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Fundamentos del transporte de sedimentos - Coggle Diagram
Fundamentos del transporte de sedimentos
Consta de transporte de sedimentos en suspensión y transporte de depósitos arrastrados por la corriente
El transporte de depósitos arrastrados por la corriente se da en el área cercana al fondo y es un factor muy importante de moldeado del lecho de río.
Los sedimentos que se depositan (sedimentación) o transportan (erosión o formación de socavación) pueden, p.ej., modificar la sección transversal por la que pasa el flujo o los perfiles de la superficie del agua.
Puede modificar la estructura del fondo (formación de ripples o dunas, modificación de la rugosidad).
Los sedimentos transportados como materias en suspensión solo son relevantes para el equilibrio de transporte, cuando se depositan y contribuyen a la sedimentación
Inicio del movimiento de sedimentación
Tres posibilidades:
Exceso frecuente o permanente: formación de ripples o dunas en el fondo
Exceso solo en casos extremos como marejadas o inundaciones: cambio repentino del fondo
Ningún exceso: depósito del material en suspensión, el fondo puede enlodarse a medio plazo.
Los sedimentos constan de granos de distinto tamaño. Los granos grandes están más expuestos al flujo y resisten mayores fuerzas de flujo que los granos pequeños.
Los granos pequeños pueden ser protegidos por los granos grandes (efecto de escondido) y empiezan a moverse con fuerzas de flujo mayores como granos no protegidos.
Estructura de las capas móviles en aguas corrientes
La velocidad de flujo del agua cerca del fondo del canal se aproxima a cero. Esta región se denomina capa límite. La subcapa viscosa se encuentra justo por encima del fondo del canal y es muy delgada. La formación de la subcapa viscosa depende de las características de la superficie del fondo del canal.
Contorno hidráulico liso
Cuando los elementos de rugosidad, como los granos de sedimentos, se encuentran completamente dentro de la subcapa.
Entre la capa de sedimentos y el flujo se produce a velocidades de flujo bajas (subcapa viscosa delgada) y/o con granos de diámetros pequeños de los sedimentos.
Contorno hidráulico rugoso
Cuando los granos de sedimentos sobresalen de la subcapa
Si los granos tienen un diámetro grande (>0,6mm) y/o las velocidades de flujo son altas (capa viscosa gruesa)
Formas del transporte de sedimentos
En un grano de sedimento en un flujo actúan distintas fuerzas. La forma del transporte de sedimentos depende del tamaño, la masa y la forma del grano y de la fuerza de flujo que actúa.
Los granos grandes (p.ej., piedras) ruedan o se deslizan sobre el fondo, mientras los granos de arena pequeños se convierten en materia en suspensión. Los granos de sedimentos más grandes que la arena, p.ej., grava fina, pueden transportarse también en saltación.
Rodadura (rolling)
Los sedimentos permanecen en contacto constante con el fondo. Normalmente, ruedan granos de sedimentos grandes, p. ej., piedras
Saltación
El grano de sedimentación, p.ej., pequeñas piedras de grava, es arrancado del fondo por el flujo y deja brevemente el suelo. El flujo lo arrastra consigo antes de que se vuelva a depositar. Parece como si el grano saltara.
Los depósitos son materias sólidas que se arrastran a lo largo del fondo. Los factores fundamentales son: descarga pendiente estructura del fondo cantidad de sustancias sólidas.
Transporte de sedimentos en
suspensión
Las materias en suspensión son materias sólidas suspendidas en el agua y sin contacto con el fondo.
Los factores fundamentales son:
Velocidad de sedimentación (diámetro del grano, forma del grano, densidad del grano, densidad del agua)
Parámetros de flujo (distribución de la velocidad en el canal, turbulencia)
Formas de lecho
Los sedimentos comienzan a moverse, se producen irregularidades en el fondo del canal, lo que se denomina forma de lecho. Estas irregularidades pueden alcanzar una altura de aprox. 1/3 de la profundidad de descarga.
Básicamente existen tres formas básicas de lecho:
Ripple
Ripples de corriente
El diámetro máximo del grano de arena para la generación de ripples es de aprox. 0,6mm, 3.5cm de alto, una longitud de onda de 4.60 cm.
Son tan pequeños que su influencia en el flujo no alcanza a la superficie.
Se producen por procesos en la capa
límite
Ripples de olas
Se forman por las ondas superficiales del agua en áreas de aguas poco profundas. Los ripples asimétricos se producen, p.ej., por la superposición de un flujo con ondas superficiales.
Dunas
Son ripples grandes y pueden considerarse como umbrales mayores y a menudo más regulares. Su altura depende de la profundidad de descarga.
Antidunas
Los ripples y las dunas se mueven en la dirección del flujo, las antidunas se mueven en dirección contraria al flujo.
Transporte de sedimentos en pilares de puentes
Las estructuras como, p.ej., pilares de puentes, pueden modificar a largo plazo el fondo del canal de aguas corrientes.
Formación de socavación en el fondo del canal en el entorno directo de la estructura. Incluso cuando no existe un transporte de sedimentos en las aguas corrientes. En este caso hablamos de socavación en agua clara.
Causas principales para la formación de socavación en estructuras:
Socavación por contracción
La reducción de la sección transversal del flujo por la estructura. Las velocidades de flujo elevadas inducen una capacidad de transporte elevada.
La erosión en la base o en la cimentación del pilar puede tener consecuencias fatales, que eventualmente pueden provocar el hundimiento de la estructura.
Aparición de erosión
local
El flujo es desviado localmente por la estructura. En el entorno directo de la estructura se forman sistemas de vórtice muy turbulentos, que provocan velocidades locales elevadas.
Aumenta la tasa de erosión de los sedimentos.
