MOVIMIENTO INCIPIENTE DE SEDIMENTOS 6.0 > w/V* > 2.0

MOVIMIENTO INCIPIENTE DE SEDIMENTOS
6.0 > w/V* > 2.0
transporte de fondo
por deslizamiento y rodamiento
2.0 > w/V* > 0.7
transporte de fondo por saltación
0.7 > w/V* > 0
transporte en suspensión
V* = gRI
MOVIMIENTO INCIPIENTE DE SEDIMENTOS
Criterio basado en el esfuerzo cortante
Movimiento de partículas existe si el esfuerzo
cortante del lecho (τ) supera al esfuerzo cortante
crítico (τc).
Esfuerzo cortante del lecho (τ)
τ = γ w RI
Esfuerzo cortante crítico (τc)
Meyer-Peter y Muller
Laursen
τ c = 0.047(γ s − γ w )Dm
τ c = 0.039(γ s − γ )D50
Diagrama de Shields
Esfuerzo cortante crítico - Velocidad crítica Vs R*c
V*c =
τc
ρ
Diagrama de Shields
Esfuerzo cortante crítico - Velocidad crítica Vs D50
MOVIMIENTO INCIPIENTE DE SEDIMENTOS
Criterio basado en la velocidad
•
Velocidad crítica, Vc vs. Velocidad del flujo, V
•
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).
MOVIMIENTO INCIPIENTE DE SEDIMENTOS
Velocidad del flujo, Chezy
1 2 / 3 1/ 2
V = C RI = R I
n
Manning
1
6
R
C=
n
⎛ 12 R ⎞
⎟⎟
C = 18 log⎜⎜
⎝ D90 ⎠
m/s
m1/2/s
m1/2/s
Rugosidad por
asociación visual
n=?
n = 0.073,
Barnes,1967
Coeficientes de rugosidad de Manning. Chow V. T., 1982.
Valor de n
Tipo de cauce y descripción
Mínimo
Normal
Máximo
D. Cauces naturales menores (ancho superior a nivel de crecida menor que 30 m)
D1) Cauces en planicie
1) Limpio, recto, nivel lleno, sin fallas o pozos profundos
2) Igual que arriba pero más piedras y pastos
3) Limpio, curvado, algunos pozos y bancos
4) Igual que arriba pero algunos pastos y piedras
5) Igual que arriba, niveles más bajos, pendiente y secciones más inefectivas
6) Igual que 4, pero más piedras
7) Tramos sucios, con pastos y pozos profundos
8) Tramos con muchos pastos, pozos profundos o recorridos de la crecida con mucha
madera o arbustos bajos
0.025
0.030
0.033
0.035
0.040
0.045
0.050
0.075
0.030
0.035
0.040
0.045
0.048
0.050
0.070
0.100
0.033
0.040
0.045
0.050
0.055
0.060
0.080
0.150
0.030
0.040
0.040
0.050
0.050
0.070
D2) Cauces de montaña, sin vegetación en el canal, laderas con pendientes usualmente
pronunciadas, árboles y arbustos a lo largo de las laderas y sumergidos para niveles
altos
1) Fondo: grava, canto rodado y algunas rocas
2) Fondo: canto rodado y algunas rocas
Ecuaciones empíricas para n
Corrientes de Montaña
Strickler, 1923
Posada, 1998
Limerinos, 1970
Jarrett R.D., 1984
Universidad del Cauca, 2003
1/ 6
D50
n=
21
1/ 6
D90
n=
24
0.113R 1 / 6
n=
⎛ R
1.16 + 2 log⎜⎜
⎝ d 84
n = 0.3224 S f
n=
0.38
⎞
⎟⎟
⎠
R −0.16
1
6
0.113R
⎛ R ⎞
⎟⎟ + 1.20268
1.379 log⎜⎜
d
⎝ 90 ⎠
Criterio basado en la velocidad del flujo
Velocidad crítica
Melville and Sutherland (1988)
Froehlich (1988)
HEC-18
h⎞
⎛
Vc = 5.75U *c log ⎜ 5.53 ⎟
D⎠
⎝
16
⎛h⎞
Vc = 1.58 ⎜ ⎟
⎝D⎠
1
6
Vc = 6.19h D
Movimiento: V > Vc
(s − 1) g D
1
3
50
Diagrama de Hjulström. García F., M. y Maza A., J. A. (1997)
Fortier y Scobey para el US Bureau of Reclamation.
French. R. H. 1988
Material
n
Agua limpia
Agua con limos
coloidales
V (m/s)
τ0 (N/m2)
V (m/s)
τ0 (N/m2)
Arenas finas, no coloidales
0.020
0.457
1.29
0.762
3.59
Franco arenoso, no coloidal
0.020
0.533
1.77
0.762
3.59
Franco limoso, no coloidal
0.020
0.610
2.30
0.914
5.27
Limos aluviales, no coloidales
0.020
0.610
2.30
1.07
7.18
Tierra negra firme común
0.020
0.762
3.59
1.07
7.18
Ceniza volcánica
0.020
0.762
3.59
1.07
7.18
Arcilla dura, muy coloidal
0.025
1.140
12.4
1.52
22.0
Limos aluviales, coloidales
0.025
1.140
12.4
1.52
22.0
Pizarra y tepetate
0.025
1.830
32.1
1.83
32.1
Grava fina
0.020
0.762
3.59
1.52
15.3
Tierra negra graduada a piedritas
cuando no es coloidal
0.030
1.140
18.2
1.52
31.6
Limos graduados a piedritas
cuando es coloidal
0.030
1.220
20.6
1.68
38.3
Grava gruesa no coloidal
0.025
1.220
14.4
1.83
32.1
Piedritas y ripio
0.035
1.520
43.6
1.68
52.7
Velocidades no erosivas para suelos (m/s).
Adaptada de Richardson E. V., Simons D. B. y Julien P. Y. 1993
Clase de suelo
Tamaño (mm)
Profundidad
del agua
(m)
0.40
1.0
2.0
3.0
4.60
3.60
2.29
1.58
1.25
1.01
0.79
0.67
0.55
0.46
0.37
0.30
5.09
4.08
2.71
1.89
1.43
1.13
0.91
0.76
0.64
0.55
0.46
0.40
5.79
4.69
3.11
2.19
1.65
1.25
1.01
0.85
0.73
0.64
0.55
0.49
6.19
5.00
3.41
2.50
1.86
1.40
1.16
0.94
0.82
0.70
0.61
0.55
Limo arenoso
Suelos tipo loes en la
condición de sedimentación
final
1.01
1.19
1.40
1.49
1.31
0.79
1.01
1.19
Conglomerado,
marga,
pizarra y caliza porosa.
Conglomerado
compacto,
caliza laminada, arenosa o
masiva.
Arenisca,
caliza
muy
compacta.
Granito, basalto y cuarcita.
2.0
2.5
3.0
3.0
3.5
4.0
4.0
5.0
6.0
15.0
18.0
20.0
Piedras grandes
Piedras medianas
Piedras pequeñas
Grava muy gruesa
Grava gruesa
Grava mediana
Grava fina
Grava muy fina
Arena muy gruesa
Arena gruesa
Arena media
Arena fina
> 256
256 - 128
128 - 64
64 - 32
32 - 16
16 - 8
8 - 4
4 - 2
2 - 1
1 - 0.5
0.5 - 0.25
0.25 - 0.125
3.5
4.5
6.5
22.0
Acorazamiento del cauce
El acorazamiento de un cauce se produce cuando el lecho
tiene sedimentos con gradaciones extendidas de forma que
el flujo de agua remueve las partículas finas ocasionando un
reacomodo de las partículas más gruesas que forman una
coraza