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*