TEMA 21 : Transporte de materiales (III)

Transcripción

1 TEMA : Tranporte e materiale (III JOSÉ LUIS GARCÍA RODRÍGUEZ UNIDAD DOCENTE DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTAL E.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

2 - Cálculo el caual ólio

3 La fórmula general el caual ólio repone a una expreión el tipo iguiente: q a (x b one, X puee variar y aoptar la iguiente iferencia, (q q c (v - v c ( c (τ τ c (τv τ c v c (v v c c

4 MÉTODOS PARA ACARREOS. Du Boy (897 Fue la primera fórmula e interé earrollaa a partir el concepto, erróneo e que el lecho etá formao por una erie e capa pueta una obre la otra y que toa la capa e mueven excepto la última, en el fono, que éta en repoo. E ecir el lecho, e, e mueve e forma emejante a un fluio vicoo entre o placa. n e u Aemá la velocia con que e mueve una capa e proporcional a la tenión tangencial que e le aplica y que la velocia relativa e o capa contigua e iempre la mima ( u.

5 Si hay (n- capa en movimiento, la uperficie tenrá una velocia, (n- u Done, u u n- u n, e el incremento e la velocia entre o capa ayacente q b ( n Δ u ( n e ( Velocia meia Epeor total El cortante crítico, τ 0, e equilibra con la fuerza e fricción entre capa uceiva τ0 f ( n e ( El umbral, por movimiento incipiente, n, e: τ ( c f( e

6 De ( y ( e euce, n τ τ 0 c Sutituyeno en (, e obtiene: q b e Δ u τ 0 ( τ 0 τ τ c C, coeficiente caracterítico el eimento Exceo e tenión crítica

7 Suponer la hipótei e que una capa elizan obre otra implica el eliminar el fenómeno e altación. Aún aí ete métoo ha io la bae e otro métoo e calculo e Shiel y Kalinke. Shiel. Incluye en u formulación aemá e la variable utilizaa por DuBoy, la peniente y el caual líquio por unia e anchura.

8 Kalinke (947 Utiliza el exceo e velocia obre la velocia crítica e arrratre, aunque la formulación final exprea el caual ólio como función e la relación entre tenión tangencial y tenión tangencial crítica:

9 Schoklitch Dearrollo en lo año treinta una erie e formula eucia a partir e enayo obre moelo reucio realizao por Gilbert (94. Son aplicable a un régimen permanente y uniforme tanto el caual líquio como el caual ólio. Define un caual critico, q c, que e el caual que provoca el movimiento incipiente, y por ebajo el cual cea el tranporte e lo materiale e un cierto iámetro caracterítico (: q c 0, j 4 q 7000 j ( q (94 (kg m - - q c El caual ólio e por tanto, función el exceo e caual líquio obre el caual líquio crítico.

10 Eta fórmula obtiene cauale ólio inferiore a lo reale obtenio en enayo obre moelo reucio. Schoklitch (96 etableció tra múltiple experiencia en río e Europa Central: q c 0,6 5 j q 500 j ( q q c

11 Meyer-Peter y Müller, o fórmula uiza (948 ª fae: En 94 Meyer-Peter y Müller, obtienen una primera fórmula, imilar a la e Schoklitch. ª fae: Poteriormente eta fue earrollano otra fórmula, entre otra. 0 ( q q cj q,, ( 0,047 4 ρ j K K R q h

12 q, 4 K 0,047 ( R, j ρ K h q ' q ( Rh, e el raio hiráulico en la zona e tranporte K, e el coeficiente e Strickler total, K, e el coeficiente e Strickler ebio al grano K ' K ( n K 0,5 < < K ' K K ' K K ' 0,5 en lecho plano en lecho con forma fuerte

13 τ τ τ ( 4 0,5 0,6 0, 0 90 c C j g q Se recomiena para peniente 0% y muy etrecho Proviene e numeroo enayo en el canal Se utiliza para cauce muy etrecho y e fuerte peniente 4 Para cao práctico, e utiliza la expreión iguiente: ( θ j h S q j S q m cr 50,6 0, 0 90 ( 4 Smart y Jaeggi (984

14 CASOS PRÁCTICOS q 4 θ ( 90,6 cr( S 50 j q S 0 0, h m j Θ cr, e el nº e Shiel crítico ( τ τ

15 Recomenacione: Con plena turbulencia y peniente moeraa y para S,65 y θ cr 0,05 q,5 q j Proceimiento e cálculo: 0, 6 j 50,h Conocio el caual punta, q p, el hirograma en la ección e control en lo uceivo t, e calcula el calao, h, que alcanza la corriente en icha ección (fórmula e Manning. m Conocio, h, e aplica la fórmula e Smart-Jaeggi para obtener lo acarreo en el intante t. Se integran too lo valore a lo largo el hirograma obteniénoe el VALOR TOTAL DE ACARREOS.

16 ... ES NECESARIO SABER El nº e Manning en ª aproximación e la ección e control con agua limpia. Normalmente habrá que aumentarlo en función el tamaño e lo materiale tranportao. El tamaño e valora con el iámetro crítico, cr, obtenio e la expreión e la tenión crítica e Meyer-Peter y Müller Rj 0, 047 ( cr Corrección el nº e Manning, n n ' n cr 4 Con n, e vuelve a calcular la ección y otro nuevo cr Si cr cr 0 e amite el calao Si cr cr 0 e vuelve a corregir n con el nuevo cr y e calcula otra vez

17 5 Aemá i e introuce Q en lugar e q Q en lugar e q 6 Se obtienen, 90, 0 y 50 e la curva granulométrica 7 Se aopta 0,047 en τ c 8 R h, en eccione one preomina el ancho El valor el caual ólio en la ección T ni Q D0 T ni, on la tonelaa que circulan en el intante i Q, e el caual ólio (m /, e el peo epecífico el flujo (kg/m D, e la uración el intervalo e tiempo (

18 Integrano el valor e T ni a lo largo el hirograma e obtiene el total e acarreo A i N i T ni

19 Exiten mucha má fórmula que eberéi etuiar

20 FORMAS DE TRANSPORTES DE SEDIMENTOS MÉTODOS PARA CUANTIFICAR EL CAUDAL SÓLIDO Figura Diferente forma e tranporte e eimento en río. [por A. J. M. Álvarez y M. O. Flore, 996]

21 Forma e Tranporte Notación kg/m. o N/m kg/ o N/ m /m. m / Arratre en la capa e fono (acarreo g B G B q B Q B Tranporte e fono en upenión g BS G BS q BS Q BS Tranporte total e fono g BT G BT q BT Q BT Tranporte e lavao g L G L q L Q L Tranporte total en upenión g S G S q S Q S Tranporte total g T G T q T Q T g x. q x G x b.g x Q x b.q x. ' g x. x inica la forma e tranporte b ancho el fono el río Tranporte unitario e partícula expreao en peo umergio e eigna como gx g x Tranporte total e fono: G BT G B + G BS Tranporte total en upenión: G S G BS + G L Tranporte total: G T G BT + G L G T G B + G BS + G L G T G B + G S Tabla Diferente forma e tranporte e eimento y u notación.

22 Tranporte e lavao Reumen - El caual e lavao no puee er efinio por la capacia e tranporte el río, una vez que el e fornecia por la agua arriba. Aí, la ecuacione que conieran la caracterítica hiráulica el río para efinir u capacia e tranporte, no etiman el caual e lavao. Eto ocurre con toa la ecuacione e bae teórica - El origen el caual e lavao e encuentra en la eroión el uelo e la cuenca o en la eroión el fono y margine e lo cauce. - En la mayoría e lo río lo eimento tranportao on formao preominantemente por el caual e lavao, etima que ete valor etá entre 80% y 90% el caual total e eimento. 4 - La partícula ólia que contituyen el caual e lavao on menore o iguale al D 0 e la curva granulométrica e ólio tranportao por acarreo. 5 - El caual e lavao e efinio como lo eimento tranportao por el flujo con iámetro má pequeño al valor 0,065 mm. 6 - El caual e lavao e preominantemente compueto por limo y arcilla puieno encontrar también arena fina. 7 - La partícula e eimento con iámetro entre 0,06 mm e 0, mm repreentan la tranición entre el caual e lavao y el e acarreo 8 - El caual e lavao y el e acarreo ón analizao tenieno en cuenta el concepto e la influencia eficaz el eimento, (E e.

23 Métoo para cuantificar o caual ólio tranportao por río. Métoo para cuantificar el arratre en la capa e fono, g B o G B - Duboy (879 y Straub ( Sato, Kikkawa y Ahia (958 - Schoklitch (94, Rottner (959 - Shiel (96 0 -Gare y Alberton ( Meyer-Peter y Müller (948 - Yalin ( Kalinke (947 - Pernecker y Vollmer ( Levi (948 - Ingli y Lacey ( Eintein (94 y Eintein-Brown ( Bogari (974

24 . Métoo que permiten valuar el tranporte total el fono g BT o G BT in eparar u parte - Lauren ( Carten y Altinbilek (97 - Colby ( Acker y White ( Bihop, Simon y Richaron ( Ranga-Raju,Gare y Bharwaj ( Engelun y Hanen (967 - Karim y Kenney ( Graf y Acaroglu (968 - Brownlie ( Shen y Hung (97 - Smart ( Yang (97

25 0,000 ' n ( / 4 D ( B'. r / / ( τ. R τ 0 τ 0c 0.. q ( j D ( h. j g / * 0047,,5 B. φ g B 0, τ c f,5. V.( V V 6. F c 0, ,5.. B + ν ν D / / g 4 50 ψ τ - n. / S U * D / ( Dy τ a 0. / 4 j U g g g D. R S. D m D50 a h. *( 4 B τ τ 0 a B 0 DuBoy Shiel, - Meyer m/m; Peter (879, D 96. 0,4 mm y fórmula Müller a 4, mm; e (948 Straub ( r (95,5, -El Material,68, y e 4,; mueve 4 Profunia en una erie e e n cm capa a uperpueta; 56 ; La 0 (τ 7 expreione 0 τ c Métoo Fórmula obtenia e e Kalinke Levi Eintein on (948 la primera (947 (94 que y etablecen Eintein-Brown que la cantia (950 0cm; 5 Utilizaa en Sitema Métrico e Uniae; 7 τ 0,047 kg/m a / -Epeor e tranporte e la capa g B epene el mimo báicamente oren e el magnitu parámetro que ψ el intenia iámetro el la flujo, partícula y el parámetro uniforme e que intenia la forman. e tranporte, 0c c 40. φ n geintein B.,94: 0,465.φ. e -0,9.ψ [P/ ψ 5,6] -El eplazamiento e la capa igue una función lineal Eintein-Brown,950: gφ D (/ψ [Para ψ<5,6] -Cuano el material no e uniforme e acotumbra utilizar al iámetro D 50 como tamaño repreentativo (D D 50. -Straub fija como limite e aplicación que 0,mm D 84 4mm. -La prueba en que e baó fueron hecha en pequeño canale e laboratorio. 8 φ Métoo e Sato, Kikkawa y Ahia, 958. Para n 0,05: g B U * (τ 0 τ 0c Para 0,00 n 0,05: Métoo e Schoklitch (94, 950 g B 500. j /. (q q c Utilizó el gato el flujo y el gato que inicia el arratre e eimento, enominao también gato crítico. -Utilizó lo ato obtenio por Gilbert y reultao e obervacione realizaa en lo río Danubio y Aare. -Partícula no uniforme, recomiena que e utilice como iámetro repreentativo e la mezcla a D 40, o ea: D D 40 Baao en el analii imenional. - Cuano τ > 0,, la ecuación exprea el tranporte total e fono, en lugar el arratre en la capa e fono únicamente. ( / r entre,06 a 4,0; D D 50 entre,56 a,47mm; 4 Puee er utilizaa en cualquier itema e unia n coeficiente e Manning repecto al grano D a iámetro meio aritmético....(figura 4.. -La cuarta fórmula: partícula e iferente iámetro y e peo epecífico también iferente ( 40 kgf/m, 680 kgf/m, 50 kgf/m. e la parte e la fuerza cortante cauaa por el tranporte; 9 Coniera la forma el lecho. Tuvo en cuenta el efecto e la fluctuacione turbulenta - El métoo e Kalinke fue earrollao para partícula eférica y conierano el fono plano. - Cuano el material no e uniforme recomiena utilizar el D 50. Conieró la velociae meia (V y critica (V c el flujo y no lo efuerzo cortante. - La Ecuación e Levi fue obtenia para arena e cuarzo. El cuarzo e el material má abunante en lo cauce naturale, por lo que puee aplicare en la mayoría e ello. -Para partícula con iámetro entre 0,000 a 0,0m y con peo epecífico entre 50 a 4 00 kg/m, una vez que fueron utilizao lo ato e Gilbert y Meyer-Peter y Müller para probarla. Para τ >0, cuantifica el tranporte total el fono.. Análii teórica imilar al e Eintein ( Para probar la ecuacione utilizaron lo ato e Gilbert y ato e lo propio autore, o ea: partícula e iámetro que variaron entre 0,05 y 7,0mm (ato e Gilbert, y entre, y 4,58mm (ato e lo autore