Transporte sólido
Se denomina transporte sólido al desplazamiento de materiales sólidos realizado por un flujo de agua, como un río, arroyo, torrente o corrientes marinas. El material transportado se denomina carga.
Por medio de un flujo hídrico de un curso de agua superficial el material sólido es transportado hasta un lago o hasta el mar, o bien se va depositando progresivamente a lo largo de su recorrido, en el mismo álveo, o en caso de inundaciones, en las llanuras de inundación, o llanuras aluviales.
El origen del material sólido transportado por un flujo de agua puede ser natural, cuando proviene de la erosión de la superficie del terreno, de la erosión del cauce principal y sus tributarios y de deslizamientos naturales del terreno. El origen de los materiales es artificial, o andrógeno, cuando proviene de la destrucción de la vegetación, de sitios de construcción (vías de comunicación, ciudades), de explotación de minas, o de desechos urbanos e industriales.
La cuantificación del transporte sólido es muy importante en estudios de obras de ingeniería, como el diseño de vías de navegación interna, en localización de tomas para sistemas de agua potable o de riego, en el diseño de diques o puentes y, al mismo tiempo, es una operación muy difícil de realizar. El costo de las mediciones del transporte sólido es alto, sobre todo en pequeñas cuencas de montaña, y requiere además un estudio prolongado en el tiempo dada su extrema variabilidad.
Se pueden distinguir cinco tipos de transporte sólido:
El caudal sólido mide, por unidad de tiempo, la cantidad de material sólido transportado por la corriente, en una sección determinada. Cada tipo de transporte sólido tiene su propio procedimiento para ser medido.
En función de la pendiente del curso de agua, de su caudal, y por lo tanto de la velocidad del flujo de agua, el fenómeno del depósito de materiales sólidos involucra materiales de granulometría cada vez más fina, en la medida en que disminuyen los factores mencionados. Al aumentar la fuerza tractiva de la corriente aumenta también la parte del transporte sólido que permanece en suspensión y la que se mueve en el fondo del lecho.
Un efecto visible de este fenómeno es la variación de la granulometría del material depositado en el fondo del curso de agua. El lecho de los torrentes está compuesto de piedras y cantos rodados de dimensiones importantes, elementos estos que la fuerza de la corriente no puede mover, mientras que los materiales más finos han sido transportados aguas abajo.
Al disminuir la velocidad de la corriente disminuye también la granulometría del material depositado, hasta alcanzar, en la proximidad de la desembocadura en el mar o en un lago, la de la arena y de los limos. El fondo de los lagos y lagunas, a causa de la irrelevancia del transporte sólido, puede estar formado por depósitos de arcilla.
El proceso de transporte sólido, así como el proceso complementario de la sedimentación no son constantes en el tiempo sino que varían al modificarse el caudal del curso de agua. En los períodos de aguas altas y durante las avenidas se pueden producir una remodelación general del cauce del curso de agua, pudiéndose producir una remoción de sedimentos ya depositados y el traslado más rápido de los mismos aguas abajo.
El transporte sólido de un curso de agua, al tener características tan variadas, exige también una gama variada de procedimientos para su determinación, involucrando instrumentos específicos para cada caso. A continuación se describen algunos de estos dispositivos y procedimientos.
El material sólido en suspensión en una corriente, ya sea que provenga de un proceso de saltación, o que sea transportado en suspensión durante un recorrido mayor, es muy influenciado por la velocidad y la turbulencia del medio que lo transporta. Por ese motivo el dispositivo destinado a capturar la muestra a ser analizada debe alterar lo menos posible el punto donde la muestra es tomada. Algunos de estos dispositivos son: la llamada botella Delft; el muestreador US BM 54, o el USP-61.
Existen dos procedimientos para efectuar estas medidas de transporte sólido, aplicables según la finalidad específica para la cual se efectúa la medición: La primera es una medición instantánea. En este caso mediante un dispositivo se captura, en un determinado punto de la sección del flujo, una muestra de agua que se retira para su análisis en laboratorio. Y el segundo, que podría denominarse integrador. El procedimiento consiste en aspirar mediante una pequeña bomba una cierta cantidad de agua, conteniendo el material sólido transportado en suspensión, durante un tiempo determinado . Midiendo en el laboratorio el material sólido capturado (en gramos) y el volumen de agua bombeado (en litros), se determina el transporte sólido expresado en g/litro, como:
El material que encontramos en el fondo del lecho de un curso de agua, básicamente puede tener dos orígenes: puede estar formado por el material grueso que la corriente no ha conseguido desplazar, o puede estar formado por materiales arrastrados durante algunos eventos de avenidas.
El estudio del transporte de fondo es más complejo que el estudio del material transportado en suspensión.
El transporte sólido de fondo, en cursos de agua con lecho de grava, ha sido descrito por algunos investigadores, como un fenómeno que puede descomponerse en diferentes fases, en particular con dos condiciones de movimiento de los sedimentos. Superado el estado crítico del inicio del movimiento, en una primera fase, el transporte de sedimentos se manifiesta con una intensidad moderada junto a un determinado umbral del caudal líquido, mientras que, en la segunda fase, la intensidad de arrastre de fondo se incrementa. El umbral del caudal líquido que define el límite entre las dos fases del transporte sólido correspondería al caudal de cauce lleno, aun cuando se asocia el inicio de la segunda fase con la ruptura del acorazamiento del lecho y se lo relaciona con un caudal igual al 80 % del correspondiente al cauce lleno. La intensidad de transporte, mucho mayor en la segunda fase, se presenta sólo durante intervalos de tiempos breves, sobre todo en pequeños cursos de agua de lecho de grava y alta pendiente, por lo que la mayor parte de la producción anual de los sedimentos se produciría durante la primera fase.
Para la obtención de muestras del transporte sólido de fondo se pueden utilizar varios tipos de muestreadores, entre los que se puede recordar el tipo BTMA (Bed Transport Meter Arnhem), el muestreador Helley Smith,USBL-84, el muestreador Delft Nile (DNS) y el muestreador de arrastre KAOLYI, entre otros.
En cursos de agua pequeños y medianos, pueden construirse trampas para sedimentos, semejantes a las mostradas en la figura. Este procedimiento es el más adecuado siempre que posible, llegando a niveles de precisión muy próximos al 100 %. Sin embargo es difícilmente aplicado en cursos de agua de grandes dimensiones.