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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA MAESTRIA EN INGENIERA HIDRAULICA

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS (C-704)

Roberto Campaña Toro, MSc.

Inicio del Movimiento: • Un fluido ejerce sobre las particulas de lecho, fuerzas cortantes y fuerzas de presión. • Las fuerzas cortantes se deben a los efectos viscosos. • Las fuerzas de presión se deben a la diferencia de presiones sobre las superficie de las partículas

El inicio del movimiento se producira cuando el “momento ejercido por las fuerzas actuantes” excedan al “momento ejercido por las fuerzas resistentes”. Ma > Mr

La iniciación del movimiento se describe usualmente mediante: • Esfuerzo Cortante Crítico • Velocidad Crítica

• El movimiento ocurre cuando las condiciones existentes producen velocidades y esfuerzos cortantes actuantes mayores que los críticos

 Criterio de Shields  Shields demostró que la iniciación del movimiento de

una partícula solida de diámetro puede describirse como la relación entre los dos parámetros adimensionales: Indice de Mobilidad (tambien llamado parametro de Shields) e Indice de Inestabilidad.

DIAGRAMA DE SHIELDS

 Indice de Mobilidad

 Fr*cr = oc / (s-)d     

Donde: oc = Esfuerzo Cortante Crítico s = Peso Específico de la Partícula Sólida  = Peso Específico del Agua d = Diámetro Medio de la Partícula

 El Indice de Mobilidad relaciona la resistencia de la

partícula a ser movida con su peso sumergido.

 Indice de Inestabilidad

 Re* = V*.d/    

Donde: V* = Velocidad de Corte. D = Diámetro de Partículas.  = Viscosidad Cinemática del agua.

 El Indice de Inestabilidad refleja como cociente el valor relativo

de las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas en el entorno de un grano, es decir el grado de turbulencia cerca del lecho.

 El empleo del diagrama de Shields conduce a la

obtención del índice de mobilidad Fr*cr y a partir de este a la obtención del esfuerzo cortante crítico mediante oc = Fr*cr (s-)d

 El procedimiento completo puede encontrarse en la

página 122 del libro Introducción a la Hidráulica Fluvial del Dr. Arturo Rocha Felices.

 Bonnefille (1963) y Yalin (1972) mostraron que la curva de Shields podia

ser expresada con las formulas siguientes:

Fr*cr = 0.24 D*-1

Fr*cr = 0.14 D*-0.64 Fr*cr = 0.04 D*-0.1 Fr*cr = 0.013 D*0.29 Fr*cr = 0.055

si 1 < D*  4 ;

si 4< D*  10 ; si 10 < D*  20 ; si 20 < D*  150 ; si D* > 150 ;

Donde:

Fr*cr = oc / (s-)d

es el Parámetro de Shields Critico

D*=(’.g/2)1/3.d ; ’=(F-)/ Finalmente:

oc = Fr*cr (s-)d

y

es el Parámetro de Partícula

PROBLEMAS  En un canal muy ancho el fondo está constituido por

partículas de arena. El diámetro representativo es de 2 mm, su s = 2650 kg/m3,  = 1.25 x 10-6 m2/s, T=12º C, S= 2x10-4. Hallar: Tcrit, Hcrit., Vcrit. y qcrit.

 Un canal muy ancho con h = 2 m, S= 2x10-4 (D50 =0.002 m,

D90=0.005 m y s=2650 kg/m3, T=20º C .=1000 kg/m3 . Habra movimiento de acuerdo a la curva de Shields.?

 Un canal muy ancho con S= 10-5 (D50 =0.002 m,

D90=0.003 m y s=2650 kg/m3, T=20º C .=1000 kg/m3 . Hallar Qmov.

En un talud de ángulo 

Donde: