DOCENTE
:
ING. FERMIN GARNICA TELLO
ASIGNATURA :
DRENAJE
ALUMNO
CERRATO AGUILAR, BRAYAM
:
2014226509 CICLO
:
VII
F. ENTREGA
:
15/04/18 15/04/1 8
Tacna
Perú – Perú
DRENAJE
CONTENIDO
1.
El proceso de erosión
2.
Factores que controlan la erosión
3.
Transporte de material en suspensión
4.
Transporte de material de lecho
5.
Medición del transporte de sedimentos
6.
Curvas de calibración de sedimentos
7.
Producción de sedimentos de una cuenta
8.
Simulación del transporte de sedimentos
9.
Sedimentación de embales
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SEDIMENTACION 1. EL PROCESO DE EROSIÓN
Erosión: El suelo es removido constantemente de la superficie de la tierra y transportado aguas abajo por los ríos hasta que se deposita finalmente en los lagos, estuarios y océanos. Dado que el agua es uno de los principales agentes de la erosión y el vehículo principal de transporte del material erodado, este proceso es de gran interés para el hidrólogo. La erosión puede ser analizada comenzando por el despegue de las partículas de suelo debido al impacto de las gotas de lluvia. La energía cinética de las gotas puede lanzar las partículas del suelo al aire durante el impacto. En suelos a nivel, las partículas se dispersan más o menos uniformemente en todas las direcciones, pero en un terreno con pendiente habrá un transporte neto hacia abajo (fig.1). Si durante el proceso ocurre flujo superficial, las partículas removidas serán incorporadas en el flujo y serán transportadas aún más abajo antes de ser depositadas de nuevo en la superficie. El flujo superficial es predominantemente laminar y en general no puede despegar partículas de la masa de suelo; sin embargo, sí puede mover partículas ya sueltas en la superficie. Los procesos de socavación y flujo superficial son responsab r esponsables les de la erosión en capas de poco espesor, una degradación relativamente uniforme de la superficie del suelo. La erosión en capas es difícil de detectar a menos que el suelo haya descendido ya por debajo de viejas marcas de nivel en postes de cercas, si ha puesto raíces de árboles al descubierto o si ha dejado pequeños pilares de suelo cubierto por capas de roca o grava. También se menciona que las gotas de lluvia varían en tamaño de 0.5 a 6mm 6m m (0.002 a 0.25 pulg) y la velocidad terminal varia con el diámetro desde cerca de 2 hasta 9m/seg (7 a 30 pie/seg)
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FIG 1 TRANSPORTE COLINA – DEBAJO DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO POR IMPACTO DE LA LLUVIA
2. FACTORES QUE CONTROLAN LA EROSIÓN
Existe un gran número de factores que controlan las tasas de erosión. Las más importantes son: -
El régimen de lluvias
-
La cobertura vegetal
-
El tipo de suelos
-
La pendiente del terreno
A continuación, pasó a nombrar: -
La vegetación da una protección muy significativa absorbiendo la energía de las gotas que caen y reduciendo en general el tamaño de las gotas que alcanzan el suelo.
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-
Una mayor infiltración significa menor flujo superficial y menor erosión.
-
Un suelo bien cementado resistirá la erosión causada por el impacto de las gotas de lluvia más fácilmente f ácilmente que un suelo suelto.
-
Las tasas de erosión son mayores en pendientes altas que en pendientes suaves. Entre más pendiente sea un talud, más efectiva será la acción del agua lluvia en erodar y transportar el sedimento pendiente abajo.
-
La longitud de la pendiente también es importante; entre más corta sea la pendiente, más más pronto llegarán los sedimentos al cauce cauce natural.
3. TRANSPORTE DE MATERIAL EN SUSPENSIÓN
Los sedimentos en un cauce natural se pueden denominar como sedimento en suspensión en el flujo o como carga de fondo, también saltación. La carga de lavado consiste de los materiales lavados por la lluvia en la superficie de la cuenca y que viajan normalmente a través del sistema sin re depositarse. La velocidad de asentamiento de las partículas en suspensión en agua tranquila está aproximadamente aproximadamente dada por la ley de Stokes como:
Donde Pg y P son las densidades de las partículas y del fluido respectivamente r es el radio de la partícula “u” es la viscosidad absoluta
del agua. Esta ecuación, que se
supone es adecuada para partículas entre 0,0002 y 0,2 mm de diámetro. La ecuación general bidimensional de no equilibrio, para el transporte de material en suspensión, es:
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Donde Cs es la concentración de sedimentos para un tamaño t amaño especificado de partículas, Vs, es la velocidad de de asentamiento asentamiento de dichas partículas, partículas, e es el coeficiente de mezcla turbulenta y “x” e “y” son las dimensiones long itudinal y vertical respectivamente. 4. TRANSPORTE DE MATERIAL DE LECHO
Por muchos años, el análisis del transporte de fondo se ha basado en la ecuación clásica de duBoys:
Donde Gi, es la tasa de transporte de fondo por unidad de ancho del cauce, “Y” es un coeficiente empírico que depende del tamaño de las partículas de sedimento, “w” es el peso específico del agua, “To” es el esfuerzo cortante en el lecho del río y “Te” es la
magnitud del esfuerzo cortante crítico al cual se inicial el movimiento Los trabajos más recientes en el análisis del problema del transporte de fondo, han utilizado los conceptos del flujo turbulento y de la variación estadística de las fuerzas fluidas en un punto. Un procedimiento utilizado ampliamente es el de Einstein, quien definió el transporte en función de dos parámetros, la intensidad del transporte de fondo expresada como:
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Y, la intensidad del flujo expresada como:
TABLA 1: FACTORES DE LA ECUACION DE DUBOYS PARA EL MOVIMIENTO DE CARGA DE LECHO
Donde “w” es el peso específico del agua, “p” la densidad del agua, “Ps” la densidad del material del fondo, “d” el diámetro de las partículas, “S” la pendiente del canal y “R” el radio hidráulico del flujo.
5. MEDICIÓN DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Las primeras mediciones de sedimentos en suspensión se hicieron por medio de botellas abiertas o trampas complejas para atrapar las partículas, las cuales no cumplieron su cometido de obtener datos adecuados por varias razones. Los medidores consisten en un cuerpo aerodinámico con una botella de vidrio para contener las muestras; un conducto permite la salida del aire a medida que el agua llena la botella y controla la velocidad de entrada de modo que sea aproximadamente igual a la velocidad del flujo local. El extremo de entrada de la botella tiene una boquilla intercambiable que viene en varios tamaños para controlar la tasa t asa a la cual
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se llena la botella. Los modelos más grandes tienen la botella completamente encerrada y están equipados con aletas de cola para mantener el aparato de cabeza al fluido cuando éste se halla suspendido por medio de un cable.
FIG.2 TOMA MUESTRAS MANUAL INTEGRADOR DE PROFUNDIDAD DH48 PARA USO DE CAUCES PEQUEÑOS 6. CURVAS DE CALIBRACIÓN DE SEDIMENTOS
Las medidas del transporte de sedimentos, lo mismo que las mediciones de caudal con correntómetro, producen solamente lecturas ocasionales de la tasa de transporte. Las curvas de calibración de sedimentos, que relacionan las tasas de transporte en suspensión con los caudales (fig. 3), se utilizan frecuentemente para obtener estimativos del transporte en días para los cuales no se hicieron mediciones. La figura indica claramente que estas relaciones son muy aproximadas; un caudal dado puede ser el resultado de la fusión de nieves, o de lluvias l luvias de diferente intensidad, y cada uno de estos fenómenos puede causar una tasa de transporte completamente diferente de las otras. Cuando las curvas se utilizan sólo para estimar la producción media anual de sedimentos.
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FIG. 3 CURVA DE CALIBRACIÓN DE SEDIMENTOS 7. PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS DE UNA CUENTA
La producción anual de sedimentos de una cuenca depende de muchos factores tales como el clima, el tipo de suelos, el uso de la tierra, la topografía y la existencia de embalses. Generalmente es difícil obtener datos adecuados para análisis completo de todos los factores. Langbein y Schumm utilizaron datos de numerosas cuencas para construir la curva de la fig. 4 que relaciona la producción media anual de sedimentos por unidad de área con la precipitación media anual. La tasa de producción máxima ocurre para aproximadamente 305 mm (12 pulgadas) de precipitación media anual, dado que en esas condiciones existe poca cobertura vegetal. Con precipitación más intensa, la Escuela Profesional De Ingeniería Civil
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vegetación prolifera y reduce la erosión, y con lluvias más bajas también ocurre una reducción.
FIG4. PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS COMO FUNCIÓN DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL Fleming logro obtener las ecuaciones para la tasa media anual de transporte en suspensión “Qs” en toneladas, como una función del caudal medio anual en pies
cúbicos por segundo para varios tipos de cobertura vegetal:
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Se usa la siguiente tabla cuando tenemos cuencas cuencas sin registro de sedimentos.
8. SIMULACIÓN DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
En este modelo, la cantidad de erosión por impacto R es una función de la precipitación horaria i:
El transporte de los residuos de la erosión “S” es una función del residuo en el almacenamiento en la superficie del terreno “Rs” y del caudal de
escurrimiento
superficial “Qo”:
Y el sedimento lavado a partir de áreas impermeables E está dado por:
La carga total de lavado es entonces:
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A menos que ocurra flujo superficial, la única fuente de carga de lavado son las áreas impermeables, y éstas deben ser pequeñas. La erosión en cárcava también está relacionada con el flujo superficial:
Negev dividió el sedimento proveniente de erosión en cárcavas en dos partes. La primera B, contiene contiene materiales de tamaño muy similar al material de la carga de lecho del río:
Y la segunda, que él denominó carga intermedia 1, representa el material más fino que el 95 por ciento del material de la carga del lecho:
El transporte total en suspensión es entonces:
Donde “q” es el caudal medio diario del río, e “Is” es la cantidad de carga intermedia
en almacenamiento en el lecho del río, calculada mediante un equilibrio continuo entre las entradas debidas a la erosión y las salidas de material en suspensión de carga intermedia. 9. SEDIMENTACIÓN DE EMBALES
La tasa a la cual se reduce la capacidad de almacenamiento de un embalse debido a 'la Sedimentación, depende:
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-
La cantidad de sedimentos que entra en el embalse
-
Del porcentaje de estas entradas que es atrapado en el embalse
-
De la densidad de los sedimentos depositados
La Tabla 2 presenta algunos valores seleccionados de producción de sedimentos, obtenidos de investigaciones en algunos embalses de los Estados Unidos. Estos datos se obtienen generalmente por levantamientos batimétricos con sondas o con equipo de eco-sonda, y se publican periódicamente.
Tabla 2 Datos seleccionados de producción de sedimentos
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LA FIG. 5 SE PUEDE UTILIZAR PARA ESTIMAR LA FRACCIÓN DEL SEDIMENTO DE ENTRADA, QUE SERÁ RETENIDA EN UN EMBALSE. A MEDIDA QUE EL EMBALSE SE LLENA DE SEDIMENTOS, LA EFICIENCIA DE RETENCIÓN Y DISMINUYE DE MANERA QUE PUEDE SER NECESARIO REALIZAR EL CÁLCULO EN INTERVALOS CORTOS D TIEMPO, HACIENDO LOS AJUSTES NECESARIOS CADA VEZ. LAS CURVAS SE APLICAN A SEDIMENTOS E SUSPENSIÓN, Y SE DEBEN AÑADIR LOS INCREMENTOS DESCARGA DE LECHO A LOS DATOS DE SUSPENSIÓN. Escuela Profesional De Ingeniería Civil
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El volumen ocupado por el sedimento en el embalse dependerá del peso específico de material. El peso específico varía con la clase de sedimentos y con la edad de los depósitos. Los sedimentos más viejos tienen más tiempo para consolidarse y además están bajo una capa pesada dé los sedimentos más recientes. Lan y Koelzer [18] encontraron que el peso específico W, al cabo del tiempo t está definido por:
TABLA PARA LAS CONSTANTES DE LA ECUACIÓN ANTERIOR
La tabla a continuación presenta el peso específico promedio después de 50 años, utilizados por el servicio de conservación de tierra de los Estados Unidos (U. S. Soil Conservation Service) para propósitos generales de diseño.
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