Post on 02-Oct-2015
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INICIACIN DEL MOVIMIENTO
Cuando las condiciones del flujo son tales que elmaterial del lecho es estacionario, el canal secomporta como una superficie rgida; asumiendo flujouniforme, el equilibrio de fuerzas en la direccin delmovimiento permite igualar las fuerzas de gravedadcon las fuerzas de cizalladura.
Iniciacin del movimiento esquema de fuerzas
segmento de canal de longitud L, seccin transversal de rea A ypermetro mojado P; es el ngulo de inclinacin del lecho conrespecto a la horizontal, y o es el esfuerzo de cizalladura en ellecho y paredes del canal.
=senLA=senW
LP=Alat oo
SPA=;SL A=LP oo
SR=o
Umbrales para el esfuerzo cortanteEsfuerzo de cizalladura crtico, c. En condiciones crticas existeequilibrio entre las fuerzas de gravedad, el empuje de sustentacin,la fuerza de arrastre paralela al fondo y la fuerza ascensionalperpendicular al fondo, producida por la accin hidrodinmica. LaFigura muestra una partcula en reposo y las fuerzas que actansobre ella
Diagrama de Shields esfuerzo crtico
D)-(=F
)R(f=DUf=D)-(
s
c*
*
*c
s
c
Diagrama de Lane esfuerzo crtico
INICIACIN DEL MOVIMIENTO
Yalin (1972) mostr que la grafica de Shields puedeser expresada en trminos del parmetro de Shieldsc y el parmetro de la partcula D*
31250*g1sD=d
INICIACIN DEL MOVIMIENTO
Van Rijn (1984) ajust la curva de Shields entrminos del parmetro de Shields *c y el parmetrode la partcula d*
31250*g1sD=d
30.0*d tan5.0=* c
193.0tan25.0=*
6.0**
ddc 5019tan013.0=
*
4.0**
ddc tan06.0=* c 50* d
INICIACIN DEL MOVIMIENTOStraub (1965) encontr relaciones prcticas par encontrar el umbralpara el movimiento del sedimento a partir del diagrama de Shields.Consider que el flujo turbulento se da a partir del valor delparmetro de Shields de 0,056 (en lugar de 0,06), consider unagravedad especfica de 2,65 y present los siguientes resultados (Dsen mm, h en pies)
Material arrastrado por la corriente
Material que queda depositado
En lugar de encontrar el esfuerzo crtico, Straub propuso hallar lapendiente critica para la iniciacin del movimiento en funcin de laprofundidad del flujo h y del tamao del sedimento Ds.
Ds en mm, h en pies
Para que haya arrastre de sedimento Sc >S
ShDs 02,11ShDs 12,13
hDS sc /8,000025,0
INICIACIN DEL MOVIMIENTO
Shulits y Hill (1968) modificaron la curva de Shields para G =2.65, viscosidad cinemtica de 0.0000104 pie2/s; el esfuerzocritico en lb/pie2, tamao del grano en pies
Para flujo turbulento sobre unasuperficie rugosa como es el lechode gravas, el esfuerzo critico eslinealmente proporcional altamao del sedimento ya que elevalor umbral del esfuerzo oparmetro de Shields permanececonstante en 0,06 (asintota).Entonces, el Highway ResearchBoard (1970) present unarelacin grfica entre el esfuerzocrtico y D50 para una superficiehorizontal y valores para materialgranular
En ros de montaa las partculas empiezan su movimientocuando los valores del esfuerzo crtico son menores que losestimados a partir del diagrama de Shields, ya que Shields noconsidera el empuje de sustentacin (Baker y Ritter, 1975,Geological Society of America Bulletin, V86, p975-978).
Si D50 representa la condicinpromedia para el lecho, ecen yBayazit (1973) proponen:
153,05,0;046,02
0834,0=
5050
872,0
50
ci
ci
ic
DD
DD
DD
28,0
16
84
50
6,1
DD
DK s
Andrews (1983)
Criterio de Shields ssss
cc D
SRD
06,0=
Si G = 2,65; R = Y (Canal ancho): SRDDGSR ss 1,10106,0
6/1
50)1( oc
YD
aDGg
V
INICIACIN DEL MOVIMIENTO partculas del lecho
Rottner
Shields
Straub
Neill
Bogardi
10,38,1400,89,1
*
*
RaRa
6/1
50
49,1)1(
o
c
YD
DGgV
3/2
2/1
50 75,453,5
)1( ooc
YDYD
DGgV
70,87,670,203,15,152,0
DYG
mmD
c
6/1
50
41,1)1(
o
c
YD
DGgV
085,0
50
70,1)1(
o
c
YD
DGgV
INICIACIN DEL MOVIMIENTO partculas del lecho
Garde
Ackers & White mmDYDDGgV
oc 4,2;log96,004,1)1( 50
oc YDDGgV log50,063,1)1( 50
Yang 702,166,006,0log
5,2*
*
DUDUw
Vo
c
15,1
7005,2
*
*
DUV
DUw
V
c
o
c
Velocidad Crtica, Vc , Velocidad permisible, Vp. La velocidad crticase define como la velocidad mnima que requiere una partcula dellecho de dimetro D, para iniciar su movimiento (bajo unas ciertascondiciones de flujo). La velocidad permisible depende de lascaractersticas del material que conforma el canal y expresa lavelocidad mxima que admite el canal antes de que empiece aerosionarse
Umbrales para la velocidad
Dh53.5logU75.5V c*c
31101c Dh25.5V
Dg1sDh58.1V
61
c
Colby (1964):
Melville and Sutherland (1988):
Froehlich (1988):
Diagrama de Hjulstrm velocidad crtica
Velocidad permisible - Tabla de Fortier y Scobey (1926)
INICIACIN DEL MOVIMIENTO
Valoresumbrales paramaterialgranular a20C
INICIACIN DEL MOVIMIENTO partculas en suspensin
Bagnold (1964)
Delft Hydraulics (1982)
continuossaltosw
U c 25,0*
104,0
1014
*
*
*
*
*
Dw
U
DDw
U
c
c
Engelund
50
2*
50
2
)1()1( DGgU
DGgw c
suspc
suspensinwU *
Bagnoldw
U c 1*