Transporte de sedimentos en hidráulica fluvial, Apuntes de Estructuras y Máquinas Hidráulicas

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OBRAS HIDRÁULICAS^ Hidráulica fluvial Transporte de sedimentos

Curso:^ 2011/2012Profesor: Luis Cea Gómez Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Profesor:^ Luis^ Cea^ Gómez

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos

^ Carga de fondo^

q^ sb ^ Carga en suspensión q

^ Material del lecho ^ Carga de lavadoss Asignatura : Obras Hidráulicas Profesor : Luis Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Máximas  100 g / l (4%)Muy altas  1 g / lMínimas  0.001 g / l Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Características del sedimento (

ρ, D)s

3 T/m2.65ρ  s

ψ (^22) D  (^) (mm) (^) ( ) )(DLn(mm)Dlog (mm) 2 (2)Ln Tipo^ D (mm)

^

Notas Arcilla^ < 0.

9^

cohesivo Limos^ 0.002 ~ 0.

4 ~ 9^ Cohesivo ~ no-cohesivo Arena^ 0.062 ~ 2

-1 ~ 4^ No-cohesivo Grava^^2

6 1

No cohesivo Grava^ 2 ~ 64

-6 ~ -^

No-cohesivo Cantos^ 64 ~ 256

-8 ~ -^

No-cohesivo Bloques^ > 256

< -^

No-cohesivo q^ Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos

(^1) 0 9

(^1) 0. Distribución unimodal

Distribución bimodal 0.90.80.70.6 0.

0.9f()0.8 0.7 0.6 0.

f()

0.40.30.20.1^0

0.4p()0.3 0.2 0.

p()

0 -4^ -3^ -^

-1^0 2 

0 -4^ -2^0

4 6 8

10  Arenas^

Arenas^ GravasCantos Ríos de arena^

Ríos de grava Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

U^ b^ l d^ i^ Hidráulica Fluvial i^ t

Transporte de sedimentos^ Umbral de movimiento.Shields (1936)

Ensayos de Shields:

No considera: y ^ Parametros:^ ρ,^ ρ,^ ν, D,s

tb ^ No-cohesivo ^ D uniforme (sin acorazamiento)

^ Efecto turbulencia ^ Cohesión (limos y arcillas) ^ Acorazamiento ^ Fondo horizontal ^ Flujo estacionario y uniforme

^ Pendiente del fondo ^ Flujo no estacionario

arrastreFuerzaτ

*^ bτ 

F=(P – F).tgΦ^ RL^

FL F D

^ ^

particulasPesoDgρ

τ^ ρ^ ^ s

P c LFF DL

Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

c^ D

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos U b^ l d^ i^ i^ t τ* bτ   

Du*D 

Umbral de movimiento.Shields (1936) τ   ^ Dgρρ^50 s^

D*^ ν Turbulento liso^1

Turbulento rugoso Movimiento 0.1^ V^ *^

V^ * ^



Reposo

*τc

0.01^1

^



p DD^ *^ * Asignatura : Obras^ Hidráulicas Profesor : Luis^ Cea

U^ b^ l d^ i^ Hidráulica Fluvial i^ t

Transporte de sedimentos^ Umbral de movimientoEjercicio

Un canal de drenaje excavado en

material granular

tiene una pendiente del^ i=0.05%^ y una sección rectangular de

B=10m^ de ancho. Se desea que funcione en condiciones estables con calados de hasta

h=2 m. Considerar como simplificación régimen uniforme (i=I) y B>>h. ^ Calcular la velocidad de fricción de fondo en el centro del canal para h=2m. ^ Calcular el tamaño mínimo del sedimento para que no se produzcatransporte de fondo.p ^ Calcular el caudal que pasa por el canal para las condiciones anteriores ypara el tamaño de sedimento calculado

Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Umbral de movimiento en taludTalud longitudinal

 tgθ

tgθ (^1) cosθτ tg

τ^ c,0tc,

(^1) 0.8 0.6τtc,  0.4 τ oc, 0.2 0 0 5 10 15 20

25 30 35

40

θ^ (d^ ) θ^ (deg) Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Umbral de movimiento en taludTalud transversal 2 2

^ ^

^ 

^ ^ ^

c,t^

c,t^ L c,^

c,0^ D τ^

τ^ c 1+ C sin^ θ^1 C^ cos^ θ^ C^

C^ tg τ^ tg^

τ^ c

^ ^ 

^ 

^  ^ ^ 

^ ^ ^

^ ^

^ 

^  

^ 

^  

^ ^22 ^ tc, c,

L^

τtgθ^1 cosθtgτ

0 c

 F D

cLFF  DL FLc^ D

P.sinθ F=(P cosθ^ - F) tgΦRL^ P^ θ^ Asignatura

F(P.cosθR^ : Obras Hidráulicas Profesor : Luis Cea F).tgΦL^

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Distribución de tensiones en una sección Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Umbral de movimiento en taludEjercicio

Un canal de drenaje excavado en arena tiene una pendiente de i^ 0 0003^

ió^ id l^

l^ d^ d^ 30º^

l

i=0.0003 , y una sección trapezoidal con

taludes de 30º^ con la horizontal. Se pretende que funcione en condiciones estables (sintransporte de sedimentos) con calados de hasta

h=1.5m^ (suponer que no hay formas de fondo)no hay formas de fondo). ^ Calcular el tamaño mínimo que debe tener la arena del fondo en elcentro de la sección para que no se produzca transporte de sedimentos ^ Calcular el diámetro característico mínimo que debe tener el material delos taludes para no ser arrastrado por el agua (suponer un ángulo derozamiento interno de 32º).

Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos

Umbral de transporte en suspensión wu  Condición para transporte en suspensión generalizado (van Rijn,1984) s* 10

bedload and suspended load transportwu ^ s* negligible suspension

1

g g *τ^0 c^ 0.

bedload transport 0.011.E+00^ 1.E+^

1.E+02^ 1.E+^ 1.E+04^ 1.E+^ 1.E+ no motion sand^ gravelsilt^ Re^ p^ Asignatura :^ Obras^ Hidráulicas^ Profesor :^ Luis^ Cea

Hidráulica Fluvial Transporte de sedimentos Umbral de transporte en suspensión

wu  Condición para transporte en suspensión generalizado (van Rijn,1984)^ s*^ Asignatura

:^ Obras^ Hidráulicas Profesor :^ Luis^ Cea