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1.10.4
Materiales empleados en
modelos fluviales. En
los modelos de lecho móvil puede emplearse un material más grueso que el que
correspondería a la escala geométrica del modelo, para evitar el efecto de las
fuerzas viscosas en el inicio del movimiento, en la configuración del fondo, en
la resistencia al flujo y en el transporte sólido.
El aumento del tamaño es una distorsión de la granulometría con
respecto a la geometría del cauce. Esta
distorsión puede compensarse utilizando un material más ligero que el mineral
del prototipo. Tal material en el
modelo puede ser natural (como carbón) o artificial (plástico o sintético) y
debe ser más ligero, tratando de contrarrestar su mayor tamaño, de modo que el
inicio del movimiento ocurra en condiciones homólogas.
[El carbón tiene densidades relativas desde 1.20
hasta 1.50 y es importante que no sufra desgaste por abrasión, lo que modificaría
la granulometría. Entre los plásticos
se ha utilizado mucho la baquelita, con densidad relativa de 1.4, que se obtendría
triturando aparatos de teléfono. Distintos
laboratorios tienen preferencia por diferentes materiales]. Esta
idea es lo que expresa la ecuación: lrs-r lD
= ly. Supongamos un problema en un río de gravas con Dm = 25 mm
que se desea modelar a escala 100 (deducida por la longitud del tramo de estudio
y el espacio en el laboratorio). Empleando
carbón cuya densidad es rs/r = 1.40 , resulta: lrs-r = (2.6 - 1)/(1.4 –
1) = 4; lD = 100 / 4 = 25.
Es decir, el tamaño medio de las partículas de carbón sería de 1 mm,
cuatro veces mayor que el tamaño que tendría si fuera material mineral.
El caudal sólido de partículas de carbón por unidad de anchura seguiría
respecto al prototipo la escala lqs = 250, mientras que el
caudal líquido unitario seguiría la escala lq= 1000. La diferencia entre las escalas de caudal sólido y líquido implica la
existencia de un tiempo “sedimentológico” diferente del tiempo hidráulico
dado por la escala según la semejanza de Froude. El inconveniente de la distorsión granulométrica es su efecto sobre la
resistencia al flujo. Al aumentar
D, aumenta la rugosidad k y también el coeficiente de fricción f, cuya escala debería ser
la unidad. Si la distorsión es
moderada y si la rugosidad por formas de fondo (dunas) es dominante sobre la
rugosidad por tamaño de grano, entonces el efecto es despreciable.
Los modelos con material distorsionado necesitan una calibración.
La calibración es también recomendable para todos los modelos de lecho
erosionable. Se trata de reproducir
en el modelo una situación en la cual existan datos de campo (del prototipo),
prestando atención a la evolución del fondo.
El objeto de la calibración, tras la rugosidad, es el caudal sólido,
casi siempre desconocido en el prototipo. De
uno u otro modo, la calibración busca alcanzar un equilibrio del fondo bajo el
caudal sólido ajustado. La distorsión de la granulometría y de las dimensiones verticales
simultáneamente en un modelo de lecho móvil, es una técnica viable y
utilizada pese a sus dificultades. Un
problema de la distorsión vertical en fondo móvil es la incorrecta simulación
de las dunas y otras morfologías de fondo, en las que intervienen las
dimensiones verticales (exageradas) decisivamente.
Los modelos reducidos son en tanto una “ciencia” como un “arte”.
La teoría de la de semejanza que se ha presentado en cuanto al
transporte sólido no es la única ni es incuestionable.
El hecho de que la fiabilidad del modelo dependa tanto de la calibración
como de los criterios de semejanza “teóricos” da libertad a un laboratorio
para otras prácticas. Es la capacidad del modelo para reproducir hechos
observados en el prototipo lo que sanciona una práctica y lo que convierte en
capital la calibración de los modelos. También hay que distinguir un modelo que trate de cuantificar en términos
absolutos un problema fluvial en lecho móvil de uno que lo estudie
cualitativamente, o en términos relativos o comparativos.
En este caso pueden estar justificados modelos tales como: ·
Modelos de lecho granular
ensayados sin aportación de sedimento en cabecera (técnica de “aguas
claras”), para estudiar erosiones. En
ocasiones para hacer más lento el proceso de erosión, se compacta el material
granular con ayuda de una fracción fina. ·
Modelos de lecho fijo
ensayados con aportación de sedimentos en cabecera, para estudiar
sedimentaciones; estos modelos ensayados largo tiempo, hasta que sale del modelo
el mismo caudal sólido que se le suministra, hasta alcanzar el mismo equilibrio
que se busca en los modelos de lecho erosionable. *1 [Tomado de la referencia: Hidráulica
Fluvial. Martín Vide, Juan Pedro. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería y
Publicaciones UPC, Barcelona. (España). 1997. Politex Area d'Enginyeria Civil No.58. Libro
de referencia de la Escuela Colombiana de Ingeniería (627.12/M379i) -
(627.122/C877i)] |
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Escuela Colombiana de Ingeniería. Centro de Estudios Hidráulicos y Ambientales. |