ÍNDICE HIDRÁULICA FLUVIAL

Transcripción

1 E.T.S.I.. Caminos, Canales y Puertos Universidad de La Coruña Hidráulica Fluvial Hidráulica e Hidrología a II ÍNDICE Introducción Morfología a fluvial: Clasificación n de los ríosr Morfología Características Nociones de hidráulica fluvial: Clasificación n del transporte de sedimentos Caudal solido 1

2 ÍNDICE Introducción Morfología a fluvial: Clasificación n de los ríosr Morfología Características Nociones de hidráulica fluvial: Clasificación n del transporte de sedimentos Caudal solido Introducción Similitudes entre canales y ríos: r Transportan agua en lámina l libre Determinación n de: cuánto, cuándo, dónde, d sobre qué, sección. Canales Ríos: Hidrología, Geomorfología, Hidráulica Morfología: Canales fija,, Ríos R variable Interacción n con el medio: Canales no Ríos si 2

3 Introducción Similitudes entre canales y ríos: r Ríos: Comportamiento dinámico Doble transporte: agua y sedimentos Secciones en Ríos: R variables y cambiantes Ríos: régimen, resistencia, avenidas Ríos: Ingeniería a fluvial (Geografía, a, Geología, Biología, a, ) ÍNDICE Introducción Morfología a fluvial: Clasificación n de los ríosr Morfología Características Nociones de hidráulica fluvial: Clasificación n del transporte de sedimentos Caudal solido 3

4 Morfología Clasificación n de los ríosr Ríos efímeros: Climas aridos y semiáridos Ríos perennes Ríos aluviales: Discurren por materiales sedimentarios (llanuras de inundación) n) Ríos de lecho rocoso Ríos torrenciales: Pendiente mayor del 1,5 % (hidráulica torrencial) Torrentes: Pendiente mayor del 6 % Ríos de montaña Ríos de llanura de inundación Morfología Morfología a de los ríosr Erosión n en cabecera Transporte en el cauce medio Sedimentación n en el tramo bajo: Aspecto cóncavoc Hidrología a fluvial: Estudio de la secuencia en que se presentan los caudales Régimen hidrológico (pluvial, nival,, tropical, monzónico nico) Q clasificados, Hidrogramas,, Q max.. instantáneo neo (T) 4

5 Morfología Morfología a de los ríosr Tipos: Cauce trenzado (anastomosis) Son divagantes con gran capacidad de transporte sólidos (montaña) a) A A A A Morfología Morfología a de los ríosr Tipos: Cauce sinuoso (meandriforme) Calado mayor en orilla concava. Lugar geométrico de los puntos con mayor profundidad: Thalweg Meandros: Dinámicos, dos movimientos: dirección n aguas abajo profundización 5

6 Morfología Morfología a de los ríosr Evolución n del meandro depende de la resistencia de la orilla a la erosión Barras alternadas: playas en zona interior A B A B A A B B Morfología Morfología a de los ríosr Meandros: Regulares e irregulares Simples o compuestos Regular Irregular Simple Compuesto 6

7 Morfología Morfología a de los ríosr Libertades: anchura, calado y planta Relación n empírica para separar río r o trenzado o sinuoso (meandriforme( meandriforme) i=pendiente ; Q (m 3 /s) i Q 0,44 > 0,0116 Trenzado i Q 0,44 < 0,0116 Sinuoso Pueden existir: Trenzado y (parte más m s alta) Sinuoso (parte baja) Morfología Morfología a de los ríosr l Sinuosidad s = l/λ λ es 10 B ; a es 3 B λ es proporcional Q 0,5 / D 0,3 B Amplitud a λ B Q 0,5 ; λ Q 0,5 ; v y 2/3 El calado y crece con el caudal menos que B 7

8 Q 2 Q 1 Morfología 2 material medio 3 material fino 1 material grueso Con más m s caudal se tiende a hacerlo más m s ancho y más s profundo (B/y( mayor cuanto mas caudal) B/y mayor cuanto más m s material grueso El aumento del transporte disminuye la sinuosidad Morfología Caudal dominante El caudal que da lugar a la geometría a hidráulica que se estudia τ y Llanura Cauce Caudal dominante: Caudal de período de retorno 1,4 años. Cuanto más irregularidad hidrológica T mayor (<7) Q 1 Q 2 Q Desbordamiento 8

9 Morfología Función de la vegetación Las plantas fijan el material suelto (sedimentación) n) Orillas Playas en el interior del cauce Llanuras de inundación - La vegetación n presenta resistencia al Flujo y al Transporte de sedimentos. - Efecto más m s importante en ríos r pequeños Morfología Función de la vegetación Factores que influyen en la vegetación: Estado de humedad en la zona de raíces Acción n mecánica de las aguas altas y avenidas La calidad del agua (MO, oxígeno, etc.) Ciclo vegetativo 9

10 Características Torrentes y Ramblas El torrente es el conjunto de: una cuenca de recepción (erosión) n),, un cauce de desagüe (torrente ya formado, con transporte de sedimentos),, y cono de deyección (sedimentación) n) Cuenca recepción: Problemas ambientales (pérdidas de suelo, acarcavamiento) Cauce: Problemas ingenieriles (erosión n de lecho y orillas, transporte sólido) s Cono: Problemas hidrológicos (aterramiento del cauce e inundación, n, tramos fluviales inestables) Características Torrentes y ríos torrenciales Cuenca de recepción Canal de desagüe Cono de deyección 10

11 Características Ramblas Ramblas - Ríos efímeros, lecho con material granular. Cauces anchos, rectilíneos y a veces trenzados. - Grandes erosiones (transitorias y permanentes) y acreciones - En abanicos aluviales son difusos y tienen pendiente alta y gran transporte sólido. s - El caudal se pierde lo que origina un perfil recto y no concavo (Guad-,, Quebrada) Características Llanuras de inundación Áreas próximas al cauce principal del río r o que se inundan ocasionalmente (Ej. Ríos R de poca pendiente con morfología meandriforme) Cordón Río colgado Cauces de alta 11

12 Características Llanuras de inundación Formación n sedimentaria cuaternaria de suelos variados Acreción vertical Material más fino Acreción lateral Material muy fino Material más grueso Características Deltas y Estuarios Delta: - Formación n activa mar adentro que puede crecer a ritmos muy elevados. - Morfología a llana con gran deposición n de sedimentos en las crecidas. - El cauce del río r o es meandriforme y dinámico por la baja resistencia de los terrenos aluviales. - Se forman sistemas trenzados que varían an con el tiempo Emisarios: Cauces por donde discurre el agua en el delta 12

13 Características Deltas y Estuarios Estuario: Desembocadura tierra adentro.. Las orillas se van separando y el río r o se abre al mar. La marea determina el movimiento del agua en el estuario A Mar Barra litoral: A Q Q A Río A Características Estuario: Cuña a salina Río Mar Dulce Salada Estratificación (>1) y mezcla (<1): Número adimensional de Froude densimétrico V 1= ρs ρ g y ρ 13

14 Características Equilibrio del fondo: balanza de Lane D i SEDIMENTACIÓN i (1) (2) EROSIÓN q s EROSIÓN ACRECIÓN q i i i Q causa de desequilibrio (>i/d sensible ; <i/d insensible) B/y causa de desequilibrio Leyes de Fargue Características La pendiente local del fondo del thalweg es proporcional a la variación n de la curvatura del eje. y y c y 14

15 Características La corriente del río: r no paralela Más velocidad Menos velocidad Caudal menor, convergencia y divergencia, (más curvatura) Características La corriente del río: r Cambios en un tramo sinuoso de un ríor por ascenso y descenso del agua. El ecosistema fluvial: 15

16 ÍNDICE Introducción Morfología a fluvial: Clasificación n de los ríosr Morfología Características Nociones de hidráulica fluvial: Clasificación n del transporte de sedimentos Caudal solido Granulometría Nociones de Hidráulica fluvial Lechos de lo ríos: r granulares o cohesivos Ríos aluviales Lechos granulares Cauces también n en roca erosión n más m s lenta Lechos cohesivos son erosionables Reposición n a granulares 16

17 Granulometría Nociones de Hidráulica fluvial Lechos granulares Peso de las partículas Tamaño D 50 γ s = 2,65 T/m 3 Dispersión σ g = (D 84 /D 16 ) 1/2 Curva granulométrica Lechos bien graduados acorazamiento Nociones de Hidráulica fluvial Umbral del movimiento Comienzo del arrastre Acción n del agua sobre el fondo cortante esfuerzo Resistencia de la partícula a ser movida función de: Peso específico sumergido γ s γ Tamaño D Esfuerzo cortante τ 17

18 Nociones de Hidráulica fluvial Curva de Shields Relación n adimensional de la fuerza promotora del movimiento con la fuerza estabilizadora Acción de arrastre / peso = τ D 2 / (γ s γ)d 3 = τ / (γ s γ)d Velocidad de corte y tensión n cortante (en el fondo): τ = γ R h I v * = (τ/ρ) 0.5 v/v * = 8.0(y/D) 1/6 Nociones de Hidráulica fluvial Curva de Shields 1 Turbulento liso Movimiento Turbulento rugoso τ/(γ s γ)d 0.1 V * V * δ Subcapa límite Reposo N o de Reynolds granular Re * = v * D/ν δ Velocidad umbral o crítica v c /((γ s - γ/γ)d) 1/2 = 1.414(y/D) 1/6 18

19 Nociones de Hidráulica fluvial Acorazamiento Arrastre del material más m s fino quedando el más m grueso Transporte selectivo Acorazamiento Acorazamiento dinámico Nociones de Hidráulica fluvial Hay un cierto espesor en el que se mueven todas las partículas (movilidad igualada) - Las gruesas se mueven antes que las equiv. Homogéneas - Las finas se mueven después que las equiv. homogéneas - Las finas se mueven antes que las gruesas Relación n con la rugosidad (Erosión n local, σ g ) - Avenidas que no destruyen la coraza (con o sin material fino) - Avenidas que destruyen la coraza (movilización y remodelación) 19

20 Clasificación n del transporte Según n el modo: en suspensión (turbulencia) en fondo (rodando) A mayor flujo mayor tamaño o de la partícula que se pone en movimiento Según n el origen: Cauce (lecho) Cuenca (lavado) Nociones de Hidráulica fluvial Modo de transporte EN SUSPENSIÓN DE FONDO Origen del material CUENCA LECHO Nociones de Hidráulica fluvial Clasificación n del transporte En suspensión n (90%): mayoría a por lavado de cuenca hidrológica (litología, pendientes, vegetación, P, Esc,..) Deposición n en llanuras de inundación, n, deltas, En fondo (10%): ligado con la geomorfología a del cauce (pendiente, ancho, granulometría, a, caudal, ) 20

21 Caudal sólidos Nociones de Hidráulica fluvial Volumen por unidad de tiempo que atraviesa una sección n transversal Transporte en suspensión peso/tiempo Transporte de fondo Volumen: Neto, Bruto (huecos + material) Peso: Peso seco, peso sumergido Caudal sólido s : M/T Caudal sólido s unitario: M/T L (por ud.. de ancho) Caudal sólidos Nociones de Hidráulica fluvial y V(y) c(y) 21

22 Nociones de Hidráulica fluvial Mesoformas (formas del fondo) Configuración n ondulada Participan en el transporte y resistencia (rugosidad) Se presentan sobre todo en lechos de arenas Formas: Arrugas Dunas - arena fina, movimiento no turbulento rugoso (liso) - régimen lento Mesoformas Nociones de Hidráulica fluvial Arrugas Dunas Lecho plano 22

23 Mesoformas Nociones de Hidráulica fluvial Configuración n ondulada Aumentando la velocidad Lecho plano Se añade a ade a la resistencia por tamaño la resistencia de forma Formas: Antidunas - Gran transporte de sedimentos - Régimen rápidor Rápidos y pozos - Resaltos Mesoformas Nociones de Hidráulica fluvial Fr>1 Fr<1 Antidunas Rápidos y pozos 23

24 Mesorformas Nociones de Hidráulica fluvial Diagrama de formas (ábaco( de Shields) τ = τ + τ 1 reposo rápido τ/(γ s γ)d 0.1 Arrugas Dunas Lecho plano Reposo lento 1 Fr Re * = v * D/ν Nociones de Hidráulica fluvial Formas de fondo de gran escala 24

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