TEMA V: PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS EN UN CAUCE

Objetivo: Analizar las principales propiedades del binomio agua-suelo, que permitan estudiar los problemas fundamentales de la hidráulica fluvial.

 

SEDIMENTOS:

• DEFINICIÓN: Reciben este nombre las partículas procedentes de las rocas o suelos y que son acarreadas por las aguas de los escurrimientos y por el viento.

• FUENTES DE LOS SEDIMENTOS: De acuerdo con lo dicho antes, la fuente principal la constituyen los suelos y las rocas que se encuentran en su cuenca. Siendo el agua y el viento los agentes de erosión y transporte.

Las fuentes de los sedimentos pueden clasificarse en naturales y artificiales.

NATURALES:

• Erosión de la superficie de la tierra: Debida a la acción del viento (transporte eólico) y la lluvia (transporte por escurrimiento superficial).

•Erosión del cauce principal y sus tributarios: Provocada por la potencia erosiva del flujo, lo que ocasiona cambios en su perfil longitudinal, sección transversal y en su forma en planta. Siendo el material arrastrado aguas abajo donde podría depositarse o bien seguir su recorrido hacia los cuerpos de agua o al mar.

ARTIFICIALES:

• Destrucción de la vegetación: la deforestación de bosques originada por el hombre, con fines de cultivo, para desarrollo urbano o industrial.

• Obras de ingeniería: Construcción de caminos, vías férreas y presas entre otras, originan que grandes volúmenes de material sean removidos y queden más sueltos que en su estado original.

•CLASIFICACION DE LOS SEDIMENTOS

De acuerdo a su resistencia a ser arrastrados y de su comportamiento al ser transportados por una corriente se tienen dos clases de sedimento: COHESIVOS Y NO COHESIVOS.

•Sedimento NO COHESIVO o FRICCIONANTE: Es conocido también como material granular, está constituido por granos gruesos o partículas sueltas como las gravas y las arenas. Siendo el peso de las partículas quien se opone a las fuerzas de arrastre de la corriente.

•Sedimento COHESIVO: Está constituido por partículas de grano muy fino como las arcillas. En este caso la fuerza de cohesión es mucho más grande que el peso de cada grano por lo que es la que se opone a las fuerzas de arrastre de la corriente.

En los cursos naturales abundan mas los materiales no cohesivos. 

LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UN SEDIMENTO NO COHESIVO SON:

• Densidad y peso específico

• Tamaño

• Forma

DENSIDAD

Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un material: su densidad.

La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido un un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

PESO ESPECÍFICO

Suele llamarse peso específico al cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. Para calcularlo se divide el peso del cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa

TAMAÑO

El tamaño de las partículas es una de las propiedades de los sedimentos más importante y más utilizada. Definirlo no es fácil debido a que las formas que presentan es irregular. No obstante, suele definirse en términos de su volumen o de su velocidad de caída, o por la abertura de la malla de una criba o por sus dimensiones triaxiales.

El tamaño de las  partículas sedimentarias se obtiene normalmente midiendo en forma directa los fragmentos rocosos, cribando las arenas y las gravas y  sedimentando los limos y las arcillas.

FORMA

La forma describe el aspecto o la apariencia de las partículas, independientemente de su tamaño,  densidad o composición mineralógica. La forma es una característica importante dada su influencia en el movimiento de las partículas que caen o se desplazan dentro del seno de un fluido.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SEDIMENTOS

La superficie de la tierra es atacada principalmente por dos agentes, el aire y el  agua. Dichos agentes son el detonante de los diversos procesos físicos y químicos que destruyen y transforman las rocas. Cuando esto ocurre se dice que la roca ha quedado intemperizada.

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE INTEMPERIZACION

•Los que causan la desintegración física o mecánica de las rocas.

•Los que originan descomposición química.

LA DESINTEGRACIÓN MECÁNICA COMPRENDE:

•Cambios periódicos de temperatura: Calentamiento y enfriamiento debido a cambios De temperatura diurnos o estacionales.

•Congelación: Al quedar atrapada el agua en los poros y fisura de la roca, al Congelarse se dilata provocando la fractura de la roca.

Productos Esperados: Gravas y Arenas Principalmente, en ocasiones limos (La roca es quebrada y luego se va fragmentando).

LA DESCOMPOSICIÓN QUÍMICA COMPRENDE:

• Oxidación: adición de iones oxígeno a los minerales de las rocas.

• REDUCCIÓN: Extracción de iones de oxígeno de los minerales que constituyen las rocas.

• Hidratación: Adición de agua a los minerales que forman las rocas.

• Carbonatación: Disolución del material de la roca por agua que contiene una cantidad importante de dióxido de carbono.

Productos esperados: Arcillas Principalmente.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES TRANSPORTADOS:

• Los transportados y depositados por el agua son conocidos como Material aluvial

•los transportados por el viento principalmente finos, ceniza Volcánica se denominan material eólico.

• DISEÑO DE CAUCES SIN ARRASTRE.

La metodología existente para el diseño de canales cubre principalmente la selección adecuada de la sección hidráulica por donde fluye el agua, en condiciones de flujo uniforme y caudal máximo. Con este objeto algunos criterios se han presentado, aplicables a canales con y sin recubrimiento y aunque los criterios de diseño se dedujeron para las condiciones de flujo uniforme, su aplicación se puede extender en buena medida a las de flujo variado en cualquiera de sus formas.

Cualquiera que sea el canal por diseñar, el ingeniero debe conocer las propiedades del material que constituirá la plantilla y taludes después de efectuar la excavación  Dicho material formara el cuerpo del canal cuando no se recubra o servirá para soportar el recubrimiento cuando se utilice. También es importante conocer las propiedades del sedimento proveniente de otros sitios, que el agua va a transportar en suspensión  Estos aspectos son tratados con amplitud en este capitulo, para entender mejor los métodos de diseño de canales no revestidos,  así como el transporte de sedimentos que se expone en el siguiente capitulo.

Primero se exponen los procedimientos generales de diseño de los canales, recubiertos o no, consistentes en la selección del talud, las velocidades mínima y máxima del flujo y los criterios para estimar el libre bordo.

• CONSIDERACIONES DE DISEÑO

El cuerpo de los canales sin recubrimiento y de los ríos se forma de materiales con partículas de forma, tamaño y propiedades diferentes, que varían desde grandes piedras a material coloidal. El material puede cambiar de una parte a otra a lo largo de la conducción y el del fondo a menudo difiere del que forma los taludes. Según sea la intensidad del flujo, el material no siempre es capaz de resistir la fuerza de arrastre generada por el agua, que crece conforme aumenta la velocidad. Se puede entonces producir el arrastre del material y el transporte de sedimentos en el seno de la corriente, con el proceso de erosión en las fronteras y el de deposito del material en las zonas donde disminuye la velocidad haciendo inestable al canal o al cauce.