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Guía | Propiedades de los Sedimentos

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Las propiedades de los sedimentos pueden dividirse en dos: aquellas que los caracterizan individualmente y aquellas que los caracterizan en conjunto. En esta guía extiende su explicación.

1. Propiedades individuales de la partícula:

  • Tamaño: este parámetro conjuntamente con el peso específico se usa para caracterizar el sedimento en los problemas de transporte de sedimentos y erosión. Como las partículas son de forma irregular, se utilizan determinadas dimensiones para caracterizar las partículas, tal como se explican a continuación:
    • Diámetro de sedimentación (ds): es el diámetro que tendrá una esfera con la misma densidad que la partícula original, cayendo a la misma velocidad, en el mismo fluido y a la misma temperatura.
    • Diámetro de tamiz (dt)
    • Diámetro nominal (dn): es el diámetro de la esfera cuyo volumen es igual al de la partícula.
    • Diámetro de caída normalizado (dcn): es el diámetro de una esfera con peso específico relativo igual a 2.65, que tiene la misma velocidad de caída que la partícula natural cuando ambas caen en agua limpia a 24°C. Es decir, es el diámetro de sedimentación bajo condiciones tipificadas.
    • Dimensiones triaxiales: son aquellas que se miden a lo largo de los tres ejes mutuamente perpendiculares.

Los limos y arcillas se caracterizan por el diámetro de sedimentación o por el diámetro de caída normalizado.
Las arenas y gravas se caracterizan por el diámetro de tamiz.
Las gravas gruesas y los peñones se caracterizan con las dimensiones triaxiales.
En Hidráulica Fluvial, la clasificación de las partículas según su tamaño se hace a través de la Escala de Wentworth (Tabla 1.1 / Flórez, Hidráulica Fluvial, Pág 2).

  • Forma: se define a través de los siguientes parámetros:
    • Redondez: es la relación entre el radio medio de curvatura de las aristas de la partícula y el radio de la circunferencia inscrita en el perímetro de área máxima de proyección de la partícula. Mientras el parámetro sea más cercano a 1, significa que la partícula es más redondeada.
    • Esfericidad: es la relación entre el área superficial de una esfera de volumen equivalente y el área superficial de la partícula.
    • Factor de forma: está dado por la siguiente relación de las dimensiones de los ejes triaxiales:


2. Propiedades del conjunto de partículas:
  • Peso específico: El sedimento arrastrado a los cauces de los ríos tiene su origen en la descomposición de las rocas, por lo tanto, el sedimento fino está formado por los minerales más estables y resistentes a la erosión, de los cuales el más importante es el cuarzo. Por ende, el peso específico de las arenas es prácticamente igual al del cuarzo (Ss=2.65), aunque los feldespatos (Ss= 2.55 a 2.76) y la magnetita (Ss=5.17) pueden formar parte de su composición. En general, se considera que el peso específico varía poco y se acepta 2650 Kg/m3 como valor promedio para las partículas naturales.
  • Curva granulométrica: El material del fondo de un río no es uniforme, pues presenta diversidad de diámetros, en especial en ríos de montaña.

En los ríos de llanura, la distribución del material es más uniforme y por eso puede ser representado mediante curvas granulométricas; en cambio, en ríos de montaña se debe
escoger un diámetro representativo a criterio del diseñador.

  • Velocidad de caída uniforme de las partículas: Se considera una partícula esférica inmóvil en el seno de un fluido que se mueve con una velocidad W, que es lo mismo que considerar una partícula que cae con una velocidad W en un fluido en reposo.

Como la partícula se mueve con velocidad uniforme, significa que la aceleración es nula y por lo tanto debe existir equilibrio.



Contenido:

1. Propiedades individuales de la partícula.
  1.1. Tamaño.
    1.1.1. Diámetro de sedimentación (ds).
    1.1.2. Diámetro de tamiz (dt).
    1.1.3. Diámetro nominal (dn).
    1.1.4. Diámetro de caída normalizado (dcn).
    1.1.5. Dimensiones triaxiales.
  1.2. Forma.
    1.2.1. Redondez.
    1.2.2. Esfericidad.
    1.2.3. Factor de forma.
2. Propiedades del conjunto de partículas.
  2.1. Peso específico.
  2.2. Curva granulométrica.
  2.3. Velocidad de caída uniforme de las partículas.
    2.3.1. Según Rouse.
    2.3.2. Según Rouse para esferas de cuarzo en agua y aire.
    2.3.3. Según el Comité entre Agencias de Recursos Hidráulicos de los EEUU.
    2.3.4. Según Rubey.


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