transporte de sedimentos
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texto de mecanica de fluidos IITRANSCRIPT
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INTRODUCCION AL TRANSPORTE DE SEDIMENTOSM.Sc. Ing. Roberto Campaa ToroUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
MECANICA DE FLUIDOS (HH-224 K)
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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
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ORIGEN DE LOS SEDIMENTOS
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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
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Mecnica de la erosin laminar
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Erosin laminar
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Deslizamientos en Masa
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Meteorizacion
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Erosin de Riberas
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Mecnica del Transporte Slido
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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
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El inicio del movimiento se producira cuando el momento ejercido por las fuerzas actuantes excedan al momento ejercido por las fuerzas resistentes.
Ma > Mr
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La iniciacin del movimiento se describe usualmente mediante:
Esfuerzo Cortante CrticoVelocidad Crtica
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El movimiento ocurre cuando las condiciones existentes producen velocidades y esfuerzos cortantes actuantes mayores que los crticos
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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.
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DIAGRAMA DE SHIELDS
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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Modalidades de Transporte Slido
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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.
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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.
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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.
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FORMAS DE FONDO
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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
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En lechos de Naturaleza Fina
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Los lechos de material fino adoptan configuraciones caractersticas.
Dichas configuraciones dependen principalmente de la velocidad media del flujo.
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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.