TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Los sedimentos que transporta una corriente de agua son
consecuencia natural de la degradación del suelo, puesto que el material
procedente de la erosión llega a las corrientes a través de tributarios
menores, por la capacidad que tiene la corriente de agua para transportar
sólidos, también por movimientos en masa, o sea, desprendimientos,
deslizamientos y otros.
El transporte de sedimentos es un fenómeno complejo que
responde a dos funciones, una que
representa las características de la
hoya y otra las del río; una de las funciones indica la cantidad, naturaleza y
propiedades físicas de los materiales disponibles para el transporte, y la otra, la capacidad del sistema
hidráulico para hacerlo.
La presencia de partículas en el flujo altera el
comportamiento hidráulico muchas veces motivado por la presencia de elementos
artificiales, como son apoyos de puentes o estructuras hidráulicas, Que hacen
que se rompa el equilibrio del flujo.
En un punto cualquiera del río, el material que viene de
aguas arriba puede seguir siendo arrastrado por la corriente y cuando no hay
suficiente capacidad de transporte este se acumula dando lugar a los llamados
depósitos de sedimentos.
Las corrientes fluviales forman y ajustan sus propios
cauces, la carga de sedimentos a transportar y la capacidad de transporte
tienden a alcanzar un equilibrio. Cuando un tramo del río consigue el
equilibrio, se considera que ha obtenido su perfil de equilibrio. Sin embargo,
puede ser aceptable que existan tramos o sectores de un río que hallan
alcanzado su equilibrio, aunque estén separados por tramos que no tengan este
equilibrio.
Cuando el esfuerzo de arranque que el agua ejerce sobre
el lecho constituido por sedimentos es suficientemente fuerte para remover una
capa de partículas, estas no se desprenden indefinidamente sino que pueden
adquirir un estado de equilibrio después de ponerse en movimiento algunas capas
anteriores. Según R.A. Bagnold las partículas transportadas añaden una fuerza
nueva, normal al lecho, que mantiene las partículas del lecho expuestas contra
la tracción que se ejerce por la mezcla de agua y sedimentos.
El estudio de los tipos de fondo es importante por su
papel en la rugosidad del lecho, transporte de sedimentos, parámetros de flujo,
socavación y sedimentación.
PROPIEDADES
DE LOS SEDIMENTOS
Las características que
definen los procesos de suspensión, transporte y depositación del sedimento
dependen no sólo de las condiciones del flujo sino también de las propiedades
del sedimento, como son:
Tamaño. La propiedad más importante
de una partícula de sedimento es su tamaño por lo cual, ha sido la única
propiedad que caracteriza los sedimentos. Solamente si la forma, densidad y
distribución granulométrica son semejantes en diferentes sistemas hidráulicos,
se pudiese considerar que la variación de su tamaño define la variación
del comportamiento del sedimento.
Forma. Es una característica que
determina el modo de movimiento de la partícula (grano de forma aplanada, en el
lecho, difícilmente se mueve por rotación, pero sí se desplazan fácilmente o,
eventualmente pueden saltar) Normalmente se define a través de la redondez,
esfericidad y el factor de forma.
Densidad. Es la relación entre la
masa que posee una partícula y su volumen. La gravedad específica, gs, se define como la relación entre la densidad
de la partícula sólida y la densidad
del agua a 4 grados centígrados. La mayoría de los sedimentos de los ríos son
cuarzos o feldespatos cuya gravedad específica es 2.65; sin embargo, gs varía
desde 1.35 a 1.70 para la piedra pómez hasta 7.6 para la galena.
Peso específico. Es la relación
entre el peso de la partícula y su volumen. Es igual al producto de la densidad por la
aceleración de la gravedad.
orosidad n: Se define como la relación
entre el volumen de vacíos y el volumen de granos o volumen de sedimentos.
Velocidad de caída, w: Es la
velocidad límite que adquiere la partícula cuando cae en agua destilada, en
reposo, de extensión infinita a una temperatura constante de 24 grados
centígrados.
FORMAS DE TRANSPORTE DEL SEDIMENTO EN UNA CORRIENTE
Todos los tipos de movimiento que tienen las partículas
se inician cuando las fuerzas de arrastre son mayores que las fuerzas estabilizantes; las fuerzas que tienden
a mover o arrastrar los sedimentos
son: la presión hidrodinámica, la sustentación y las fuerzas de viscosidad del
flujo. Las fuerzas que ofrecen resistencia a la acción de movimiento están
relacionadas con: el tamaño del grano y la distribución de los granos que
existen en el fondo. Las fuerzas que resisten el movimiento para los sedimentos
de mayor tamaño, tales como gravas y arenas
es el peso de la partícula mientras que para los finos son las fuerzas
cohesivas. Las partículas gruesas tienen un movimiento en forma individual
mientras que los finos tienen un movimiento en grupos.
La iniciación del movimiento es un proceso eventual. Se
rige entonces por la probabilidad de que una partícula se mueve bajo la
influencia de las corrientes turbulentas, es por esto, que dar una definición
exacta de movimiento seria imposible, por lo que en los procesos de arrastre no
hay una condición crítica que genere un comienzo brusco, en el momento en que
la condición crítica es alcanzada.
CIASIFICACIÓN
DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS SEGÚN MECANISMO Y SEGÚN ORIGEN
De acuerdo con el mecanismo de transporte pueden ser
distinguidas dos formas:
a. Carga de
lecho:
Movimiento de partículas en contacto con el lecho, las cuales ruedan, se deslizan o saltan.
b. Carga
en suspensión:
Movimiento de partículas en el agua. La tendencia de
asentamiento de la partícula es continuamente compensada por la acción difusiva
del campo de flujo turbulento.
De acuerdo con el origen del material de transporte, se
hace la siguiente distinción
a. Transporte de material de fondo:
Este transporte tiene su origen en el lecho. Esto
significa que el transporte es determinado por las condiciones del lecho y del
caudal (puede consistir en carga de fondo y en carga de suspensión).
b. Carga de lavado:
Transporte de partículas nulo o en muy pequeñas
cantidades en el lecho del río. El material es suministrado por fuentes
externas (erosión) y no depende directamente de las condiciones locales
existentes (puede solamente ser transportado como carga en suspensión;
generalmente material fino menor de 50 mm).
MEDIDAS DE CONCENTRACIÓN DE SEDIMENTOS
Muestreadores de sedimentos en
suspensión
Estos muestreadores deben tener formas aerodinámicas
para causar el mínimo disturbio a la corriente. Deben retener una muestra que,
posteriormente, secada en un calcinador de el peso del sedimento retenido. Una
vez conocida el volumen de la muestra, se calcula la concentración, por ejemplo
en gramos por litro. Muestreadores utilizados son el US P—61 y el US Dh-59
(Figura 3).
Muestreadores de sedimento
depositado en el lecho de los ríos
Según Linsley no hay ningún muestreador de
sedimento de lecho enteramente satisfactorio. Existe un muestreador que opera
por diferencia de presiones. En ese muestreador la entrada de agua consiste
inicialmente en un estrechamiento con subsiguiente expansión que causa una
disminución de presión y, posteriormente, disminución de velocidad lo cual
facilita la retención del sedimento.
MEDIDA DE LA CARGA TOTAL DE SEDIMENTO POR ELIMINACIÓN DEL SEDIMENTO DEL
LECHO
Cuando el sedimento transportado en el lecho y en
suspensión sea relativamente fino, un vertedero que cause bastante turbulencia
puede ser usado para elevar toda la carga de sedimento del lecho en la
corriente. Se mide, entonces, la concentración del sedimento en suspensión
aguas arriba y aguas abajo del vertedero. La diferencia, será la medida de la
cantidad de sedimento del lecho. Este método es aplicable principalmente a
corrientes pequeñas de agua.
FUENTES DE SEDIMENTOS
Fuente
principal: suelos y rocas que se encuentran en la cuenca. Principales agentes
de erosión y transporte: agua y viento.
Pero en general las fuentes
son naturales y artificiales:
NATURALES:
Erosión de la superficie del terreno, Erosión del cauce principal y sus
tributarios y deslizamientos naturales del terreno.
ARTIFICIALES:
Destrucción de la vegetación, sitios de construcción (vías de comunicación,
ciudades), Explotación de minas y desechos urbanos e industriales.
TRANSPORTE
DE SEDIMENTOS POR CORRIENTES
Cuando
el sedimento es transportado por el flujo se diferencian dos grandes grupos de
sedimentos:
•SEDIMENTO
DE LAVADO: partículas muy finas como limos y arcillas y que el agua transporta
en suspensión
•SEDIMENTO
DE FONDO: partículas mayores a 0.062 mm y pueden ir dentro de la capa de fondo
(arrastre) o en suspensión (según Einstein la capa de fondo es aquella cuya
altura es igual a 2 veces el diámetro de la partícula).
El
transporte de fondo depende de las características hidráulicas de la corriente
(hidráulica fluvial) y en cambio un río puede transportar tanto material de
suspensión como llegue a el, independientemente de sus características
hidráulicas.
SEDIMENTOS EN SUSPENSIÓN
Todas las corrientes llevan
materiales suspendidos, los cuales tienden a tranquilizarce en el fondo del
canal, o bien dichas particulas llegan a un embalse donde su velocidad y
turbulancia son reducidos.
Las particulas pequeñas puden
permanacer en suspensión por un tiempo largo y algunas veces cruzan la presa a
través de compuertas, turbinas o vertedores.
Para determinar la cantidad
de sedimentos suspendidos se realizan mediciones en las corrientes y dichas
muestras son llevadas a un laboratorio. la muestra es filtrada para separar los
sedimentos. los sedimentos son secados y pesados expresando su concentracion en
el agua en unidades de en partes por millon (ppm). el programa bandas reporta
concentraciones de sedimentos en los ríos.
CONTROL DE SEDIMENTOS EN EMBALSECONTROL
EMBALSES
La
sedimentación no puede ser prevenida pero si retardada una forma de hacer esto
es seleccionar un sitio donde el flujo de sedimentos sea bajo.
Metodos
de conservación de suelo (terrazas, cultivos en contorno)
Proteger
margenes de los ríos vegetandolos o revistiendolos
Barreras
naturales que atrapan los sedimentos antes de llegar a las presas
desazolvar
la presa (dragando)
Deflocular
el sedimento compactado y que pase como liquido
VIDEO TEMA VI
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