Carga del lecho

El término carga del lecho o carga del lecho describe las partículas en un fluido que fluye (generalmente agua) que son transportadas a lo largo del lecho de la corriente. La carga de lecho es complementaria a la carga suspendida y a la carga de lavado.

El sedimento de la carga de lecho en el thalweg del arroyo Campbell en Alaska.

La carga de lecho se mueve rodando, deslizándose y/o saltando (saltando).

Generalmente, la carga de lecho aguas abajo será más pequeña y más redondeada que la carga de lecho aguas arriba (un proceso conocido como fining aguas abajo). Esto se debe en parte a la atrición y abrasión que resulta del choque de las piedras entre sí y contra el canal del río, eliminando así la textura rugosa (redondeo) y reduciendo el tamaño de las partículas. Sin embargo, el transporte selectivo de sedimentos también desempeña un papel en relación con la clarificación aguas abajo: las partículas más pequeñas que la media son más fácilmente arrastradas que las partículas más grandes que la media, ya que el esfuerzo de cizallamiento necesario para arrastrar un grano es linealmente proporcional al diámetro del grano. Sin embargo, el grado de selectividad por tamaño está restringido por el efecto de ocultación descrito por Parker y Klingeman (1982), en el que las partículas más grandes sobresalen del lecho mientras que las partículas pequeñas están protegidas y ocultas por las partículas más grandes, con el resultado de que casi todos los tamaños de grano son arrastrados casi con el mismo esfuerzo de cizallamiento.

Observaciones experimentales sugieren que un flujo uniforme de superficie libre sobre un lecho plano sin cohesión es incapaz de arrastrar sedimentos por debajo de un valor crítico τ ∗ c {\displaystyle \tau _{*c}}. de la relación entre las medidas de las fuerzas hidrodinámicas (desestabilizadoras) y gravitacionales (estabilizadoras) que actúan sobre las partículas del sedimento, la llamada tensión de Shields τ ∗ {\displaystyle \tau _{*}} . Esta cantidad se lee como:

τ ∗ = u ∗ 2 ( s – 1 ) g d {\displaystyle \tau _{*}={frac {u_{*}^{2}}{(s-1)gd}} ,

donde u ∗ {\displaystyle u_{*}} es la velocidad de fricción, s es la densidad relativa de las partículas, d es un diámetro efectivo de las partículas que son arrastradas por el flujo, y g es la gravedad. La fórmula de Meyer-Peter-Müller para la capacidad de carga del lecho en condiciones de equilibrio y flujo uniforme establece que la magnitud del flujo de carga del lecho q s para la unidad de anchura es proporcional al exceso de esfuerzo cortante respecto a uno crítico τ ∗ c {\displaystyle \tau _{*c}} . Específicamente, q s {\displaystyle q_{s}} es una función no lineal monotónicamente creciente del exceso de tensión de Shields ϕ ( τ ∗ – τ ∗ c ) {\displaystyle \phi (\tau _{*}-\tau _{*c})} , típicamente expresada en forma de ley de potencia. .