FLUJOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO PARAMETROS Y VARIABLESFACTOR DE CORRECCION POR PESIONESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO PARAMETROS Y VARIABLESESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO CALCULOSESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO CALCULOSFACTOR DE ESCONDIMIENTOESTIMACION DEL ARRASTRE DE FONDO CALCULOSPARAMETRO DE INTENSIDAD DE TRANSPORTETRANSPORTE EN SUSPENSIONESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONESTIMACION DEL TRANSPORTE EN SUSPENSIONFUNCION I1FUNCION I2EJEMPLO DE APLICACIONEJEMPLOEJEMPLOEJEMPLOEJEMPLO

72332338 transporte de sedimentos

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