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Fundamentos del Transporte de Sedimentos - Coggle Diagram
Fundamentos del Transporte de Sedimentos
Este consta de transporte de sedimentos en suspensión y transporte de depósitos arrastrados por la corriente
El transporte de depósitos arrastrados se da en el área cerca al fondo moldeando el lecho del río
Los sedimentos transportados en suspensión son relevantes para el equilibrio de transporte en la depositación y sedimentación
El transporte de depósitos arrastrados por la corriente es el componente fundamental, los que se depositan o transportan pueden modificar la sección transversal por la que pasa el flujo o los perfiles de la superficie del agua, también modifica la estructura del fondo (formación de ripples o dunas, modificación de la rugosidad)
Para evaluar el comportamiento de un canal normal se debe tener en cuenta las ecuaciones sobre conservación de energía, conservación del impulso, masa y equilibrio de transporte en el volumen de control
Formas del transporte de sedimentos
Actúan distintas fuerzas, la forma del transporte de sedimentos depende del tamaño, la masa y la forma del grano además de la fuerza de flujo que actúan.
Fuerzas que actúan en el fondo del canal:
v
: velocidad del flujo -> La fuerza de flujo que actúa en los granos pequeños es menor que en los grandes debido a la distribución de la velocidad de flujo
v
entre el fondo del canal y la superficie del agua
Ff
: Fuerza de flujo -> Es la fuerza resultante de la fuerza de sustentación
Ffl
: Fuerza de sustentación (lift) -> Actúa verticalmente
Ffd
: Fuerza de arrastre (drag) -> Actúa horizontalmente
Fg
: Peso -> Para que el grano de sedimento deje el fondo del canal la fuerza de sustentación debe ser mayor que el peso opuesto
Los granos grandes ruedan o se deslizan sobre el fondo
Rodadura
: Los sedimentos permanecen en contacto constante con el fondo
Saltación
: El grano es arrancado del fondo por el flujo y deja brevemente el suelo, arrastra antes de que se vuelva a depositar como si el grano saltara
Factores fundamentales de los depósitos con materias solidas
:
Descarga
Pendiente
Estructura de fondo
Cantidad de sustancias sólidas
Suspensión
: Materiales sólidos suspendidos en el agua y sin contacto con el fondo, tienen por factores:
Velocidad de sedimentación
: diámetro del grano, forma del grano. densidad tanto del grano como del agua
Parámetros de flujo
: distribución de la velocidad en el canal, turbulencia
Formas de lecho
La velocidad del flujo es más alta que la velocidad crítica, así se producen irregularidades en el fondo del canal o también llamado forma de lecho
Estas irregularidades pueden alcanzar alturas de 1/3 de la profundidad de descarga, existen tres formas básicas de lecho:
Ripples de corriente
:
Se producen por procesos en la capa límite así la profundidad de descarga mínima es aprox tres veces la altura del ripple, el diámetro máximo del grano para generar ripples es de aprox 0.6 mm. Los ripples generalmente tienen una media de 3 a 5 cm de alto y de longitud de onda de 4 a 60 cm, por ser pequeños su influencia en el flujo no alcanza a la superficie
Dunas
:
Son ripples grandes y pueden considerarse como umbrales mayores y regulares, la altura depende de la profundidad de descarga e influyen en el flujo hasta la superficie, los ripples y las dunas pueden aparecer superpuestos además se mueven en la dirección del flujo
Antidunas
:
Estos son menos comunes y se mueven en dirección contraria al flujo, las antidunas se forman con una descarga supercrítica y crean formas del fondo onduladas
Otros tipos de ripple:
Ripples de olas
: Se forman por las ondas superficiales del agua en áreas de aguas poco profundas
Ripples asimétricos
: Se producen por la superposición de un flujo con ondas superficiales
Formación y movimiento de ripples de corriente
Cuando alcanza la velocidad de flujo crítica para el movimiento de arena se forman pequeños cumules que son irregularidades en la superficie, algunos influyen en la capa límite por encima de la colina con el efecto bernoulli
Los granos de arena en la parte superior de la capa de sedimentos se siguen transportando continuamente
Transporte de sedimentos en pilares de puentes
Los pilares de puentes pueden modificar el fondo de canal de aguas corrientes, con condiciones de flujo modificadas por la estructura para formar socavones en el fondo del canal incluso se pueden producir cuando no existe transporte de sedimentos como en los
socavación en agua clara
Hay dos tipos de causas principales apara la formación de socavones:
Socavación por contracción
Aqui la reducción de la sección trasversal del flujo por la estructura y provoca velocidades de flujos mas altas que inducen tensiones de corte del fondo elevadas con alta capacidad de transporte
Socavación por la aparición de erosión local
La erosión en la base o cimentación del pilar pueden tener consecuencias fatales y pueden provocar el hundimiento de la estructura y para proveer la profundidad de la socavación prevista o tomar medidas de protección
Para la formación de
socavación en agua clara en el pilar cilíndrico
necesita ciertos factores:
Flujo descendente
Flujo alrededor del pilar
Vórtice en herradura
Vórtice de estela
Socavación
Para la
formación de socavación en agua clara
se necesita varios factores:
Distribución de la velocidad de la descarga
Distribución de la presión
Pilar cilíndrico
Remanso debido al pilar
Socavación
Profundidad de descarga
Profundidad de la socavación
Descarga
En el entorno directo de la estructura se forman vórtices muy turbulentos que provocan velocidades muy altas, así aumenta la masa de erosión
En la formación de socavones se dan dos tipos de vórtices:
Sistema de vórtice de herradura
Es el sistema fundamental en la formación de socavación que se producen por el flujo dirigido hacia abajo en el lado de aguas arriba de la estructura, el flujo dirigido se origina debido a la caída de presión
Sistema de vórtice de estela
Estos se originan con la separación de la capa limite en los lados del cilindro expuestos a flujos alrededores
Huella de obstáculo fluvial
En la formación de socavación es importante la sedimentación producida después del obstáculo, denominada encenagamiento estos se agrupan bajo el termino huella de obstáculo fluvial
Inicio del Movimiento
Se ponen en movimiento cuando se excede la tensión de corte crítica del fondo, y se encuentran tres posibilidades:
Exceso en casos extremos como marejadas o inundaciones
: cambio repentino del fondo
Exceso frecuente o permanente
: Formación de ripples o dunas de fondo
Ningún exceso
: Depósito del material en suspensión en el fondo pueden convertirse a lodo a medio plazo
Los granos grandes están expuestos al flujo mientras que los granos pequeños están protegidos por los grandes