TEMA V PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS EN UN CAUCE

OBJETIVO: Analizar las principales propiedades del binomio agua-suelo, que permitan estudiar los problemas fundamentales de la hidráulica fluvial.

V.1 Distribución teórica de la granulometría.

V.2 Velocidad de caída de una partícula.

V.3 Inicio de arrastre en suelos cohesivos y granulares. Diámetro equivalente.

V.4 Diseño de cauces sin arrastre.

La hidraulica fluvial es la rama de la hidraulica que estudia las  interacciones entre  los flujos de agua y sedimento. de aquí la  importancia de conocer las propiedades del agua, de los sedimentos y  la manera como estos se originan.

La superficie de la tierra es atacada principalmente por dos agentes,  el aire y el agua. Dichos agentes son el detonante de los diversos  procesos fisicos y quimicos que destruyen y transforman las rocas.  cuando esto ocurre se dice que la roca ha quedado intemperizada.

Clasificacion de los procesos de intemperización: 

•los que causan la desintegración física o mecánica de las rocas y

•los que originan descomposición química. 

•La desintegracion mecanica comprende: 

•cambios periódicos de temperatura: calentamiento y enfriamiento debido a cambios  de temperatura diurnos o estacionales.

•congelación: al quedar atrapada el agua en los poros y fisura de la roca, al  congelarse se dilata provocando la fractura de la roca productos esperados: gravas y arenas principalmente, en ocasiones  limos (la roca es quebrada y luego se va fragmentando).

V.1 Distribución teórica de la granulometría

 Tamaño. La propiedad más importante de una partícula de sedimento es su tamaño por lo cual, ha sido la única propiedad que caracteriza los sedimentos. Solamente si la forma, densidad y distribución granulométrica son semejantes en diferentes sistemas hidráulicos, se pudiese considerar que la variación de su tamaño define la variación del comportamiento del sedimento.

Forma. Es una característica que determina el modo de movimiento de la partícula (grano de forma aplanada, en el lecho, difícilmente se mueve por rotación, pero sí se desplazan fácilmente o, eventualmente pueden saltar) Normalmente se define a través de la redondez, esfericidad y elfactor de forma.

Densidad. Es la relación entre la masa que posee una partícula y su volumen. La gravedad específica,  se define como la relación entre la densidad de la partícula sólida y la densidad del agua a 4 grados centígrados. La mayoría de los sedimentos de los ríos son cuarzos o feldespatos cuya gravedad específica es 2.65; sin embargo, varía desde 1.35 a 1.70 para la piedra pómez hasta 7.6 para la galena.

Peso específico. Es la relación entre el peso de la partícula y su volumen. Es igual al  producto de la densidad por la aceleración de la gravedad.

Porosidad n: Se define como la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de granos o volumen de sedimentos.

V.2 Velocidad de caída de una partícula

Este parámetro ayuda describir el comportamiento de las partículas en el seno de un líquido, la velocidad de caída es la velocidad que adquiere una partícula al caer dentro de un líquido y se alcanza cuando el peso de la partícula se equilibra con el empuje ascendente que ejerce el líquido sobre la partícula. El valor de la velocidad de caída depende del tamaño y forma de la partícula, de la viscosidad y de la temperatura.


V.3 Inicio de arrastre en suelos cohesivos y granulares. Diámetro equivalente.

La determinación de la condición crítica de arrastre es una actividad importante en la ingeniería de ríos, ya que permite inferir las condiciones que originarían el acarreo o transporte de partículas del material del cauce, o bien las que favorecerían su depósito, de ahí que sea fundamental para el diseño, por ejemplo, de canales sin revestimiento y de protecciones de enrocamiento.

En una muestra de suelo no cohesivo  interesa conocer la forma en que están distribuidos los tamaños de las partículas que el tamaño de una sola de ellas. Se trata de conocer la granulometría real o característica del material que constituye el lecho de un tramo de río.

Análisis Granulométrico: Consiste en hacer pasar la muestra de material a través de un juego de mallas y en pesar el material retenido en cada una de ellas. Con lo que se obtiene la 

La Representación Gráfica. Consiste en representar la magnitud de los valores de la Tabla de Distribución de Frecuencias (TDF) en diferentes tipos de papel de los tipos de sedimentos. El resultado de esta representación gráfica se le conoce como Curva Granulométrica (CG).

V.4 Diseño de cauces sin arrastre.

A lo largo de su curso, los ríos y canales sin revestimiento pueden ser erosionados por el paso de las aguas, porque los materiales que los constituyen no siempre son capaces de resistir la fuerza de arrastre, la cual se genera por el movimiento o escurrimiento de las aguas, ya que dicha fuerza crece conforme aumenta la velocidad de la corriente.

La situación que define las condiciones necesarias para que un flujo de agua inicie el movimiento, arrastre o transporte de las partículas sedimentarlas que forman el material de un cauce, se denomina movimiento incipiente, movimiento crítico, condición crítica de arrastre, inicio de arrastre o transporte incipiente. Sin embargo, la condición de movimiento incipiente es diferente de la de transporte incipiente, pues la primera describe una situación instantánea en que una o varias partículas comienzan a moverse, pero ello no significa que una vez que se han movido continúen haciéndolo, como ocurre en las situaciones de arrastre o transporte incipientes.