|
|
|
|
1.9 Formas
del lecho o fondos rugosos. Las características de las formas de fondo de un lecho están prácticamente determinadas por la potencia de la corriente y el diámetro medio del material, cuando este último es igual al diámetro medio de caída de material de fondo, que se define como el diámetro de una esfera que cae con igual velocidad de sedimentación que la partícula en cuestión. Para propósitos prácticos se supone que el diámetro medio del material es el que corresponde al 50% del material en peso. Para determinar si hay movimiento incipiente, se recomienda utilizar la relación de Shields, la cual considera la variación del parámetro adimensional de Shields (T) con el número de Reynolds de corte (Re*):
Donde: V* = Velocidad de corte to = Esfuerzo cortante en el fondo r = Densidad del agua R = Radio hidráulico So
= Pendiente del fondo del canal gs
= Peso específico del sedimento seco g = Peso
específico del agua d
= Diámetro de las partículas (Todas
las dimensiones en unidades del sistema internacional.)
Cuando
el sedimento no ha comenzado a moverse, la resistencia al flujo equivale a la de
un fondo fijo. De allí que el
fondo plano sin movimiento sea de interés solo para determinar las condiciones
de movimiento incipiente. Los
rizos son pequeños elementos (pueden tener entre 0.1 y 0.5 m de longitud y 0.5
a 5 cm de altura) de forma triangular, que en su cara aguas arriba, tiene
pendiente muy suave pero el talud aguas abajo es abrupto o pronunciado. La
presencia de los rizos pasa desapercibida al nivel de la superficie del agua; en
general, la corriente lleva muy poco material del lecho en suspensión. Las
dunas son también elementos de forma triangular, pero mucho más grande que los
rizos. Su longitud depende del tamaño del sistema fluvial (pueden
tener 100 m de largo), y causan notables perturbaciones en el flujo de las
aguas. En las dunas, como en
cualquier caso de flujo subcrítico sobre un obstáculo, la depresión en la
superficie del agua coincide con la máxima altura del obstáculo. Las
antidunas forman un tren de ondas simétricas, en fase, de arena y agua, que
crecen gradualmente a partir de un fondo plano donde hay intenso movimiento de
sedimento. Estas ondas pueden
llegar a ser inestables y se rompen como una ola marina, o pueden desaparecer
gradualmente. En el primer caso se
llaman antidunas rompientes o simplemente antidunas, y en el segundo, se conocen
como ondas estacionarias. Cuando
el cauce tiene pendientes muy pronunciadas, la forma más característica es la
de pozos y rápidos. El flujo
consiste en una zona larga de rápidos, donde el flujo acelerado produce un
resalto hidráulico, generando una zona de aguas tranquilas llamada pozo, antes
de comenzar a acelerarse de nuevo. Figura No.29 Formas de
fondo en cauces aluviales. O Además
de las formas de fondo ya mencionadas, existe otro tipo de configuración que
recibe generalmente el nombre de barras y que está relacionado con la geometría
en planta y con el ancho del canal. Las
barras son formas de fondo que poseen longitudes iguales o mayores al ancho del
canal y alturas comparables a la profundidad media del flujo generador, pues no
están siempre sumergidas. Los
diferentes tipos de barra que se presentan se pueden clasificar de la siguiente
forma: ·
Barras de
punta, se forman adyacentes al lado convexo de las curvas.
Su forma puede variar con condiciones cambiantes del flujo, pero no se
mueven en relación a la posición de las curvas. ·
Barras
alternadas, las cuales se forman en tramos relativamente rectos de los ríos y
tienden a estar distribuidos periódicamente a lo largo del tramo con barras
consecutivas, en lados opuestos del canal, moviéndose lentamente hacia aguas
abajo. ·
Barras
transversales, las cuales ocurren también en canales rectos.
Ocupan casi el ancho total del cauce y se mueven lentamente hacia aguas
abajo. ·
Barras
tributarias, que ocurren inmediatamente aguas debajo de los puntos de
confluencia lateral de los canales. De
acuerdo a las formas de fondo que se presenten, el flujo en canales aluviales
podrá ocurrir con dos zonas de flujo, modo de transporte de sedimento, proceso
de disipación de energía, y relación de fase entre la superficie libre y el
fondo del cauce. Los regímenes y
las formas de fondo asociadas a ellos son: ·
Flujo
inferior: la potencia de la corriente es pequeña. Se presentan rizos, dunas con rizos superpuestos y dunas. ·
Flujo
superior: La corriente tiene gran potencia.
Se puede encontrar con fondo plano, antidunas, ondas estacionarias, pozos
y rápidos.
La
relación entre la potencia de la corriente y el diámetro medio de caída de la
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. La
Figura No. 30 es una gráfica de ayuda para determinar cualitativamente la forma
de fondo que prevalece. Figura
No.30 Relación entre el diámetro
medio del material y la potencia de la corriente.
O
|
|
|
Escuela Colombiana de Ingeniería. Centro de Estudios Hidráulicos y Ambientales. |
