carga de material de cama

La carga de material de fondo es uno de los tres componentes incluidos en la carga de un sistema fluvial, siendo los otros dos: carga disuelta y carga de arrastre. La carga de material de fondo es la porción del sedimento que es transportada por un arroyo que contiene material derivado del lecho . ^{[ 1 ]} La carga de material de fondo generalmente consiste en toda la carga de fondo y la proporción de la carga en suspensión que está representada en los sedimentos del lecho . Generalmente consiste en granos más gruesos que 0,062  mm, siendo la fuente principal el lecho del canal. Su importancia radica en que su composición es la del lecho, y el material en transporte puede, por lo tanto, intercambiarse activamente con el lecho. Por esta razón, la carga de material de fondo ejerce un control sobre la morfología del canal del río. La carga de fondo y la carga de arrastre (el sedimento que flota en la parte superior del flujo y no extrae un momento no despreciable de él) juntas constituyen la carga total de sedimento en un arroyo. ^{[ 2 ]} El orden en que se han considerado los tres componentes de la carga —disueltos, lavados, material del lecho— puede entenderse como una progresión: de velocidades de transporte cada vez más lentas, de modo que el pico de carga se retrasa cada vez más con respecto al pico de flujo durante cualquier evento. ^{[ 3 ]}

La carga de material de lecho está compuesta por granos más grandes que cualquiera de las otras cargas. La velocidad a la que se desplazan los granos depende de la capacidad de transporte del flujo. Las partículas se mueven rodando, deslizándose o saltando (rebotando o saltando los granos) a velocidades menores que la del flujo circundante. El rodado es el modo principal de transporte en arroyos de lecho de grava, mientras que la saltación en la que los granos saltan sobre el lecho en una serie de trayectorias bajas se restringe en gran medida a arenas y gravas pequeñas. ^{[ 3 ]} Se utilizan varias ecuaciones para estimar la velocidad a la que se transportan los sedimentos a través del sistema fluvial. Las ecuaciones de descarga de material de lecho generalmente solo son aplicables dentro del rango de condiciones de flujo y tamaños de sedimento para los que se derivaron las ecuaciones. ^{[ 4 ]} Las variables utilizadas para caracterizar el transporte de carga de material de lecho como lo describe Kumar (2012) son las siguientes: ^{[ 5 ]}

– Geometría del canal: b (ancho del canal), y (profundidad del flujo) y BF (forma del lecho del canal)

– Propiedades dinámicas: Q (caudal del canal), Sf (pendiente de fricción / energía), τb ( esfuerzo cortante del lecho ) y τc (esfuerzo cortante crítico o esfuerzo cortante de Shields).

– Propiedades del sedimento: d (tamaño medio del sedimento), σ (coeficiente de granulometría de las partículas del sedimento) y Gs (gravedad específica).

– Propiedades del fluido: ν (viscosidad)

El transporte de carga de material del lecho ( C ) es una función de todos los parámetros anteriores, es decir:

C = f (b , y , BF, Q , Sf , τ b, τ c, d , σ , Gs , ν)

El conocimiento del transporte de sedimentos es importante para iniciativas como la restauración de ríos, la protección de ecosistemas, la navegación y la gestión de infraestructuras. ^{[ 6 ]}

Los métodos directos e indirectos son dos maneras de medir el material del lecho. La medición directa se realiza mediante el uso de una trampa física, colocando el dispositivo en contacto con el lecho, “permitiendo que el sedimento transportado como carga de fondo se acumule (o quede atrapado) dentro del muestreador durante un cierto tiempo, después del cual el muestreador se eleva a la superficie y el material se vacía y se pesa para determinar un peso transportado por unidad de tiempo”. ^{[ 6 ]} Hay tres tipos de muestreadores directos, que incluyen una caja o cesta, una bandeja o cubeta y la diferencia de presión como lo describe Hubbell (1964). ^{[ 7 ]} Las mediciones de descarga de carga de fondo son raras y frecuentemente de precisión desconocida porque ningún muestreador de carga de fondo ha sido probado y calibrado extensamente en un amplio rango de condiciones hidráulicas. ^{[ 4 ]} El muestreador de caja tiene una abertura que permite la entrada de sedimento, los muestreadores de bandeja o cubeta se colocan frente al frente abierto de una caja, y el muestreador de diferencia de presión está hecho para producir una caída de presión en el extremo de la boquilla. Las mediciones de campo precisas son muy difíciles de realizar, los errores se asocian principalmente con los propios dispositivos de medición y con las variaciones temporales extremas en la tasa de transporte, que son una característica del movimiento del material del lecho. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Las mediciones indirectas se pueden realizar mediante un trazador, estudios repetidos del canal, velocimetría de formas del lecho o velocimetría. Ningún método es completamente satisfactorio, pero los estudios indirectos del canal, siempre que sean suficientemente detallados a escala de tramo, pueden producir resultados fiables y tienen las ventajas de una mínima perturbación del flujo y un muestreo integrado en el tiempo que promedia las fluctuaciones a corto plazo en la tasa de transporte. ^{[ 10 ]}

El material del lecho ejerce un control sobre la morfología del cauce fluvial. El transporte de carga de material del lecho en los ríos aluviales es el vínculo principal entre la hidráulica fluvial y la forma del río ^{[ 11 ]} y es responsable de la formación y el mantenimiento de la geometría del cauce. ^{[ 12 ]}