TEMA VI: TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

TEMA VI: TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Objetivo: Cuantificar el gasto sólido en un cauce en sus diferentes formas.

El cálculo de la pérdida de suelo a partir de la medida del movimiento de los sedimentos en las corrientes y los ríos tropieza con varios problemas. La realización de las mediciones lleva tiempo y resulta cara; su precisión puede ser baja; incluso si se dispone de datos correctos sobre el movimiento de una corriente no se sabe de dónde procede el suelo y cuándo se produjo el movimiento.

El movimiento de los sedimentos en las corrientes y ríos presenta dos formas. Los sedimentos en suspensión están constituidos por las partículas más finas mantenidas en suspensión por los remolinos de la corriente y sólo se asientan cuando la velocidad de la corriente disminuye, o cuando el lecho se hace más liso o la corriente descarga en un pozo o lago. Las partículas sólidas de mayor tamaño son arrastradas a lo largo del lecho de la corriente y se designan con el nombre de arrastre de fondo.

Existe un tipo intermedio de movimiento en el que las partículas se mueven aguas abajo dando rebotes o saltos, a veces tocando el fondo y a veces avanzando en suspensión hasta que vuelven a caer al fondo. A este movimiento se le denomina saltación y es una parte muy importante del proceso de transporte por el viento; en la corriente líquida la altura de los saltos es tan reducida que no se distinguen realmente del arrastre de fondo.

FIGURA 1 - Velocidad, concentración de los sedimentos y descarga de sedimentos en las corrientes

VELOCIDAD

CONCENTRACIÓN DE SEDIMENTOS

DESCARGA DE SEDIMENTOS

Existen varias causas posibles de error cuando se intenta de establecer una relación entre la cantidad del sedimento medido en las corrientes y la extensión de la erosión dentro de la cuenca hidrográfica.

En primer lugar, pueden existir cantidades importantes del material erosionado que no contribuyen al sedimento en la corriente debido a que se deposita antes de que llegue a ellas. La proporción de sedimento que llega a la corriente en comparación con el movimiento bruto de los sedimentos dentro de la cuenca se denomina relación de distribución. 

Una segunda causa posible de error es el factor tiempo. En una cuenca mayor el sedimento puede erosionarse y depositarse y sucesivamente volverse a erosionar y volverse a depositar cierto número de veces antes de que el sedimento llegue a la corriente. Una muestra de este sedimento podría incluir material erosionado en su origen varios años antes.

La tercera dificultad radica en que el sedimento de la corriente incluye materiales que proceden de diferentes fuentes con relaciones de distribución muy distintas. El sedimento procedente del derrumbe de las orillas de las zanjas o de las riberas de los ríos pasa inmediatamente al caudal de la corriente, mientras que la pérdida de suelo de una pequeña superficie cultivada y dentro de una cuenca en la que predominan los bosques podría tener tasas de erosión local elevadas, pero contribuir poco a la carga total de sedimentos.

Toma continua de muestras

Los modelos de caudales que aumentan y disminuyen y las variaciones de la concentración de sedimentos en diferentes caudales, pueden en cierta medida preverse a partir de observaciones; pero los muestreadores automáticos más perfeccionados no pueden predecir lo que va a suceder a continuación. Un muestreador por bombeo automático puede actuar exactamente como está programado y tomar la serie de muestras necesaria cuando el caudal aumenta y disminuye; si en ese momento se produce una violenta tempestad en la cuenca hidrográfica que origina un caudal aún mayor, no podrán tomarse muestras porque los recipientes ya están llenos. La única forma de evitar que esto suceda consiste en disponer de un sistema de medición continua de las concentraciones de sedimentos, para lo que existen dos métodos.

Cálculo del arrastre de fondo

Mediciones directas
Muestreador
Trazadores radioactivos
Estimación empírica

Mediciones directas

La forma más sencilla de calcular el arrastre de fondo consiste en cavar un agujero en el lecho de la corriente como en la Figura 45 y en retirar y pesar el material que cae en él. La cuenca aguas arriba de un vertedero o canal de aforo puede actuar análogamente como una trampa de sedimentos, pero es posible que no se sepa si se ha recogido todo el arrastre de fondo. En los lugares con grandes cargas de arrastre, este procedimiento puede necesitar mucho tiempo y resultar engorroso.

Muestreador

El cálculo del arrastre de fondo se puede efectuar a partir de muestras recogidas por un dispositivo que está situado por debajo del lecho de la corriente durante un tiempo determinado y que luego son extraídas para pesarlas. Se han utilizado numerosos dispositivos y su variedad demuestra la dificultad que existe para tomar una muestra exacta y representativa. 

Los problemas que plantean los muestreadores del arrastre de fondo son:

·El muestreador perturba la corriente y modifica las condiciones hidráulicas en su punto de entrada.

· El muestreador tiene que descansar en el lecho de la corriente y tiende a hundirse en él al producirse una socavación en torno suyo.

· Para mantenerse estable en el fondo tiene que ser pesado, lo que dificulta su uso cuando se lo baja desde puentes o desde torres construidas con ese fin.

· Un muestreador tiene que reposar sobre un lecho razonablemente liso y no estar apoyado encima de piedras o cantos rodados.

 Trampa de arrastre de fondo

Muestreador de arrastre de fondo

La forma más sencilla es una cesta de alambre con una aleta estabilizadora como se ilustra en la El material que toma este modelo es reducido porque interfiere con la corriente y cierta cantidad de materia cada vez mayor a medida que la cesta se llena, se desvía en torno al muestreador. Esto se puede describir diciendo que la contrapresión reduce la corriente en el muestreador, lo cual transmite una imagen clara sin entrar a analizar la mecánica de la corriente fluida.

 Trazadores radioactivos

En varios estudios se hace referencia al empleo de indicadores radioactivos para vigilar el movimiento del arrastre de fondo. La técnica consiste en insertar en la corriente un trazador radioactivo en una forma similar al arrastre de fondo, es decir, que debe tener la misma forma, dimensión y peso que el sedimento natural. El movimiento aguas abajo puede así vigilarse utilizando detectores portátiles. Otra solución consiste en aplicar el trazador a la superficie de un sedimento que se produce de manera natural, o incorporarlo a materias artificiales que se pueden radioactivar por medio de irradiaciones (Tazioli 1981).

CUADRO 10 - Clasificación de Maddock para calcular el arrastre de fondo (Maddock 1975) 

Concentración del sedimento en suspensión (partes por millón)	Material del lecho del río	Textura de los elementos en suspensión	Descarga del arrastre de fondo expresada como % de la descarga de los sedimentos en suspensión
menos de 1000	arena	similar al lecho del río	25-150
menos de 1000	grava, rocas, arcilla dura	bajo contenido de arena	5-12
1000 - 7500	arena	similar al lecho del río	10-35
1000-7500	grava, rocas, arcilla dura	25% de arena o menos	5-12
más de 7500	arena	similar al lecho del río	5-15
más de 7500	grava, rocas, arcilla dura	25% de arena o menos	2-8

Estimación empírica

La dificultad de obtener mediciones confiables del arrastre de fondo ha dado motivo a algunos intentos de calcularlo a partir de parámetros más fácilmente medibles; sin embargo, su uso no está difundido. Un método sencillo basado en el conocimiento de la concentración de los sedimentos en suspensión, de la textura de la materia en suspensión y de la materia del fondo se indica en el Cuadro 10. Einstein (1950) elaboró un método complicado que posteriormente se ha modificado y mejorado. Existen muchas otras fórmulas teóricas y su precisión y confiabilidad son discutibles.

Estimación de la carga total

Un método para evitar cálculos separados de la carga de suspensión y del arrastre de fondo consiste en mezclar todo el sedimento en movimiento y tomar una única muestra de la mezcla. Un canal de medición de la turbulencia es una estructura construida ex profeso con obstrucciones en el lecho de la corriente para crear la máxima turbulencia posible antes de que la corriente pase a través de un vertedero donde se toman muestras. El mismo efecto se puede conseguir con un muro de rocas en el lecho de la corriente o cuando el caudal pasa a través de una apertura reducida como un puente o una alcantarilla. El material arrastrado de mayor tamaño se asentará en el lecho rápidamente por lo que la muestra se debe tomar sin demora con un recipiente que se llena con la mezcla.