Caracterización de patrones complejos de movimiento de gravas en flujos concentrados – Un estudio de laboratorio

Resumen

Durante mucho tiempo, las investigaciones sobre la erosión por flujos concentrados se centraban en la erosión y el transporte de materiales finos. Estudios más recientes han demostrado que, por un lado, los fragmentos de rocas pueden reducir la erosión, pero por otro, se han podido observar movimientos de éstos en pequeñas cárcavas o incluso en superficies sin concentración de la escorrentía superficial. Sin embargo, poco se conoce hasta ahora sobre los patrones de movimiento de los fragmentos de rocas dentro flujos efímeros concentrados. ¿Existen patrones de movimiento típicos para diferentes formas? ¿Existe una relación entre los diferentes patrones de movimiento y la pendiente y velocidad del flujo? Y, ¿son reproducibles esos patrones y esas relaciones? Para obtener información sobre los patrones de movimiento de gravas se realizaron experimentos en un canal de laboratorio variando los siguientes parámetros: forma (elipsoide, casi esférico, aplanado), tamaño (diámetros entre 1.97 y 4.0 cm) de las gravas y pendiente (5°, 10°) del canal. El movimiento de 8 piedras diferentes, pintadas especialmente para el caso, fue registrado con una cámara de alta velocidad. Las secuencias de imágenes resultantes fueron analizadas de forma automática al igual que de forma visual. Aparte de la identificación de los patrones de movimiento de las gravas se estimaron también la velocidad de éstas, así como la velocidad y la profundidad del agua. Se pudieron identificar diferentes patrones de movimiento dependiendo de la forma de la piedra y de la pendiente del canal. Al principio de los experimentos con pendiente de 5°, las gravas grandes y aplanadas que descansan sobre la superficie del canal, comienzan con un movimiento de guiñada para después pasar a rodar alrededor del eje mayor. Con una pendiente de 10°, estas mismas gravas comienzan el movimiento con el mismo patrón, para después pasar a rodar alrededor del eje más corto y finalmente combinar el rodamiento con saltos. Estos patrones se describen a base de un lenguaje simbólico simple: secuencias de pictogramas describen formas de movimiento consecutivas. Además, se identificaron 5 grupos de velocidad de las gravas para cada pendiente: cada sección transversal de la forma de la grava resulta en un patrón de aceleración diferente. La metodología está limitada a agua clara y el laboratorio. Mayores profundidades limitan las posibilidades de tratamiento de imágenes. Así, futuros experimentos se combinarán con un sensor instalado dentro de los fragmentos de roca que sea capaz de medir fuerzas (aceleración), orientación (densidad+ del campo magnético) y la rotación (giroscopio).