3er Trabajo - Transporte de Sedimentos

Zuleika del Carmen Sánchez Viena

Facultad de Ingeniería Civil

Los problemas que se presentan en los diseños de estructuras hidráulicas cuando se necesita evaluar de manera confiable los volúmenes de sedimentos que los ríos transportan hasta las obras y que a menudo ocasionan fallas en la operación de bocatomas y presas de embalse, en el control de las inundaciones y en las protecciones de las márgenes, se deben a los siguientes factores:  • Deficiencia en la información cartográfica e hidrometeorológica de las cuencas vertientes, y de caudales líquidos y sólidos en la mayoría de los ríos. • Desarrollo aún incipiente de los métodos de medición de sedimentos y de aplicación de fórmulas empíricas a casos reales.

• Conocer y saber aplicar los métodos para el cálculo de la masa del material de arrastre de fondo y suspensión.

• Conocer las formas de controlar la sedimentación en los embalses o la mejor manera de entender la vida útil de los mismos

• Conocer los tipos de volúmenes en un embalse y los factores para su determinación

Transporte de Sedimentos

El proceso de producción de sedimentos en las cuencas y su transporte por parte de las corrientes naturales es muy complejo. La cuantificación de los sedimentos para proyectos de Ingeniería se basa actualmente en mediciones y en la aplicación de métodos empíricos.

El Problema del Transporte de SedimentosLos problemas que se presentan en los diseños de estructuras hidráulicas cuando se necesita evaluar de manera confiable los volúmenes de sedimentos que los ríos transportan hasta las obras y que a menudo ocasionan fallas en la operación de bocatomas y presas de embalse, en el control de las inundaciones y en las protecciones de las márgenes, se deben a los siguientes factores: Desarrollo aún incipiente de los métodos de medición de sedimentos y de aplicación de fórmulas empíricas a casos reales. Cambios en las prácticas tradicionales de manejo de la cuenca después de construidas las obras.

Clasificación de los Sedimentos

Transporte de Material de Arrastre de Fondo

Es característico de flujos torrentosos y el tamaño del material transportado puede llegar a grandes dimensiones de rocas.

Teoría de Cálculo de la Masa de Material de Arrastre de FondoEl cálculo de la masa de material de arrastre de fondo, que normalmente forma parte de un estudio sedimentológico, debe empezar como estudios y reconocimientos de campo. mismos que como sabemos, se inician en la cuenca.

Para solucionar el problema del cálculo de material de arrastre de fondo. Ellas son:

a) La solución de Meyer- Peter. b) La solución de Zanke.

Solución de Meyer - Peter Esta fórmula se utiliza especialmente en ríos con

material grueso: (d > 1mm).

Se expresa como.

DONDE:

Solución de Zanke Su idea era, que el transporte no comienza

abruptamente sino de manera suave.

Caudal Sólido

Como hemos visto anteriormente existen dos variantes del transporte de sólidos:

Límite entre caudal sólido en suspensión y arrastre de fondo

Kresser en 1984, dibujó los rangos de distribución de granos para el material de fondo y el material en suspensión entre ello, de la siguiente manera.

Transporte de Sedimentos en SuspensiónLos sedimentos en suspensión son finos que llegan a la corriente por procesos de erosión pluvial vertiente o por lavado del material suelto de las márgenes.

Teoría de Cálculo de Material Sólido en SuspensiónLa capacidad de un rio para transportar sedimentos en suspensión depende de las fuerzas de sustentación que se generan como componentes verticales de la velocidad del flujo. La magnitud de estas fuerzas de sustentación depende de la magnitud de la velocidad de flujo y, por tanto, del caudal. Mientras la componente vertical que sostiene una particula de sedimento sea mayor que el peso de esta, la particula se mantiene en suspensión; de esta forma, el caudal clasifica las partículas que el rio puede transportar, tanto en tamaño como en número. Nosotros describiremos la teoría de Engelund – Hansen para el cálculo del material sólido en suspensión.

Solución de Engelund - Hansen

Sedimentación en EmbalsesASPECTOS TEÓRICOS FUNDAMENTALES:ORIGEN:

Un embalse es el volumen de agua acumulado por una presa, formando un lago artificial, que puede tener por objetivo la regulación de los causes fluviales, el accionamiento de centrales hidroeléctricas o la acumulación de agua potable o de regadío, es decir el aprovechamiento racional e intenso de los recursos hidráulicos

Volumen Útil en un Embalse

Es el volumen del reservorio que está disponible para su uso en generación de energía, irrigación, control de avenidas u otro propósito.

Volumen Inactivo

Volumen inactivo es el volumen del reservorio medido desde el punto más bajo del conducto de descarga hasta el nivel mínimo de operación.

Volumen Muerto

El volumen muerto (Dead storage, Tranche morte, Totraum) es el volumen ubicado por debajo del punto más bajo de descarga que exista en el embalse.

Factores para la determinación del Volumen MuertoSon varios los factores que intervienen para

la determinación del Volumen Muerto que debe considerarse en un proyecto de embalse. Sin embargo, todos ellos giran en torno a una idea principal: saber cual es la cantidad de sedimentos que traerá el río en los años futuros y, luego, calcular que porcentaje de esa cantidad quedará retenido en el embalse. Todo esto para un período dado. Como generalmente las cantidades de sólidos se expresan en peso (a partir de medición de concentraciones o de fórmulas de transporte) habrá que transformar el peso a volumen, para lo que deberá conocerse el “peso específico” del material depositado.

Acciones para aumentar la Vida útil de un embalse

a) Controlar la erosión en la cuenca, mediante acciones de preservación.

b) Disponer de un volumen adicional muy grande reservado para el depósito de sólidos.

c) Incorporar a la presa sistema de purga.d) Construir aguas arriba presas para la retención

de los sedimentos.e) Remover mecánicamente los sedimentos, etc.

ConclusionesEl origen de los sedimentos en la cuenca vertiente se dan de dos formas; por Erosión Hídrica y por Remoción en Masa. La granulometría del material sólido nos determinará el tipo de transporte que posee, ya sea en suspensión, de fondo o saltación. Las fórmulas empíricas para el cálculo de las capacidades máximas de transporte de sedimentos tienen muchas limitaciones porque por lo general estas fórmulas son desarrolladas en condiciones de laboratorio. Un embalse es un lago artificial construido para almacenar agua durante la estación lluviosa y para distribuirla durante la estación seca para poder así satisfacer la demanda de agua. La determinación del Volumen Muerto en el diseño de un embalse es de vital importancia, ya que de este factor depende la vida útil de la presa.

RecomendacionesEvitar mediante el Estado el creciente proceso de deforestación de nuestras cuencas e incentivar programas de reforestación en las mismas. Incorporar sistemas de purga en embalses, ya que es una de las formas más efectivas de evacuar sedimentos. Construir pequeños embalses para control de sedimentos a otros embalses y así poder aumentar la vida útil del embalse.