✅ TRANSPORTE SÓLIDO: FONDO MÓVIL

Comprender como se realiza o empieza el movimiento de sólidos en el lecho de un río, nos ayuda a poder conocer cuáles son las condiciones iniciales para que dicho movimiento ocurra, dando como resultado la facilidad de poder estimar valores de un gasto sólido de fondo, conocido también como arrastre, también proporciona una gran ayuda al momento de diseñar canales o cualquier tipo  de sistema que proteja contra la erosión, entre otros numerosos problemas o casos que podamos encontrar.

El análisis para comprender como es que empieza a realizarse el movimiento podemos realizarlo mediante dos formas, la primera de ellas hace mención a la fuerza tractiva crítica, la cual nos dice que para que exista o empiece el movimiento de partículas es necesario que la fuerza actuante o fuerza tractiva sea mayor o igual que la fuerza tractiva crítica, bajo estas condiciones se puede afirmar que el movimiento empezará a realizarse. Otra forma particular de determinar la iniciación del movimiento es a través de la velocidad crítica, dicha velocidad es la mínima necesaria para que empiece el movimiento de las partículas. Al iniciarse el movimiento de partículas, se puede determinar el gasto crítico de arrastre al multiplicar el área de la sección transversal con la velocidad crítica determinada. Sin embargo, es importante mencionar que existe una velocidad crítica para cada tipo de partícula en el lecho del río, siendo el primer causante de que la estimación del inicio del movimiento sea complicado y dificultoso de trabajar.

KRAMER, analizando las características antes mencionadas, puedo determinar tres tipos de movimientos: débil, medio y general.

• Movimiento débil: Este tipo de movimiento está definido por las partículas más pequeñas del lecho y pueden determinarse según sea el centímetro cuadrado de su movimiento.
• Movimiento medio: Este tipo de movimiento está definido por las partículas de diámetro medio del lecho.
• Movimiento general: Este tipo de movimiento está definido por las partículas que realizan una variación al lecho del río.

Debemos tener en cuenta que para que exista movimiento, el peso de las partículas deberá ser igual a la fuerza de empuje, sin embargo, si definimos en términos de la fuerza tractiva, entonces debemos considerar que existirán fluctuaciones de velocidad debido a la turbulencia que presente el río.

CRITERIO DE SHIELDS

Este criterio nos explica que el movimiento de una partícula de un determinado diámetro se describe cuando se establece la relación de dos parámetros adimensionales, siempre y cuando exista influencia de subcapa laminar.

• Parámetro de SHIELDS

• Parámetro de índice de inestabilidad

Donde V_* es la velocidad de corte, Re* es el número de Reynolds en función de la velocidad de corte con el diámetro de la partícula, y δ viene a ser el espesor que presenta la subcapa laminar.

En el diagrama de SHIELDS podemos observar líneas rectas que son auxiliares tanto para el diámetro como la para la velocidad de corte, sin embargo, debemos considerar que existen cuatro zonas importantes para poder analizar el diagrama las cuales debemos identificar cuidadosamente, siendo ellas las siguientes:

• Zona 1: En esta zona el diámetro de la subcapa laminar es mayor que el diámetro de las partículas.
• Zona 2: En la zona 2 el espesor de la subcapa laminar es equivalente al diámetro de las partículas.
• Zona 3: En esta zona el diámetro de las partículas es mayor que el espesor de la subcapa laminar.
• Zona 4: En esta zona el espesor de la subcapa tiende a 0 y la turbulencia está desarrollada. El parámetro de SHIELDS no depende del número de Reynolds debido a que se vuelve constante.

Es importante mencionar que el diagrama de SHIELDS, es el que expresa gráficamente la ecuación del parámetro de SHIELDS como función del número del Reynolds.

CUALES SON LAS FASES QUE SUCEDEN EN EL TRANSPORTE SÓLIDO

En el estudio del transporte sólido, podemos determinar que siempre existirá variación en la configuración del fondo, generando diferentes estados que serán estudiados a partir de la velocidad media que presente el flujo.

• Plano: El fondo plano está constituido por pequeñas velocidades, además presenta las partículas más gruesas, las cuales constituyen el fondo, solo presenta movimientos intermitentes, mientras que las partículas de menor diámetro se encuentran en suspensión.
• Rizos: Luego de la fase de fondo plano, en el cual las velocidades son pequeñas, cuando empieza a aumentar la velocidad poco a poco, empiezan a notarse pequeñas formaciones en forma de onda de amplitud pequeña, a esta nueva fase se la conoce como fondo Rizos. En esta fase podemos determinar que el número de Froude es menor que uno.
• Dunas: Los Rizos adquieren mayor amplitud y van cambiando de forma hasta obtener una pendiente suave, aguas arriba, en donde predomina el fenómeno de erosión, la resistencia aumenta y aguas abajo predomina una pendiente pronunciada con una tangente igual al ángulo de reposo. En esta fase podemos determinar que el número de Froude es menor que uno.
• Antidunas: Las dunas realizan una inversión y se vuelven más simétricas. En esta fase podemos determinar que el número de Froude ahora es mayor que uno.

Todas estas fases que suceden durante el transporte sólido se dan con frecuencia solo cuando predomina el material fino en el lecho, es decir, para lechos en donde abunde material grueso no se podrán definir las fases del transporte sólido, en cambio para lechos en donde adunde el material fino, las fases del transporte sólido quedarán bien definidas.

COMO SE PRODUCE EL ACORAZAMIENTO DE LOS RÍOS

El fenómeno del acorazamiento se desarrolla con frecuencia en lechos con fondo móvil, para dar inicio a este fenómeno primero la fuerza tractiva de la corriente iguala a la fuerza tractiva crítica, dando inicio a los primeros movimientos de las partículas más pequeñas. Luego de esto, la fuerza tractiva irá aumentando poco a poco, hasta lograr mover las partículas desde la más fina hasta las de mayor tamaño que pueden ser movidas por dicha fuerza, sin embargo, es importante mencionar que no debe existir aporte de sólidos aguas arriba de la iniciación de este peculiar fenómeno. Cuando la fuerza tractiva haya logrado arrastrar todas las partículas posibles, quedará una capa superficial de material grueso que no ha podido ser arrastrado por la fuerza tractiva de la corriente, es ahí donde podemos afirmar que el proceso de acorazamiento a finalizado y el lecho tomará el nombre de lecho acorazado.