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2.2.1 Distribución del transporte sólido en los cauces aluviales.
Hidráulica fluvial. Conceptos generales sobre morfología, dinámica y el transporte de sedimentos en ríos aluviales. Ecuaciones y métodos de uso más extendido para su evaluación y cálculo.


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2.2.1    Distribución del transporte sólido en los cauces aluviales.

 

En el análisis del transporte de sedimentos en una cuenca hidrográfica es importante realizar una descripción y cuantificación de los procesos erosivos y determinar la producción real de los sedimentos, en el tiempo y en el espacio, en puntos específicos de los cauces para estimar el verdadero volumen de sedimentos disponibles en un lugar dado.

 

Mediante las estaciones de medición directa de la carga sólida transportada y el procesamiento de su información, es posible determinar en forma aproximada los volúmenes de sedimentos que eventualmente llegan a un río.  Esta metodología se emplea debido a que no es posible cuantificar de una forma simple, el proceso de producción de sedimentos de una cuenca antes de que éstos se conviertan en carga efectiva en un cauce.

 

La carga sólida de un cauce se puede estimar en valor absoluto, en cada uno de los puntos donde existen estaciones de medición de primer orden y el procesamiento de su información permite que la presentación de los resultados se realice mediante curvas de duración de caudal sólido promedio diario y curvas de duración de carga sólida por unidad de área de la cuenca.  Dependiendo del número de estaciones y de la calidad de la información, es posible estimar valores de transporte en diferentes puntos del cauce mediante la extrapolación de los valores de la carga sólida.

 

La determinación de la capacidad de transporte de sedimentos en un cauce aluvial, denominada carga total, implica el cálculo de dos tipos de carga sedimentológica identificadas como: la carga del material del lecho y la carga de lavado.  La carga del material del lecho está compuesta por materiales cuyo movimiento se realiza por procesos difusivos asociados con la turbulencia de la corriente y sus características físicas corresponden a la granulometría del lecho.  Como su origen es en el lecho, donde su disponibilidad es prácticamente ilimitada, la carga que puede ser transportada de pende de la potencia de la corriente y en consecuencia se establece una relación directa entre este tipo de transporte y el caudal líquido.

 

La carga del material del lecho o carga de material de fondo (Qml), como se expresó en las ecuaciones anteriores, se mueve en parte por arrastre y en parte por suspensión. En el transporte por arrastre, las partículas están prácticamente sustentadas por el lecho del río.  Se ha supuesto arbitrariamente que este movimiento se desarrolla en una capa delgada de dos diámetros de espesor.  La concentración en esta capa es muy alta y es la fuente para alimentar la suspensión en otros puntos de la vertical.

 

La carga del material del lecho se mueve entonces diferencialmente, con una marcada concentración en las capas inferiores de la corriente, que disminuye paulatinamente hacia la superficie.  La carga en las vecindades del fondo se conoce como la carga de arrastre y esta carga sólida, difícil de cuantificar, se mide con el equipo BTMA.

 

Existe un transporte adicional de material por arrastre (Qa), que no se ha tenido en cuenta debido fundamentalmente a su magnitud, en una zona por encima de la definida para la carga de arrastre y que se mueve por saltación.  Para fines prácticos esta zona se define, por encima del fondo, entre los 5.00 cm y los 30.00 o 50.00 cm, dependiendo de la profundidad del agua en la sección vertical de aforo, en general se asume como 50.00 cm para profundidades mayores a 3.00 metros.

 

La carga de lavado (Ql) es la constituida por los materiales más finos del acarreo del río; éstos se mueven siempre en suspensión. Como en general la corriente tiene exceso de capacidad para mover este tipo de carga, el control se realiza a partir de la capacidad de abastecimiento de la cuenca.  Es decir, al carga de lavado es independiente del caudal líquido, pero si depende de las condiciones geológicas, edafológicas e hidroclimatológicas de la cuenca y su estimación se realiza a partir de la medición directa en el río, con base en los datos de aforo sólido del material en suspensión.  La separación del material transportado en suspensión se realiza mediante los tamaños. Las mediciones continuas de transporte sólido en suspensión contra caudal líquido y curvas de duración de caudal sólido en cada estación.

 

La carga de lavado la componen básicamente los materiales más ligeros en peso; estos sedimentos tienen una velocidad de asentamiento muy inferior a las fluctuaciones turbulentas de la velocidad de la corriente en el sentido vertical, se encuentran en suspensión, es decir, se encuentran totalmente sustentadas por el flujo, aún para los caudales y velocidades más bajos de la corriente.  El flujo casi siempre tiene exceso de capacidad para mover estas partículas, rara vez se les encuentra en cantidades apreciables en el lecho de la corriente.  Su transporte está regulado más por la tasa de abastecimiento de la cuenca que por la disponibilidad de energía del flujo y en consecuencia no corresponde a una función biunívoca del caudal líquido.

 

De acuerdo con las definiciones realizadas los tipos de carga sólida se pueden clasificar utilizando la nomenclatura internacional de la siguiente manera:

Donde:

Qt =   Carga total.

Qml =  Carga de material del lecho.

Ql =   Carga de lavado.

 

Por otra parte,

Donde:

Qa =   Carga de arrastre (también se considera en esta carga la carga por saltación).

Qs =   Carga en suspensión.

 

Es decir,

 

Si la carga total en suspensión se expresa como la suma de la carga en suspensión y la carga de lavado, se tiene:

 

Entonces se puede escribir finalmente que:

Correspondiendo ésta fórmula anterior a la definición inicial.

 

 

 


Escuela Colombiana de Ingeniería. Centro de Estudios Hidráulicos y Ambientales.
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