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GEOGACETA, 46, 2009

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Generación de formas de fondo en el canal hidráulico ASSUT-1:Experiencia inicial

Bed forms generation using ASSUT-1 hydraulic channel: Initial experience

Oriol Rosselló Coma y Ferran Colombo Piñol

Departament d’Estratigrafia, Paleontologia i Geociències Marines. Fac. Geologia. C/Martí-i-Franquès s/n. E-08028 Barcelona. pedrasecaoriol@gmail.com;colombo@ub.edu

ABSTRACT

Some experiments on transport and accumulation of sediments have been produced as examples ofthe possibilities of the ASSUT-1 hydraulic channel. Water volume and the channel gradient have been keptconstant during the sedimentary experiment.The bed forms generation has been documented throughseries of pictures. They have been the base for a group of different cartons which illustrates the relationshipsbetween the hydraulic conditions and the associated bed forms.The bed forms generated (rhomboid,linguoid, parabolic, lunar and sinuous) were formed in special conditions that the water surface irregularitieswere in phase.

Key words: Parabolic ripple mark, rhomboid ripple mark, sinuous ripple mark , sedimentary body, ASSUT-1 hydraulic channel

Geogaceta, 46 (2009), 171-174ISSN: 0213683X

Introducción

El objetivo de esta experiencia esgenerar ondas (ripples) de corriente, yestudiar así su tipología y evolución enel espacio. Esto se realizará en el senti-do que han marcado ensayos similares(McKee, 1964; Simons et al., 1964),que han sido aplicados al análisis de es-t ructuras sedimentar ias pr imariastractivas.

El sedimento utilizado correspondea arena silícica de granulometría media-na (escala Wentworth), y la velocidadempleada es del orden de 0,6 m/s. Estavelocidad se puede generar combinan-do un caudal de 4000 l/h con una incli-nación del canal de 0,9º. Esta combina-ción de caudal y altura del sistema ge-nera un resalto hidráulico estable en eltramo final del canal que condiciona yfavorece la sedimentación.

Metodología

A lo largo del ensayo se ha produci-do el retrabajamiento de un cuerposedimentario preexistente de 4,15 m delargo y 5,4 cm de altura máxima situadoen la parte inicial y media del canal. Elsedimento está constituido predominan-temente (aproximadamente un 80 % delvolumen total de la mezcla de arenas)por arena blanca de composición

silícica y de granulometría mediana(partículas de entre 250 y 500 micras dediámetro), con densidad del orden de2,28 gr/cm³. Esta arena blanca ha sidomezclada con otra arena de composi-c ión esencia lmente s i l íc ica y degranulometría mediana, de color ocre(con densidad del orden 2,35 gr/cm³) ycon otra arena de color granate degranulometría mediana (con densidaddel orden de 2,45 gr/cm³).

Estas arenas de color ocre y grana-te, que corresponden aproximadamentea un 20 % del volumen total de la mez-cla de arenas, se han extraido de aflora-mientos de la Formación Utrillas de laslocalidades de Utrillas, Castel de Ca-bras y Gandesa. Las di ferenciascromáticas de las arenas permitirán des-tacar con mayor nitidez los relieves delas estructuras sedimentarias genera-das.

Resultados

Ensayo de sedimentaciónSe pone en circulación el flujo (t=0

min.) y se dest ruye e l cuerposedimentario que actúa como base delnuevo cuerpo en formación. El flujoretrabaja el sedimento (de un volumende 49 litros) que conformaba un cuerposedimentario con geometría de cuña de4,5 m de largo y 6 cm de altura máxima

situado en la parte media del canal.Después de 7 minutos la compuerta desalida del flujo se baja hasta la posición0 y la altura máxima de la columna deagua corresponde a 6,8 cm Esto haceque el sedimento sea transportado canalabajo rápidamente (parte B de la Fig.1). Inicialmente, se instala una onda es-tacionaria ancha y seguidamente dos,tres o cuatro trenes de ondas estaciona-rias. Después de 20 minutos el depósitoya tiene estructurada una parte frontal yun cuerpo formado por ripples de co-rriente que están en fase o ligeramentefuera de fase con la superficie libre yondulada del flujo.

Se ha medido la velocidad de flujosobre las crestas de las formas de fon-do. Los resultados son: Parte central (de0,49 a 0,54 m/s), margen derecho (de0,57 a 0,67 m/s) ymargen izquierdo (de0,46 a 0,51 m/s). Después de 32 minu-tos el flujo se detiene. Mediante elretrabajamiento de 49 litros de sedi-mento se forma un cuerpo de 5,1 m delargo y de 3,4 cm de espesor máximo.

Formas de fondo generadasEn la figura 2 se muestra la planta es-

quemática del cuerpo estudiado con elemplazamiento y la morfología de las es-tructuras sedimentarias primarias obser-vadas. Se ha observado como las formasde fondo geométrica y genéticamente di-

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ferentes, coexisten lateralmente y com-parten la tendencia en la orientación delas crestas. Cabe destacar la coexisten-cia de ripples linguoides (esta estructurasedimentaria necesita de un aporte cons-tante y importante para desarrollarse(Chamley, 1990), lunados (esta estructu-ra sedimentaria se forma con una falta deaporte sedimentario constante en eltiempo (Chamley, 1990) en situacionesde alto régimen de flujo (formas en fasecon la superficie del flujo). A menudo lascrestas de estas formas seintegran en elseno de crestas sinuosas (Fig. 3). Estoparece indicar que, dentro del canal sepueden dar situaciones alternantes deabundancia y escasez de sedimento con-dicionando las zonas donde la sedimen-tación es preferencial.

Una característica de fabricación dela base del canal consiste en que está li-geramente inclinada lateralmente y ge-nera acanalamientos diferenciales den-tro del propio cuerpo sedimentario acu-mulado en el canal. Además puede serla responsable o actuar como amplifica-

dor de los marcados cambios lateralesde las formas de fondo.

Durante los ensayos se han formadoondas romboidales que parecen estarrelacionadas con la interferencia de doscorrientes de interferencia que se origi-nan a raíz de cómo se realiza la entradadel flujo al canal. Estas quedan refleja-das por los márgenes del canal hasta laparte frontal del cuerpo, donde tambiénaparecen crestas romboidales.

Se ha realizado un cuidadoso estu-dio morfológico (Fig. 4) de las ondasromboidales. Hay que indicar que, enla figura 4, «S1» y «S2»correspondena los sentidos principales de las co-rrientes de interferencia y equivalen al«sentido de las corrientes de interfe-rencia» indicado con una flecha verdeen la figura 2. Estas dos corrientes deinterferencia son las responsables de laformación de las crestas de las ondasromboidales (representadas con líneasazules o rojas en la parte inferior de laFig. 4). La interferencia entre estas co-rrientes, que también se refleja en la

superficie del líquido, condiciona sis-temas de ondas que producen geome-trías romboidales que se mantienen es-tacionarias.

Se ha podido confirmar que la direc-ción principal del flujo coincide con ladirección de la diagonal ancha de losromboides de estas ondas de sedimento(Allen, 1984). Se ha documentado laformación y la morfología final de unasformas de fondo poco descritas en la li-teratura. Se trata de ondas (ripples) demorfología parabólica (Nielsen, 1992)de entre 7 y 10 cm de longitud de onday de entre 1 y 1,5 cm de altura (Fig. 5),que han sido formadas en condicionesde superficie libre del agua marcada porondas estacionarias o semiestacionariasemplazadas en el margen izquierdo delcanal y en fase con las formas de fondo(parte A de la Fig. 6). Estas ondas sedisponen en el margen izquierdo del ca-

Fig. 2.- Planta esquemática del cuerpoestudiado.

Fig. 2.- View schel of the studied body.

Fig. 3.- Ondas sinuosas y onda lunada.Escala en centímetros.

Fig. 3.- Sinuous ripples and lunar ripple.Scale in centimeters.

Hidráulica

Fig. 1.- Acción del cambio de posición de la compuerta de salida.

Fig. 1.- Shift position act of the exit floodgate.

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nal describiendo una hilera de ondas demorfología parabólica (Fig. 2), que pre-sentan una cola en forma de media luna(parte B de la Fig. 6). Esta morfologíaparabólica es muy similar a la quemuestran algunas dunas eólicas, comolas dunas parabólicas. En este últimocaso la morfología parabólica estáfuertemente condicionada por la pre-sencia de vegetación en los brazos dela estructura (Allen, 1984), donde lahumedad procedente de un río, del maro de l océano queda re tenidadiferencialmente. En los «brazos» de laestructura parabólica queda retenida lahumedad y el sedimento adquiere ma-yor densidad y queda atrapado por estemotivo. En ocasiones, esta humedad esaprovechada por la vegetación para en-raizar en el sedimento, hecho que am-plifica las diferencias de densidad cita-das.

En el caso que aquí se trata lasmorfologías parabólicas de los ripples

de corriente observados parecen estarrelacionadas con dos hechos diferentes: 1) El peculiar emplazamiento de las

ondas de sedimento; entre el vidriodel margen izquierdo y la paredderecha del acanalado interno quemuestra el cuerpo sedimentarioformado. Estos límites geométricoscoinciden con los límites de laforma de fondo y esto contribuye aexplicar la distribución de los«vectores de velocidad» que secitan en la figura 5.

2) Estas ondas presentan una colaerosiva en forma de media luna quees el resultado de la fricción de labase de la onda estacionaria delíquido con la onda en fase en elmomento de su formación (parte Ade la Fig. 6).

Se ha observado la formación deondas sinuosas en condiciones de altorégimen de flujo. En la figura 7 semuestran las relaciones entre las lí-

Fig. 5.- Descripción de las ondas de morfología parabólica.

Fig. 5.-: Description of the parabolic ripples morphology.

Fig. 4.- Morfología de las ondas romboidales.

Fig. 4.- Rhomboid ripples morphology.

neas de cresta de las ondulaciones dela superficie del agua y las líneas decresta de las formas de fondo en con-diciones de alto régimen de flujo,donde las ondas que describen las for-mas de fondo y las ondas de la super-f i c i e de l l í qu ido e s t án en f a se(Chamley, 1990; Einsele, 1992). Lasuperficie libre del líquido es ondula-da y por este motivo la sección pro-puesta presenta una morfología irre-gular.

Cabe destacar cómo las líneas decresta de las formas de fondo tienen lamisma morfología que las líneas decresta de las ondas transversales, y queademás están situadas unas debajo delas otras.

Conclusiones

Las formas de fondo descritas sontípicas de bajo régimen de flujo o con-diciones intermedias (Chamley, 1990;

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Einsele, 1992). Se ha documentadoque se han formado en fase con las on-das del flujo, fenomenología que enprincipio se asocia a condiciones dealto régimen de flujo (Chamley, 1990;Einsele, 1992). Esta contradicciónaparente parece sugerir que una vezsuperado el umbral de las condicionesde alto régimen de flujo, el sedimen-to se continúa organizando como on-das (ripples) de dimensiones y geo-metrías muy parecidas a las típicas debajo régimen de flujo. Futuros traba-jos orientados a resolver esta cuestiónpodrán aclarar la validez de esta hipó-tesis.

Agradecimientos

Investigación realizada en el Labo-ratorio de Simulación de ProcesosGeológicos (SIMGEO) de la Facultadde Geología de la Universidad de Bar-celona.

Este trabajo ha recibido financia-ción parcial del Proyecto CGL 2006-12415-C03-03 Grup de Qualitat (2005-

SGR-00397) de la General i ta t deCatalunya.

Referencias

Allen, J. R. L. (1984). Sedimentarystructures, their character and physi-cal basis. Vol- I. Elsevier Science Pu-blishers.

Chamley, H. (1990). Sedimentology.Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Einsele,G. (1992). Sedimentary Basins .

Fig. 7.- Formación de las ondas sinuosas en condiciones de alto régimen de flujo.

Fig. 7.- Formation of sinuous ripples in upper flow regime conditions.

Springer-Verlag Berlin Heidelberg,33.

McKee, E. D. (1964). Society of Econo-mic Paleontologist and Mineralo-gists Special Publication, 12, 66-83.

Nielsen, P. (1992). Advanced Series onOcean Engineering. Work Scientific,Vol-4, 157.

Simons, D. B., Richardson, E. V. y Nor-din, C. F. (1964). Society of Econo-mic Paleontologist and Mineralo-gists Special Publication, 12, 34 -52.

Fig. 6.- A) Formación de las ondas de morfología parabólica.B) Ondas de morfología parabólica. Escala en centímetros.

Fig. 6.- A) Formation of the parabolic ripples. B)Parabolic ripples. Scale in centimeters.