14.1: Introducción

En cierto sentido, este es el capítulo más significativo de la Parte 2 de estas notas del curso, ya que prácticamente todos los sedimentos naturales comprenden una variedad de tamaños de partícula, no solo un solo tamaño. La mayor parte de lo dicho en capítulos anteriores, sobre umbral, modo de transporte y tasa de transporte, implica una suposición implícita de que el sedimento es efectivamente de un solo tamaño (de ahí el término sedimento “unisize”), en el sentido de que el efecto de la dispersión de tamaños alrededor de la media (es decir, la clasificación ) es lo suficientemente pequeña como para que pueda ser ignorada, al menos para sedimentos muy bien clasificados. Todos los sedimentacionistas saben, sin embargo, que tal suposición no puede ser válida ni siquiera para sedimentos moderadamente clasificados, por no hablar de sedimentos mal clasificados, con una amplia dispersión de tamaños de partícula, como las mezclas de arena-grava que son tan comunes en los ríos.

Probablemente estaré insultando tu inteligencia cuando te explique el significado de “fracción de tamaño”. Una fracción de tamaño en un sedimento natural o una mezcla artificial de sedimentos es un rango específico de tamaños dentro de la distribución de tamaño del sedimento. Tales fracciones de tamaño generalmente se perciben o eligen para ser muy estrechas en relación con el rango general de tamaños en el sedimento. La elección de los límites de tamaño inferior y superior de la fracción es básicamente arbitraria, en la práctica, generalmente regida por las subdivisiones de la escala convencional de potencia de dos grados para el tamaño del sedimento. Tenga en cuenta, sin embargo, que el tamaño varía, quizás de manera no despreciable, incluso dentro de una fracción de tamaño poco definida. Una fracción de tamaño no es un solo tamaño.

Si, por definición, asumimos una cierta forma definida de distribución de tamaño para sedimentos de tamaño mixto, como una distribución logarítmica normal, entonces el tamaño relativo de una fracción de tamaño dada se especifica por tres cosas: la clasificación de la distribución, el tamaño medio o mediano de la distribución, y la posición del fracción de tamaño dada dentro de la distribución (que se describe de forma más natural por\(D_{i}/D_{m}\), donde\(D_{m}\) está el tamaño medio o mediano y\(D_{i}\) es el tamaño de la fracción dada). Más allá de esto, por supuesto, los asuntos se vuelven mucho más complejos (¿irremediablemente?) cuando permitimos que la forma de la distribución de tamaños varíe, como lo hace mucho, incluso hasta el punto de distribuciones bimodales y trimodales, en sedimentos naturales. (Una gran cantidad de sedimentos naturales, particularmente mezclas de arena y grava, son fuertemente bimodales). Se puede ver que la tarea de abordar el problema del umbral y el transporte de sedimentos de tamaño mixto es desalentadora.

Una nota final parece estar en orden aquí. El enfoque de este capítulo está en el tamaño de los sedimentos. Como se vio en el Capítulo 8, los sedimentos en general tienen una distribución conjunta de frecuencia de tamaño, forma y densidad. El estudio de sedimentos de forma mixta y densidad mixta no ha progresado hasta el estudio de sedimentos de tamaño mixto. Parece justo decir que el efecto de las formas mixtas no es tan significativo como el efecto de los tamaños mixtos, excepto, quizás, para sedimentos poco comunes con formas extremadamente no esféricas. El efecto de los sedimentos de densidad mixta es importante, por ejemplo, en la comprensión del desarrollo de placers. Para completar, estas notas deben tener secciones adicionales sobre sedimentos de forma mixta y densidad mixta.

Un experimento de pensamiento útil

Para comenzar a pensar, imagine un lecho plano de sedimentos de tamaño mixto, con una amplia gama de tamaños, desde arena hasta grava, sobre el cual se dispone un flujo uniforme para pasar. Supongamos que la distribución del tamaño de partícula es unimodal. Supongamos que el flujo se extiende uniformemente hasta aguas arriba y aguas abajo como para ser efectivamente infinito en extensión. Claramente se trata de una idealización del flujo en arroyos y ríos reales, pero hay un elemento esencial de la realidad para ello, ya que durante un período de fuerte flujo en un río el flujo trabaja en su mayor parte sobre un lecho de sedimento que estaba ahí, esperando ser trabajado antes del evento, y el flujo recoge arriba y mueve lo que quiere, sin un suministro de sedimentos externamente limitado. Un canal de recirculación de sedimentos (ver Capítulo 8) funciona de la misma manera, y en ese sentido es un buen modelo para el transporte fluvial de sedimentos.

Se podría intentar medir tres aspectos significativos del transporte del sedimento de tamaño mixto en dicho experimento. Una es la relación entre la carga (el sedimento en transporte en un momento dado), la superficie del lecho (el sedimento que se expone al flujo en un momento dado) y el sustrato (el sedimento a granel del que el flujo transporta, transporta y deposita partículas de sedimentos de diversos tamaños). Una segunda pregunta tiene que ver con los umbrales de movimiento: ¿en qué se diferencian entre sí los umbrales para las distintas fracciones de tamaño en la mezcla de sedimentos? Un tercer aspecto es la relación entre las tasas de transporte de las diferentes fracciones de tamaño (generalmente llamadas tasas de transporte fraccionario; ver más adelante) de la mezcla de sedimentos. Estos tres aspectos se consideran con cierto detalle en los siguientes apartados.