Cap- 2- Propiedades de los Sedimentos - José Luna.pdf
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Propiedades de los Sedimentos
Universidad Mayor de San Andrs
Carrera de Ingeniera Civil
Puertos y Vas Navegables
CIV336
Jos Antonio Luna Vera
Introduccin
Las propiedades de los sedimentos son tratadasindividualmente o como una mezcla.
Las mezclas de sedimentos estn compuestas pordiferentes clases de partculas variando en tamao,gradacin y peso especfico.
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Introduccin
En la hidrulica fluvial es importante conocer laspropiedades de los sedimentos, como ser:
Distribucin de tamao de los sedimentos.
Velocidad de cada de las partculas.
Peso especfico
Forma y otras
caractersticas de lossedimentos de un ro.
IntroduccinLas propiedades de lossedimentos se utilizan paracalcular:- La estabilidad de lecho.- Estabilidad de taludes.- Transporte de sedimentos.- La vida til de presas.
- El diseo de modelos fsico- hidrulicos (laboratorio).- Estimacin de profundidad
de socavacin general ylocal.
- Colmatacin y erosin en unlecho.
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Origen de los sedimentos
Origen de los sedimentos
LA SUPERFICIE DE LA TIERRA ES ATACADA PRINCIPALMENTEPOR DOS AGENTES, EL AIRE Y EL AGUA. DICHOS AGENTES SON EL DETONANTE DE
LOS DIVERSOS PROCESOS FISICOS Y QUIMICOS QUEDESTRUYEN Y TRANSFORMAN LAS ROCAS.
CUANDO ESTO OCURRE SE DICE QUE LA ROCA HAQUEDADO INTEMPERIZADA.
CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE INTEMPERIZACION Los que causan la desintegracin fsicao mecnica de las rocas y Los que originan descomposicin qumica (reduccin,
hidratacin, carbonatacin y los efectos qumicos producidospor la vegetacin).
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Evolucin de
los sedimentosZONA DE
EROSIN Torrente deMontaa
ZONA DEDEPOSICIN LOCAL
(Sedimento grueso)AbanicoAluvial
RoTrenzado
ZONA DE TRANSPORTE(Sedimento Grueso a Fino)
Meandros delRo Aluvial
ZONA DEDEPOSICIN
(Sedimento Fino)
Delta
CLASIFICACIN DE LOS SEDIMENTOS
COHESIVOS NO COHESIVOS
(Arcillas) (Arenas, gravas ycantos rodados)
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CARACTERISTICAS DE LOS
SEDIMENTOS NO-COHESIVOS
Densidad y peso volumtrico
Tamao
Forma
Velocidad de cada
Dimensiones
triaxiales
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Clasificacin segn el Tamao (AGU)
Escala oparmetro
f Clase f
(mm) (mm)9 0.002 Arcilla 0.004 88 0.004 Limo 0.008 77 0.008 Limo 0.016 66 0.016 Limo 0.031 55 0.032 Limo 0.064 44 0.064 Arena muy fina 0.125 33 0.125 Arena fina 0.25 22 0.25 Arena mediana 0.5 11 0.5 Arena gruesa 1 00 1 Arena muy gruesa 2 -1-1 2 Grava muy fina 4 -2-2 4 Grava fina 8 -3-3 8 Grava mediana 16 -4-4 16 Grava gresa 32 -5-5 32 Grava muy gruesa 64 -6-6 64 Cantos pequeos 128 -7-7 128 Cantos grandes 256 -8-8 256 Boleos pequeos 512 -9-9 512 Boleos medianos 1024 -10
-10 1024 Boleos grandes 2048 -11-11 2048 Boleos muy grandes 4096 -12
= 2 = log2
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Formas
REDONDEZ
Forma
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FORMA
Segn Fowler
Esfericidad
0.3 1.27
0.5 1.13
0.7 1.05
0.9 1.00
= 1/3
= 61/3
=
=
Muy angular
Moderadamente
angular
Ligeramente
angular
Ligeramente
redondeada
Moderadamente
redondeadaMuy redondeada
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
1 10 100
ngulo
de
reposo
(gra
dos)
Dimetro de las partculas (mm )
ngulo dereposo
Es la mxima pendientedel ngulo que unmaterial puede lograr encondicin suelta.
El ngulo de reposo
depende del tamao delas partculas, de laforma y redondez.
Valores tpicos de lasarenas son de 32; de lasgravas 38 y para limosalrededor de 30.
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DISTRIBUCIN DE TAMAOS
En un Sedimento deMaterial Aluvial interesaconocer la distribucin detamaos de las partculas.
La distribucin de tamaosse obtiene a partir de unaanlisis granulomtrico, elcual caracteriza la variedadde tamaos del conjunto de
partculas que conformanlos sedimentos del lecho deun tramo de ro.
Construccin de una CurvaGranulomtrica
Por peso
Por conteo aleatorio (Wolman, 1954)
Por imgenes
Por malla
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Construccin de una Curva
Granulomtrica
Por peso
Por conteo aleatorio
Por imgenes
Por malla
Tami z Abertura Pe so Retenido Por Cie nto Por Ciento Por CientoNro. (mm) (gr) Retenido Retenido Acum. Que Pasa
2 50 0 0.00 0.00 100.00
1 25 273 17.61 17.61 82.39
3/4 19 98.3 6.34 23.95 76.05
4 4.75 386.6 24.93 48.88 51.12
8 2.36 132.3 8.53 57.41 42.5916 1.18 184 11.87 69.28 30.72
50 0.3 278.4 17.96 87.24 12.76
80 0.18 74.5 4.80 92.04 7.96
100 0.15 55.8 3.60 95.64 4.36
200 0.075 49.2 3.17 98.81 1.19
Pasa 18.4 1.19 100.00 0.00
Total 1550.5 100.00
Construccin de unaCurva Granulomtrica
Por peso
Por conteo aleatorio
Por imgenes
Por malla
Muestreo Mtodo por Conteo:
Se toman N partculas desedimentos sobre el lecho del ro(N 200) situados a distanciasregulares (se toma la partcula quetoca la punta del zapato) y semiden las tres dimensionestriaxiales (a, by c).
Con base en las dimensiones b se construye una curva defrecuencias por rangos. Los ramgos se establecen de tal forma quese tenga por lo menos 5 puntos que definan la curva granulomtricao con base a la clasificacin del American Geophysical Union. Eldimetro medio de cada rango se define como:
.sup.inf DDDm
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Construccin de una Curva
Granulomtrica
Por peso
Por conteo aleatorio
Por imgenes
Por malla
Muestreo por
malla
Se construye una malla uniforme, se coloca en la superficie dellecho de sedimentos.Se toma una fotografa vertical de la superficie del lecho.Las partculas que se hallan en los puntos de interseccin de lamalla son la muestra de sedimentos.Se mide y registra las dimensiones medias de las partculas yestas se analizan por su frecuencia y nmero.
Construccin de
una Curva
Granulomtrica
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Construccin de una Curva Granulomtrica
Por peso
Por conteo aleatorio
Por imgenes
Por malla
Muestreo por transectos
La tcnica de Wolman (1954), conocida como mtodo de transectos, generamuestreos aleatorios. Consiste en caminar el cauce (en lnea recta, en zigzag, etc.)
y a intervalos determinados (10 pasos por ej.) tomar la partcula del lecho ubicadoen la punta del zapato y medir el eje bdel material granular. El mtodo requiere100 partculas. Los datos se agrupan con el tamao de clase de la partcula y seconstruye el grfico de su distribucin. La metodologa discrimina las partculas
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Distribucin Normal
ValoresEstndar de la
Distribucin
de
Probabilidad
Normal
FUNCIN DE PROBABILIDAD NORMAL
qi 0 .00 0 0 .00 1 0 .00 2 0 .00 3 0. 004 0. 005 0 .00 6 0 .0 07 0 .0 08 0. 009 0 .0 10
0.00 3 .0 90 2 2 .8 78 2 2 .7 47 8 2 .6 52 1 2 .5 75 8 2 .5 12 1 2 .4 57 3 2 .4 08 9 2 .3 65 6 2 .3 26 3 0.990.01 2 .3 26 3 2 .2 90 4 2 .2 57 1 2 .2 26 2 2 .1 97 3 2 .1 70 1 2 .1 44 4 2 .1 20 1 2 .0 96 9 2 .0 74 9 2 .0 53 7 0.98
0.02 2 .0 53 7 2 .0 33 5 2 .0 14 1 1 .9 95 4 1 .9 77 4 1 .9 60 0 1 .9 43 1 1 .9 26 8 1 .9 11 0 1 .8 95 7 1 .8 80 8 0.97
0.03 1 .8 80 8 1 .8 66 3 1 .8 52 2 1 .8 38 4 1 .8 25 0 1 .8 11 9 1 .7 99 1 1 .7 86 6 1 .7 74 4 1 .7 62 4 1 .7 50 7 0.96
0.04 1 .7 50 7 1 .7 39 2 1 .7 27 9 1 .7 16 9 1 .7 06 0 1 .6 95 4 1 .6 84 9 1 .6 74 7 1 .6 64 6 1 .6 54 6 1 .6 44 9 0.95
0.05 1 .6 44 9 1 .6 35 2 1 .6 25 8 1 .6 16 4 1 .6 07 2 1 .5 98 2 1 .5 89 3 1 .5 80 5 1 .5 71 8 1 .5 63 2 1 .5 54 8 0.94
0.06 1 .5 54 8 1 .5 46 4 1 .5 38 2 1 .5 30 1 1 .5 22 0 1 .5 14 1 1 .5 06 3 1 .4 98 5 1 .4 90 9 1 .4 83 3 1 .4 75 8 0.93
0.07 1 .4 75 8 1 .4 68 4 1 .4 61 1 1 .4 53 8 1 .4 46 6 1 .4 39 5 1 .4 32 5 1 .4 25 5 1 .4 18 7 1 .4 11 8 1 .4 05 1 0.92
0.08 1 .4 05 1 1 .3 98 4 1 .3 91 7 1 .3 85 2 1 .3 78 7 1 .3 72 2 1 .3 65 8 1 .3 59 5 1 .3 53 2 1 .3 46 9 1 .3 40 8 0.91
0.09 1 .3 40 8 1 .3 34 6 1 .3 28 5 1 .3 22 5 1 .3 16 5 1 .3 10 6 1 .3 04 7 1 .2 98 8 1 .2 93 0 1 .2 87 3 1 .2 81 6 0.90
0.10 1 .2 81 6 1 .2 75 9 1 .2 70 2 1 .2 64 6 1 .2 59 1 1 .2 53 6 1 .2 48 1 1 .2 42 6 1 .2 37 2 1 .2 31 9 1 .2 26 5 0.89
0.11 1 .2 26 5 1 .2 21 2 1 .2 16 0 1 .2 10 7 1 .2 05 5 1 .2 00 4 1 .1 95 2 1 .1 90 1 1 .1 85 0 1 .1 80 0 1 .1 75 0 0.88
0.12 1 .1 75 0 1 .1 70 0 1 .1 65 0 1 .1 60 1 1 .1 55 2 1 .1 50 3 1 .1 45 5 1 .1 40 7 1 .1 35 9 1 .1 31 1 1 .1 26 4 0.87
0.13 1 .1 26 4 1 .1 21 7 1 .1 17 0 1 .1 12 3 1 .1 07 7 1 .1 03 1 1 .0 98 5 1 .0 93 9 1 .0 89 3 1 .0 84 8 1 .0 80 3 0.86
0.14 1 .0 80 3 1 .0 75 8 1 .0 71 4 1 .0 66 9 1 .0 62 5 1 .0 58 1 1 .0 53 7 1 .0 49 4 1 .0 45 0 1 .0 40 7 1 .0 36 4 0.85
0.15 1 .0 36 4 1 .0 32 2 1 .0 27 9 1 .0 23 7 1 .0 19 4 1 .0 15 2 1 .0 11 0 1 .0 06 9 1 .0 02 7 0 .9 98 6 0 .9 94 5 0.84
0.16 0 .9 94 5 0 .9 90 4 0 .9 86 3 0 .9 82 2 0 .9 78 2 0 .9 74 1 0 .9 70 1 0 .9 66 1 0 .9 62 1 0 .9 58 1 0 .9 54 2 0.83
0.17 0 .9 54 2 0 .9 50 2 0 .9 46 3 0 .9 42 4 0 .9 38 5 0 .9 34 6 0 .9 30 7 0 .9 26 9 0 .9 23 0 0 .9 19 2 0 .9 15 4 0.82
0.18 0 .9 15 4 0 .9 11 6 0 .9 07 8 0 .9 04 0 0 .9 00 2 0 .8 96 5 0 .8 92 7 0 .8 89 0 0 .8 85 3 0 .8 81 6 0 .8 77 9 0.81
0.19 0 .8 77 9 0 .8 74 2 0 .8 70 5 0 .8 66 9 0 .8 63 3 0 .8 59 6 0 .8 56 0 0 .8 52 4 0 .8 48 8 0 .8 45 2 0 .8 41 6 0.80
0.20 0 .8 41 6 0 .8 38 1 0 .8 34 5 0 .8 31 0 0 .8 27 4 0 .8 23 9 0 .8 20 4 0 .8 16 9 0 .8 13 4 0 .8 09 9 0 .8 06 4 0.79
0.21 0 .8 06 4 0 .8 03 0 0 .7 99 5 0 .7 96 1 0 .7 92 6 0 .7 89 2 0 .7 85 8 0 .7 82 4 0 .7 79 0 0 .7 75 6 0 .7 72 2 0.78
0.22 0 .7 72 2 0 .7 68 8 0 .7 65 5 0 .7 62 1 0 .7 58 8 0 .7 55 4 0 .7 52 1 0 .7 48 8 0 .7 45 4 0 .7 42 1 0 .7 38 8 0.77
0.23 0 .7 38 8 0 .7 35 6 0 .7 32 3 0 .7 29 0 0 .7 25 7 0 .7 22 5 0 .7 19 2 0 .7 16 0 0 .7 12 8 0 .7 09 5 0 .7 06 3 0.76
0.24 0 .7 06 3 0 .7 03 1 0 .6 99 9 0 .6 96 7 0 .6 93 5 0 .6 90 3 0 .6 87 1 0 .6 84 0 0 .6 80 8 0 .6 77 6 0 .6 74 5 0.75
0.25 0 .6 74 5 0 .6 71 3 0 .6 68 2 0 .6 65 1 0 .6 62 0 0 .6 58 8 0 .6 55 7 0 .6 52 6 0 .6 49 5 0 .6 46 4 0 .6 43 3 0.74
0.26 0 .6 43 3 0 .6 40 3 0 .6 37 2 0 .6 34 1 0 .6 31 1 0 .6 28 0 0 .6 25 0 0 .6 21 9 0 .6 18 9 0 .6 15 8 0 .6 12 8 0.73
0.27 0 .6 12 8 0 .6 09 8 0 .6 06 8 0 .6 03 8 0 .6 00 8 0 .5 97 8 0 .5 94 8 0 .5 91 8 0 .5 88 8 0 .5 85 8 0 .5 82 8 0.72
0.28 0 .5 82 8 0 .5 79 9 0 .5 76 9 0 .5 74 0 0 .5 71 0 0 .5 68 1 0 .5 65 1 0 .5 62 2 0 .5 59 2 0 .5 56 3 0 .5 53 4 0.71
0.29 0 .5 53 4 0 .5 50 5 0 .5 47 6 0 .5 44 6 0 .5 41 7 0 .5 38 8 0 .5 35 9 0 .5 33 0 0 .5 30 2 0 .5 27 3 0 .5 24 4 0.70
0.30 0 .5 24 4 0 .5 21 5 0 .5 18 7 0 .5 15 8 0 .5 12 9 0 .5 10 1 0 .5 07 2 0 .5 04 4 0 .5 01 5 0 .4 98 7 0 .4 95 9 0.69
0.31 0 .4 95 9 0 .4 93 0 0 .4 90 2 0 .4 87 4 0 .4 84 5 0 .4 81 7 0 .4 78 9 0 .4 76 1 0 .4 73 3 0 .4 70 5 0 .4 67 7 0.68
0.32 0 .4 67 7 0 .4 64 9 0 .4 62 1 0 .4 59 3 0 .4 56 5 0 .4 53 8 0 .4 51 0 0 .4 48 2 0 .4 45 4 0 .4 42 7 0 .4 39 9 0.67
0.33 0 .4 39 9 0 .4 37 2 0 .4 34 4 0 .4 31 6 0 .4 28 9 0 .4 26 1 0 .4 23 4 0 .4 20 7 0 .4 17 9 0 .4 15 2 0 .4 12 5 0.66
0.34 0 .4 12 5 0 .4 09 7 0 .4 07 0 0 .4 04 3 0 .4 01 6 0 .3 98 9 0 .3 96 1 0 .3 93 4 0 .3 90 7 0 .3 88 0 0 .3 85 3 0.65
0.35 0 .3 85 3 0 .3 82 6 0 .3 79 9 0 .3 77 2 0 .3 74 5 0 .3 71 9 0 .3 69 2 0 .3 66 5 0 .3 63 8 0 .3 61 1 0 .3 58 5 0.64
0.36 0 .3 58 5 0 .3 55 8 0 .3 53 1 0 .3 50 5 0 .3 47 8 0 .3 45 1 0 .3 42 5 0 .3 39 8 0 .3 37 2 0 .3 34 5 0 .3 31 9 0.63
0.37 0 .3 31 9 0 .3 29 2 0 .3 26 6 0 .3 23 9 0 .3 21 3 0 .3 18 6 0 .3 16 0 0 .3 13 4 0 .3 10 7 0 .3 08 1 0 .3 05 5 0.62
0.38 0 .3 05 5 0 .3 02 9 0 .3 00 2 0 .2 97 6 0 .2 95 0 0 .2 92 4 0 .2 89 8 0 .2 87 1 0 .2 84 5 0 .2 81 9 0 .2 79 3 0.61
0.39 0 .2 79 3 0 .2 76 7 0 .2 74 1 0 .2 71 5 0 .2 68 9 0 .2 66 3 0 .2 63 7 0 .2 61 1 0 .2 58 5 0 .2 55 9 0 .2 53 3 0.60
0.40 0 .2 53 3 0 .2 50 8 0 .2 48 2 0 .2 45 6 0 .2 43 0 0 .2 40 4 0 .2 37 8 0 .2 35 3 0 .2 32 7 0 .2 30 1 0 .2 27 5 0.59
0.41 0 .2 27 5 0 .2 25 0 0 .2 22 4 0 .2 19 8 0 .2 17 3 0 .2 14 7 0 .2 12 1 0 .2 09 6 0 .2 07 0 0 .2 04 5 0 .2 01 9 0.58
0.42 0 .2 01 9 0 .1 99 3 0 .1 96 8 0 .1 94 2 0 .1 91 7 0 .1 89 1 0 .1 86 6 0 .1 84 0 0 .1 81 5 0 .1 78 9 0 .1 76 4 0.57
0.43 0 .1 76 4 0 .1 73 8 0 .1 71 3 0 .1 68 7 0 .1 66 2 0 .1 63 7 0 .1 61 1 0 .1 58 6 0 .1 56 0 0 .1 53 5 0 .1 51 0 0.56
0.44 0 .1 51 0 0 .1 48 4 0 .1 45 9 0 .1 43 4 0 .1 40 8 0 .1 38 3 0 .1 35 8 0 .1 33 2 0 .1 30 7 0 .1 28 2 0 .1 25 7 0.55
0.45 0 .1 25 7 0 .1 23 1 0 .1 20 6 0 .1 18 1 0 .1 15 6 0 .1 13 0 0 .1 10 5 0 .1 08 0 0 .1 05 5 0 .1 03 0 0 .1 00 4 0.54
0.46 0 .1 00 4 0 .0 97 9 0 .0 95 4 0 .0 92 9 0 .0 90 4 0 .0 87 8 0 .0 85 3 0 .0 82 8 0 .0 80 3 0 .0 77 8 0 .0 75 3 0.53
0.47 0 .0 75 3 0 .0 72 8 0 .0 70 2 0 .0 67 7 0 .0 65 2 0 .0 62 7 0 .0 60 2 0 .0 57 7 0 .0 55 2 0 .0 52 7 0 .0 50 2 0.52
0.48 0 .0 50 2 0 .0 47 6 0 .0 45 1 0 .0 42 6 0 .0 40 1 0 .0 37 6 0 .0 35 1 0 .0 32 6 0 .0 30 1 0 .0 27 6 0 .0 25 1 0.51
0.49 0 .0 25 1 0 .0 22 6 0 .0 20 1 0 .0 17 5 0 .0 15 0 0 .0 12 5 0 .0 10 0 0 .0 07 5 0 .0 05 0 0 .0 02 5 0 .0 00 0 0.50
0 .01 0 0 .00 9 0 .00 8 0 .00 7 0. 006 0. 005 0 .00 4 0 .0 03 0 .0 02 0. 001 0 .0 00
Ejemplo: si z = ( x i- xm) / Sx= -0.8345; entonces z es negativa y se busca el valor en la tabla, luego se obtiene q en la columna izquierda, qi= 0.202
si z = ( xi- xm) / Sx= 1.4325; entonces z es positiva y se busca el valor en la tabla, luego se obtiene q en la columna derecha, qi= 0.924
Nota: La precisin del tercer decimal se obtiene como sigue: para z negativa; la primera fila, y para z positiva en la ltima fila.
10
z
z
qi=Pi>0.5
P
Zn
0
Zn
P
0
qi=Pi
-
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12/09/20
Papel de Probabilidad Normal
99.99
99.9599.9
99.599
98
95
90
80
70
605040
30
20
10
5
10.5
0.1
0.01
Porcientoquepasa
Dimetro de las partculas, D (mm)
Distribucin Log-normal
-
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12/09/20
Papel de Probabilidad Log-Normal
1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1
99.99
99.9599.9
99.5
99
98
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
0.5
0.1
0.01
Porcientoquepasa
Dimetro de las par tculas, D (mm)
Distribucin Semilogaritmica
-
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12/09/20
Papel Semilogartmico
2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Porciento
quepasa
Dimetro de las partculas, D (mm)
Distribucin Logaritmica
-
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12/09/20
Papel Logartmico
1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 8 1
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
40
50
60
80
100
Porcientoquepasa
Dimetro de las partculas, D (mm)
Distribucin Circular
-
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12/09/20
Papel de Distribucin Circular
100 %
99
98
97
96
97
9493929190
88
84
80
76
72
68
64
60
50
40
302015
10 0
Porciento
quepasa
DmxDimetro de las partculas, D (mm)
AJUSTE DE UNA FUNCINPor ciento que pasa
%
Error Cuadrtico
2
5 _5 _5 _5 _52
15 _15 _15 _15 _152
25 _25 _25 _25 _252
35 _35 _35 _35 _352
45 _45
_45
_45
_45
2
55 _55 _55 _55 _552
65 _65 _65 _65 _652
75 _75 _75 _75 _752
85 _85 _85 _85 _852
95 _95 _95 _95 _952
2 Suma