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2./2.1 Transporte de sedimentos
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. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.

 

2.1    Introducción.  Nociones del transporte de sedimentos.

 

En esta segunda parte del trabajo serán dadas algunas generalidades sobre el transporte de sedimentos en las corrientes de agua, con la finalidad de presentar algunas técnicas, métodos, aproximaciones y formulaciones matemáticas disponibles para la estimación del caudal sólido transportado por los ríos. 

 

A los procesos del transporte de sedimentos se le atribuyen numerosos impactos significativos en todos los aspectos del análisis y estudio en recursos hidráulicos como son: la planeación, el desarrollo, la utilización, el mantenimiento y conservación de los mismos.  Sin embargo, los conceptos de transporte de sedimentos y las relaciones actualmente utilizadas, tienen serias limitaciones para muchas aplicaciones.  En este apartado, se introducen algunos conceptos del estado del conocimiento presente de la tecnología del transporte de sedimentos y más pretenciosamente, identifica en parte, la infinidad de problemas prácticos y las insuficiencias de conceptos y teorías en el desarrollo, utilización y solución de problemas simples y complejos en recursos hidráulicos, más específicamente el cálculo del transporte de sedimentos en ríos aluviales. 

 

La multitud de ecuaciones del cálculo del transporte de sedimentos en cauces aluviales que han evolucionado a través del tiempo, han restringido, en cierto sentido, la eficacia de las mismas, debido a las limitaciones que el ingeniero y el científico deben ser conscientes de incluir en sus estudios, métodos y aproximaciones.  En esta área del conocimiento existen, básicamente, dos escuelas: una determinística, que procura expresar en ecuaciones el fenómeno físico del transporte de sedimentos; otra, empírica, que procura obtener relaciones entre las variables, directamente a través de datos obtenidos y medidos en campo o en estudios de laboratorio.

 

Como fue indicado anteriormente, el estudio del transporte de sedimentos ha sido estudiado por ingenieros y geomorfologistas durante muchas décadas y aún continúa constante.  El conocimiento del transporte de sedimentos es muy importante para realizar el análisis hidráulico del río y los ajustes a la dinámica de los sistemas del río, que son el resultado de múltiples fenómenos complejos en los cauces naturales. La aplicación de estos estudios beneficiará, entre otros, el desarrollo de actividades de preservación y la generación de respuestas a las preocupaciones medioambientales actuales. 

 

Entrando en el tema de fenómeno físico del transporte de sedimentos, es conveniente analizar que cuando las condiciones de flujo satisfacen o exceden el criterio para el movimiento incipiente, las partículas del sedimento a lo largo del lecho de un río empezarán a moverse.  Si el movimiento de partículas del sedimento está rodando, deslizando o a veces saltando a lo largo de la cama o lecho del río, se llama el transporte de material del lecho. Generalmente, la proporción de transporte de fondo de un río es aproximadamente del 5 al 25% que el del material por suspensión.  Sin embargo, para los materiales más rugosos, el porcentaje más alto de transporte del sedimento se deriva principalmente del lecho mismo. 

 

El transporte del sedimento involucra una interacción compleja entre las numerosas variables interrelacionadas. Sin embargo, aproximaciones teóricas en el estudio del transporte de sedimentos, se basan en la simplificación y en la idealización de supuestos, hechos éstos, a diferentes fenómenos naturales presentados por las corrientes de agua. 

 

Ha sido una práctica común asumir que la proporción de transporte del sedimento o la magnitud de concentración del sedimento puede determinarse básicamente por ciertas variables dominantes, como el caudal, la velocidad, la pendiente de energía, el cortante de fondo, la potencia de la corriente, la rugosidad relativa, el número de Froude etc.  La variable o variables a las cuales se les dará énfasis, dependen del trabajo de investigación realizado y de su posterior aplicación para cada caso en particular. En algunos casos, se utilizan sólo dos o tres variables importantes.  Esto normalmente resulta en una simplificación del problema. 

 

Cuando se aplican ecuaciones diferentes a un río específico, los resultados propuestos pueden ser drásticamente diferentes entre si.  Este tipo de análisis nos cuestiona respecto a la exactitud y validez de las ecuaciones y a la necesidad de comprobar y calibrar adecuadamente las ecuaciones con datos medidos en campo y otra serie de factores, como por ejemplo, condiciones hidrológicas locales, condiciones geomorfológicas globales, etc., y tantas otras variables de las que dependerá la exactitud de nuestra ecuación, que en cierta medida será una muy buena aproximación a los fenómenos físicos del transporte de material sólido que ocurre en las corrientes de agua naturales.

 

Para el desarrollo de las ecuaciones y de los métodos de análisis, se requiere fundamentarse en  consideraciones teóricas, variando las interpretaciones estadísticas de los datos básicos y las comprobaciones limitadas de las relaciones entre las variables estudiadas con los datos de campo.  De hecho, en algunos casos, las ecuaciones de transporte de sedimentos no han sido comprobadas para las condiciones del campo. 

 

El transporte de sedimentos en las corrientes de agua y en los sistemas de los ríos naturales, depende de las numerosas variables interrelacionadas,  lo que nos lleva a concluir que no hay ninguna ecuación universal que es aplicable a todas las condiciones.

 

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