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1.9.1
Análisis físico
sobre la rugosidad y las formas de fondo. La
relación entre la potencia de la corriente y el diámetro medio de caída de
las partículas que conforman el fondo, es de gran utilidad para predecir las
formas de fondo que puedan encontrarse en un cauce cuando estas características
sean conocidas. Cuando
se tiene un fondo plano sin movimiento, la resistencia al flujo equivale a la de
un contorno fijo. Si se da el caso
de que es un lecho arenoso, el coeficiente n de Manning puede calcularse por la
fórmula de Strickler. n
= 0.015 (d50)1/6, donde: La
siguiente tabla es una buena herramienta para determinar el coeficiente de
rugosidad de Manning, n, de acuerdo con la zona de flujo y la forma de fondo. Tabla No. 3 Relación entre las formas de fondo y el coeficiente de
rugosidad n de Manning,
de acuerdo con la zona de flujo. O De
observaciones en cauces naturales con lechos de arena fina a media, se pudo
concluir que cada vez que se pasaban grandes caudales la resistencia al flujo
disminuía. De allí que se recomiende utilizar, de la tabla anterior,
los valores mínimos para los caudales de crecida y los valores máximos para
los caudales pequeños. (Richardson 1975). Figura
No.31 Formas de fondo: a) Dunas, b)
Antidunas, c) Rápidos y d) Pozos.
O Cada
forma de fondo añade a la resistencia al flujo debida al tamaño del grano una
resistencia de forma. Esta es
generalmente mayor con las dunas que con las arrugas o con el lecho plano.
Por otro lado, este último coincide aproximadamente con el régimen crítico
(Número de Froude = 1), separando las formas de fondo de régimen subcrítico o
lento (arrugas y dunas) de las de régimen supercrítico o rápido (antidunas).
En
la figura No. 32, se observa la tensión total debida a las fuerzas de
rozamiento en el fondo, consecuencia de esta evolución de formas.
Las particularidades de esta curva explican el hecho, comprobado en ríos
de arena, de que en cierta región de caudales un caudal mayor circule con una
profundidad menor. (Las dunas son barridas y la resistencia al flujo disminuye).
Figura No. 32 Tensión total sobre un fondo móvil en función del Número
de Froude (Fr). O Existen
diversos criterios para deducir las formas de fondo de un lecho granular. Uno
muy simple emplea las mismas variables adimensionales del ábaco de Shields
(Figura No. 33), con la que resulta un área distinta para cada forma por encima
de la línea del principio del movimiento.
Se observa que las arrugas corresponden al movimiento turbulento liso y
que son sustituidas por lecho plano y dunas para un movimiento más
desarrollado. En ríos de
granulometría gruesa y extendida se presentan formas de fondo de mayor escala y
desarrollo longitudinal, llamadas barras. Figura No.33 Diagrama formas de fondo en un diagrama de Shields. O
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Escuela Colombiana de Ingeniería. Centro de Estudios Hidráulicos y Ambientales. |
