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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1.7.2    Caudal Sólido.

Por analogía con el flujo de agua, el primer paso en el transporte en el análisis del transporte del sedimento es definir el caudal sólido, Q_s, como el volumen por unidad de tiempo que cruza una sección transversal y definir el correspondiente caudal sólido unitario, q_s, por unidad de anchura.  Para el transporte en suspensión es más simple trabajar con el peso del material sólido en lugar del volumen.  Al peso por unidad de tiempo se le sigue llamando “caudal” en peso.  Es preferible el peso porque las medidas practicables en un río son las velocidades del agua y las concentraciones del material sólido en suspensión expresadas en (mg/l). 

Ambas variables tienen una distribución en la vertical predecible o reconocible: la de velocidades es una distribución logarítmica como se deduce de la teoría de la capa límite; la de concentraciones c(y) es en primera aproximación una función exponencial negativa sobre la coordenada Y. (Figura No. 26)

 Figura No.26  Distribución de velocidades (izquierda) y concentración de sedimento en suspensión (derecha).  Distribución de Schmidt.  O

El caudal sólido unitario en peso g_s es la integración en la vertical del producto de las dos variables,  y se expresa en (g/m.s), Donde:

c = concentración de sedimentos en suspensión, en (mg/l) y

v = velocidad del sedimento en suspensión en (m/seg). 

Por otra parte, la predicción del volumen del sedimento al que corresponde un cierto peso de material en suspensión no es fácil, pues el peso específico del sedimento varía con el tiempo por consolidación y depende también de la granulometría.

También el transporte de fondo se expresa frecuentemente en peso, además de darse en volumen.  En este caso hay hasta cuatro modos de expresarlo y no deben confundirse:

1.     En el volumen neto, que corresponde exactamente a la definición del caudal sólido;

2.     Volumen bruto o volumen de un empaquetamiento del material, que incluye los huecos o espacios vacíos que componen el material (sedimentos). Designando por l el índice de huecos o espacios vacíos, que es función de la granulometría del material, el volumen bruto es:  veces el volumen neto.

3.     En peso seco, cuya relación con el volumen neto es el peso específico (2650 kp/m³ en materiales naturales).

4.     En peso sumergido, cuya relación con el volumen neto es el peso específico sumergido (1650 kp/m³).

El volumen bruto tiene la virtud de ser directamente equiparable con los volúmenes de erosión o sedimentación en el fondo de un río.  El volumen neto tiene la virtud de prestarse a una relación porcentual con el caudal líquido.  Los pesos tienen la virtud de ser homogéneos con el transporte en suspensión y así permitir la comparación o la suma de ambos.

Se puede indicar que las mayores concentraciones de material en suspensión conocidas en grandes ríos son del orden de 1 g/l en China y las menores, en países húmedos, son del orden de 1 g/l.  El río Ebro, tras los embalses hidroeléctricos de Mequinenza y Riba-roja, que retienen sedimento presenta unas concentraciones del orden de 20 mg/l.  Multiplicando por el caudal medio se obtiene una cifra global que suele expresarse en Ton/año.  En cuanto al transporte de fondo, es arriesgado dar un orden de magnitud independientemente de la magnitud de la corriente (de caudal líquido) y de las características hidráulicas y granulométricas del cauce.  Sin embargo, un caudal sólido del orden del 0.1-1% del caudal líquido es posible.

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