5.- Transporte De Sedimentos.pdf

CAPÍTULO V TRANSPORTE Y DEPÓSITO

Transporte  Los mecanismos de transporte son los procesos

físicos responsables de llevar sedimentos a las cuencas sedimentarias y rellenarlas.  El transporte se lleva acabo por: agua, viento y hielo.  A través del flujo de un fluido (laminar o turbulento) o directamente por la gravedad. (Flujos de masa) Por tracción, saltación, suspensión, solución

 Afecta la textura (tamaño de la partícula, forma, clasificación)

Transporte de sedimentos por agua

A través de millones de años en la historia de la tierra los agentes de erosión han estado trabajando constantemente para reducir las masas terrestres al nivel de los mares. Uno de estos agentes mas importantes es el agua, que escurre en la superficie. Año tras año las corrientes de la tierra mueven sorprendentes cantidades de escombros y material disuelto a través de sus valles a las grandes cuencas sedimentarias, los océanos, finalmente el agua regresa al lugar de donde salió.

Ciclo hidrológico

Transporte de sedimentos por el viento Aunque como agente de erosión el viento es menos efectivo que el agua, desempeña un papel muy importante en el transporte de sedimentos sobre todo en la regiones áridas y semiáridas y con menos intensidad en áreas húmedas, los transporta en suspensión y en saltación principalmente

Transporte de sedimentos por hielo El hielo a diferencia del agua y viento fluye la mayor parte del tiempo en estado solido, una ves que la nieve se ha solidificado por congelamiento y ha aumentado su volumen, viaja pendiente abajo influenciado por la gravedad, a través de los glaciares.

Transporte de sedimentos por hielo Los glaciares tiene diferentes maneras de transportar los sedimentos:  Incorpora escombros a través de los valles que los limitan, los fragmentos y bloques caen por congelamiento ruidosamente de estas paredes y picos por medio de avalanchas y se incorporan al flujo de glaciar viajando pendiente abajo.  Los grandes bancos de nieve inestables que caen abruptamente en forma de avalancha arrastran sedimentos y fragmentos de roca y también los incorporan al cuerpo principal del glaciar.  Cuando un glaciar fluye a través de un lecho rocoso, levanta e incorpora sedimentos de diferentes tamaños

Transporte de sedimentos por hielo

Como se mueven las partículas?

Fuerzas que actúan sobre una partícula Las fuerzas que actúan sobre un solido o sobre un fluido se pueden resolver en dos componentes o vectores uno normal y otro paralelo a la superficie del cuerpo.

El componente de fuerza por unidad de área normal a la superficie del cuerpo se llama Presión, mientras que aquella que es aplicada de forma paralela al cuerpo se denomina Cizallamiento. Presión

Cizallamiento Agua, Viento, Hielo

Gravedad

Shearing El mecanismo clave relacionado con el movimiento de cuerpos o partículas es conocido como shearing o cizallamiento, el cual es definido como la deformación o la potencial condición de deformación de un cuerpo o partícula, cuando se aplica una fuerza y se establece la tendencia a que las partes que constituyen este cuerpo se deslizan unas sobre otras a lo largo de una serie de planos paralelos. Estos planos son llamados planos de cizallamiento donde a lo largo de estos la tendencia a deslizarse alcanza su máximo valor.

Planos de cizallamiento Fuerza aplicada en forma paralela a la partícula

Shearing

Un cuerpo o sedimentos se mueven a través de este mecanismo, cuando la fuerza de cizallamiento a los cuales estos están sujetos sobrepasa su resistencia interna al cizallamiento. Una partícula es capaz de resistir el cizallamiento cuando estas son capaces de estar en contacto con otros granos, si ellos pueden resistirlo o no depende de tres causas principales: Gravedad, Capilaridad y Electrostática

Gravedad 1. Gravedad. La gravedad es la fuerza que atrae a cualquier cuerpo o partícula hacia el centro de la tierra y es mas fuerte en planos horizontales, sin embargo en planos inclinados las partículas tienden a moverse con mayor facilidad al aplicarse fuerzas de cizallamiento. (Esta en función de su masa).

Capilaridad 2

La condición del fluido en los intersticios o espacios porosos entre las partículas. (capilaridad).

El efecto de la capilaridad varia con la posición de la partícula dentro del fluido desde la parte mas alta hasta la parte mas baja del material incluyendo el fluido libre de partículas. En los intersticios existe agua interconectada bajo presión hidrostática, la cual se incrementa hacia abajo. ocasionando que se forme una película de agua que ocasiona una presión de poro negativa por el peso del agua y que hace inestable el material si este es muy grueso o que exista mucha cohesión si el material es fino. Presión negativa de poro menor que la presión atmosférica

Presión Hidrostática

Electrostática 3.

El efecto de fuerzas electrostáticas. Esta fuerza varía con el tamaño de las partículas y es mas fuerte en las partículas mas pequeñas del tamaño de limo y arcilla que aquellas mas gruesas. Las partículas actúan como pequeños imanes las fuerzas electromagnéticas mantienen las partículas juntas lo que aumenta su resistencia al cizallamiento es lo que se conoce en ingeniería como fuerzas de cohesión. Por lo que es mas fácil dispersar o mover partículas del tamaño de arena que aquellas del tamaño de limo y arcillas.

Shearing La fuerzas de cizallamiento que ponen en movimiento una partícula son: Un fluido o la fuerza de gravedad que actúa talud abajo en una superficie inclinada cuando esta excede o es mayor que la fuerza de fricción que mantiene las partículas sin moverse. Cuando las partículas mantiene el contacto entre ellas el material se comporta como un solido

Mecánica de Fluidos

El aire y el agua son fluidos y obedecen leyes físicas relacionadas a la mecánica de fluidos por lo que es importante entenderlas, a continuación se describen algunas de estas propiedades, con el objetivo de entender como un fluido mueve y transporta sedimentos.

Propiedades de los Fluidos

 Viscosidad

 Densidad

Controlan la manera en que un fluido fluye, varían con la temperatura

 Poca resistencia al cizallamiento  Fluir mediante condiciones

un

flujo

turbulento

bajo

ciertas

Nota :En el agua la viscosidad y la densidad varían con la cantidad de material disuelto (salinidad) Cuando se aplica una fuerza de cizallamiento a un fluido este solo se deforma Los fluidos no transmiten las ondas de cizallamiento (ondas S)

Propiedades de los Fluidos La densidad representa la masa por unidad de volumen y da idea de lo concentrada que está la materia.

ρ=m/v La viscosidad es la resistencia a fluir de líquidos y gases y está relacionada con la palabra espeso. Es decir, que un líquido es más viscoso que otro cuando fluye más lentamente o cuando es más espeso. Resulta de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia

Propiedades de los Fluidos Viscosidad: Es una magnitud física que mide la resistencia interna al flujo de un fluido, resistencia producto del frotamiento de las moléculas que se deslizan unas contra otras. (resistencia de un flujo a fluir) Existen dos tipos de viscosidad: Viscosidad dinámica y viscosidad cinemática. Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. Los fluidos newtonianos son uno de los fluidos más sencillos de describir

Variación de la viscosidad y la viscosidad cinemática con la temperatura

Se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica

La viscosidad cinemática de un fluído es su viscosidad dinámica dividida por su densidad

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas de cizalla.

Tipo de Flujos La resistencia de un fluido a cortar o cizallar varía.

Cuando existen bajas velocidades de cizallamiento el Flujo es laminar Cuando existen altas velocidades de cizalla se producen remolinos y torbellinos característicos de un Flujo turbulento

Flujo Laminar

Flujo Laminar a Sobre un cilindro b Sobre una esfera

Flujo Turbulento The extremely low density and viscosity of air make it turbulent even at the velocity of a light breeze.

Dinámica de fluidos  El flujo sobre un grano crea fuerzas de elevación

 Alta velocidad sobre un grano produce baja presión y esta a su vez produce fuerzas que levantan el grano

Dinámica de fluidos 

Flujo en una pipa

rápido despacio

despacio aceleración



Ecuación de Bernouilli 

 

desaceleración

La energía total en un sistema es constante Energía cinética + energía potencial + presión total del fluido = constante Un incremento en la velocidad del fluido puede ser compensada por una baja presión

Experimento de Reynolds

Una de las primeras personas en identificar la transición de un flujo laminar a un flujo turbulento fue Oswald Reynolds en (1883). Fue capaz de observar que a medida que la velocidad del flujo aumentaba, el movimiento del fluido en el seno del liquido se volvía cada vez mas agitado e irregular. Reynolds observo que cuando la relación adimensional del flujo permanecía por debajo de 2000, el flujo era laminar. Esta relación adimensional es lo que ahora se conoce como numero de Reynolds

Experimento de Reynolds Una de las implicaciones mas importantes en el estudio de flujo de fluidos surge del hecho de que a partir de cierto numero de Reynolds critico la estructura del flujo deja de ser laminar. Se llama turbulencia al estado de un flujo que se caracteriza por su naturaleza fluctuante y aparentemente aleatoria. Es el resultado de la perdida de estabilidad de un flujo laminar. Los flujos laminares están caracterizados por el hecho de que las partículas de un fluido se mueven en capas o laminas. Las partículas que están en cierta lamina, permanecen en ella. No pueden cambiar de capa.

Experimento de Reynolds • Flujo turbulento versus Flujo laminar Lo más probable a velocidades más altas o en canales más grandes

(un flujo turbulento moviliza sedimentos) Lo más probable a velocidades más bajas o en canales más pequeños

• Número de Reynolds: La transición toma lugar si se incrementa la velocidad o el radio hidráulico decrece

Experimento de Reynolds

A mayor turbulencia mayor transporte de sedimentos

Experimento de Froude El número de Froude, relaciona las fuerzas de inercia y de gravedad que actúan sobre un fluido Al ser un número sin dimensiones, permite realizar experimentos con modelos a escala en canales de ensayos hidrodinámicos y extender los resultados a barcos de tamaño real.

El número de Froude es un parámetro adimencional fundamental para definir el tipo de régimen hidráulico

Experimento de Froude  Un incremento en la velocidad o decrecimiento de la profundidad del flujo causa cambios desde un flujo tranquilo a un flujo rápido (cuantificado por el numero de Froude)  Un incremento gradual en el número de Froude da u ocasiona progresivamente diferentes estructuras sedimentarias

Cualquier obstáculo o caída de agua hacen cambiar el régimen hidráulico de un régimen laminar aun régimen turbulento (Froude y Reynolds)

Como se mueven las partículas Con el fin de mover una partícula que está en reposo y que no es libre de rodar fácilmente, un fluido debe transferir energía suficiente para superar la fuerza ejercida hacia abajo por la gravedad sobre el peso neto de las partículas. (en el caso del agua, este peso neto se conoce como el peso sumergido) Un líquido puede dar energía a una partícula directamente de cuatro maneras: 1. El Fluido produce una fuerza de levantamiento. 2. El impacto que produce el fluido contra la partícula.

3. Cambios en la presión del fluido por sobretensiones relacionadas con la acción del oleaje en flujos turbulentos. 4. Por remolinos característicos de flujos turbulentos.

LEVANTA

Levantamiento e impacto

ARRASTRE

El impacto por líquido es la colisión de frente entre el agua en movimiento y la partícula

Nichols 1999

Cambios de presión en el agua En flujos turbulentos los cambios de presión son continuos y a veces numerosos, estos cambios de presión pueden afectar los sedimentos en el agua y no solo afectan el agua sino también la interface agua sedimento donde existen espacios intersticiales con agua, un abrupto decrecimiento de presión arriba de la interface agua sedimento puede ser un factor importante para poner en movimiento las partículas. El oleaje produce oscilaciones en la profundidad del agua creando turbulencia que a su ves provocan fluctuaciones de presión en el fondo. Cuando la profundidad del agua es menor el efecto es mas notable.

Movimiento de sedimentos

Las olas en aguas profundas (más de la mitad de la longitud de la onda) son partículas de agua se mueven esencialmente en un movimiento circular. A medida que las olas se aproximan a la orilla, empiezan a "disminuir su profundidad" ya que algunas de las partículas de agua entran en contacto con el lecho marino. Esta interacción con el fondo del mar alarga este movimiento circular transformándolo en una elipse a medida que las partículas se van aplanando y alargando.

Cambios de presión en el aire Los flujos turbulentos también son típicos de corrientes de aire producidas por el movimiento del viento, este puede mover partículas, en tormentas de arena los cambios de presión son comunes y esto ayuda al movimiento ascendente del material, El material fino es separado de la fracción gruesa por deflación y transportado en suspensión en remolinos turbulentos, mientras que el material mas grueso viaja a nivel del terreno.

En los desiertos los cambios de presión son comunes por la variación de la temperatura lo que ayuda a crear flujos turbulentos.

Cambios de presión en el áire La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura por encima de la superficie del terreno, del mismo modo que la velocidad del agua de las corrientes superficiales aumenta por niveles arriba de su cauce.

Solo que el viento se mueve todo el tiempo a través de un flujo turbulento provocando remolinos lo que produce que el aire se mueva hacia arriba. Los granos son levantados por corrientes verticales que sobrepasan las velocidades de decantación de las partículas en el aire en reposo o quieto.

Remolinos en flujos turbulentos

El flujo ascendente de fluido dentro de los remolinos turbulentos es una fuente de energía capas de poner las partículas en movimiento. Mientras las velocidades ascendentes de flujo dentro de los remolinos supere la velocidad de sedimentación o decantación de las partículas, estas se mantendrán dentro del flujo.

Mecanismos de transporte Existen diferentes rangos: Transportados por un flujo fluido aire, agua y hielo. A través de una simple avalancha, caída de rocas etc., donde la gravedad actúa directamente sobre las partículas. (Flujo de masas) A través de flujo de escombros (La gravedad actúa junto con un fluido lubricante)

Transportados por un flujo fluido SE LLEVA A CABO DE TRES MANERAS*: Suspensión - partículas más o menos flotando continuamente en el medio de transporte Saltación - partículas “saltando o rebotando” corriente abajo Tracción - rodando o arrastrado en la base de un fluido en movimiento * Se excluyen los flujos sedimentarios inducidos por la gravedad)

In 1935, Filip Hjulström created the Hjulström curve, a graph which shows the relationship between the size of sediment and the velocity required to erode (lift it), transport it, or deposit it. The graph is logarithmic.

La erosión es causada por la aceleración de flujo y la sedimentación es causada por la desaceleración de velocidad de flujo.

Esta zona representa las velocidades en que las partículas de acuerdo a su tamaño serán erosionadas del lecho del rio

Diagrama de Hjulstrom’s Cuando aumenta constantemente la velocidad del río, se alcanza un punto crítico conocido como velocidad de erosión, en el que las partículas de un tamaño dado empiezan a moverse por el lecho de un río. o se elevan y quedan en suspensión, la velocidad de erosión aumenta con el aumento de tamaño de la partícula ya que entre mayor sea la partícula, mayor deberá ser la fuerza para moverlos.

En la zona de transporte hallamos el principio de que las partículas una ves elevadas y quedar en suspensión o puestas a rodar continuaran moviéndose a velocidades menores a las necesarias para ponerlas en movimiento

Las arcillas requieren mayor velocidad de erosión debido a su alta cohesión . La cohesión que es máxima en las arcillas disminuye acero en las arenas, por lo que es mas fácil mover las arenas ya que carecen de cohesión

Carga por suspensión

Una corriente de agua o aire, dispersa sedimentos del tamaño de arcilla, limo y cantidades variables de arena y los transporta dentro del principal cuerpo del flujo a través de un flujo turbulento. La muy baja densidad y viscosidad del aire hacen que sea turbulento, incluso a la velocidad de una ligera brisa a medida que aumenta la densidad y la viscosidad el flujo turbulento termina

Suspensión 

Requiere turbulencia y bajas velocidades de sedimentación. .

. .

Remolino flujo ascendente . . . .

.

.

.

.. . . . . . . . .

.

.

.

. .. . .. . .. . . .

.

Remolino flujo descendente

Note que inicialmente hay fuerzas de cohesión muy fuertes alrededor de las partículas mas pequeñas que inhiben el movimiento de estas.

Suspensión acuosa Suspensión en agua: es una suspensión acuosa, donde la turbulencia puede ser mantenida dentro de una corriente de agua arriba del punto donde la densidad de la mezcla agua/ sedimento empieza a ser de ± 2.0 gr/cm³ . El flujo turbulento cesa cuando se incorpora mayor cantidad de sedimentos deteniendo el movimiento de las partículas . Una suspensión acuosa incorpora granos de arena fina a muy fina cuando alcanza velocidades de 4cm/seg y los mantiene en suspensión cuando la velocidad del remolino es de 50 cm/seg.

Suspensión acuosa Cuando el tamaño de las partículas que viajan en suspensión dentro del flujo decrece hacia arriba tenemos lo que se conoce como suspensión gradada.

Cuando el tamaño de las partículas que viajan en suspensión dentro del flujo son del mismo tamaño, tenemos lo que se conoce como suspensión uniforme. Esto se debe a que el flujo es independiente del substrato sobre el cual pasa y no incorpora mas sedimentos al flujo.

Suspensión eólica Suspensión atmosférica a bajas altitudes y a altas altitudes La también conocida como suspensión eólica tiene la mismas características físicas que gobiernan una suspensión acuosa y en ambas predominan las partículas finas. La diferencia esta en que en un flujo por aire la selección del material fino es pobre y esto se debe a la estructura de la atmosfera de la tierra donde las partículas en suspensión viajan en dos niveles formando una suspensión de baja altitud y otra de alta altitud

Suspensión de baja altitud

Esta confinada entre los 2 y 5 kilómetros de la atmosfera, son producidas por fuertes vientos con flujos turbulentos que se dirigen hacia arriba o por nubes de partículas provocadas por explosiones volcánicas, en estos depósitos es clara la relación entre el área fuente que dio origen a la partícula y el depósito final, el espesor final del depósito y la media del diámetro de las partículas es son sistemáticamente mas pequeño en la dirección del viento.

20-08-2004 | EFE.-La creciente cantidad de polvo en la atmósfera, donde anualmente se acumulan entre 2.000 y 3.000 millones de toneladas, se ha convertido en una seria amenaza para el medio ambiente y la salud humana que no recibe la atención necesaria, en el Norte de África el polvo se ha multiplicado por diez en medio siglo.

Las tormentas del polvo de Sáhara son filones de muerte que llegan a los arrecifes del Caribe. Geotimes, enero de 2001. a través de los vientos alisos

Atardecer en el desierto de sahara al sur de Algeria el 5 de Marzo de 2015 tomado de AFP noticias

Partículas de polvo del desierto del Sahara, transportadas por vientos alisios a través del Atlántico, afectan a Centroamérica y el Caribe y pueden causar enfermedades respiratorias a la población, alertó este lunes la estatal Comisión Permanente de Contingencias (Copeco) de Honduras. En un comunicado, el organismo de socorro precisó que vientos alisios de este al oeste "provocan que partículas de polvo viajen unos 10.500 kilómetros desde el desierto del Sahara, norte de África, a través del Atlántico, hasta Honduras y el resto de Centroamérica y el Caribe".

Según el organismo, las partículas de polvo, además de provocar un aire más caliente y seco, pueden generan problemas respiratorios, malestar en los ojos y empeorar a los enfermos por asma. (25-Junio de 2015)

Tormenta de arena en Al Asad, Irak.

'''Sahara Sandstorm 2000''' This is a satellite photo of a large Saharan sandstorm showing a dust cloud over the Atlantic Ocean. This is a crop of a photo taken by NASA 26 February 2000. This cloud had reached the northeast coast of South America by 4 March 2000

Erupción del Eyjafjallajökull de 2010

(Suspensión eólica de baja altitud)

Vientos Alisios Los vientos alisios soplan de manera relativamente constante en verano (hemisferio norte) y menos en invierno. Circulan entre los trópicos, desde los 30-35º de latitud hacia el ecuador. Se dirigen desde las altas presiones subtropicales, hacia las bajas presiones ecuatoriales. El movimiento de rotación de la Tierra desvía a los alisios hacia el oeste, y por ello soplan del noreste al suroeste en el hemisferio norte y del sureste hacia el noroeste en el hemisferio sur

Vientos Alisios

Suspensión de alta altitud Son suspensiones eólicas que viajan en la atmosfera de la tierra a través de corrientes de chorro de alta velocidad a alta altitud, las partículas son transferidas desde la superficie de la tierra al interior de la corriente de chorro, debido a ensayos nucleares o a extraordinarias explosiones volcánicas. Una ves en el aire las partículas tienden a permanecer en el aire como nubes de polvo y viajan muchos kilómetros hasta que finalmente caen a la superficie de la tierra.

Estas suspensiones eólicas normalmente poseen una mezcla de ingredientes de arena fina y no existe una conexión obvia con la fuente de suministro.

Suspensión de alta altitud Se tienen pocos ejemplos documentados, pero se sabe de un volcán en Islandia que hizo erupción en 1947 (volcán Hekla), la nube de polvo viajo mas de 3,880 kilómetros en 51 horas a una velocidad promedio de 75 km/hr.

Suspensión eólica

10 t0 5 km Prevailing winds

Saltación

El movimiento de salto o rebote de las partículas movidas por un fluido, se denomina saltación, el movimiento hacia delante se produce por el impacto de otras partículas ocasionando el salto.

Saltación  El salto o rebote de los granos provoca que estos se levanten y se incorporen al flujo de la corriente de manera pasiva viajando corriente abajo mientras caen, entonces el impacto sobre otros granos desaloja mas granos, mientras partículas de mayor tamaño son obligadas a arrastrarse sobre la superficie del fondo.  La altura de elevación esta limitada por la resistencia que ofrece el fluido (lo cual esta en función de la densidad del fluido), por lo tanto el transporte por el viento es mas significativo.

Saltación producida por el aire A. Saltación simple, las partículas rebotan siguiendo un patrón de levantamiento abrupto y un descenso de bajo ángulo B. En la superficie de arrastre, la partícula al caer golpea a otra partícula levantando a esta última en dirección del viento.

C. La figura muestra la carpeta de arrastre paralela ala dirección del viento, en la parte inferior de la carpeta no se presentan remolinos por lo cual la partícula no es levantada y solo viaja por tracción o rodamiento, arriba de esta carpeta las partículas viajan por saltación al ser impactadas.

Saltación

Rizaduras

Superficie de arena incoherente

Saltación de dunas de arena en un túnel de viento (fotografía: Wind Erosion Research Unit, USDA-ARS, Manhattan, Kansas

Saltación producida por agua

La altura de elevación esta limitada por la resistencia que ofrece el fluido (lo cual esta en función de la densidad del fluido), por lo cual el ángulo de saltación en el agua es menor que en el viento.

Tipos de movimiento a) ARRASTRE

b) RODAMIENTO

c) SALTACIÓN POR AIRE

d) SALTACIÓN POR AGUA

e) TRAYECTORIAS EN SUSPENSIÓN

Representación esquemática del movimiento de las partículas durante el transporte de sedimentos Allen, 1984

Tracción Es un proceso por el cual los sedimentos son movidos como una carga (Load) en el lecho del rio o sobre la superficie del suelo, se ha encontrado que es producto de la inercia producida en las partículas por efectos del impacto producido por un fluido. Existe dos tipos de tracción  Tracción eólica  Tracción por agua

Tracción 

El movimiento de cizallamiento (shearing) entre capas de granos requiere dispersión o dilatación provista por:

Impactos grano a grano  Remolinos ascendentes  Fuerzas de levantamiento 





Presión dinámica del flujo del fluido El rodamiento es resultado del cizallamiento y depende de la forma de la partícula

Tracción Los factores que afectan la tracción incluyen:

  



Velocidad de la corriente Tamaño de la partícula Forma de la partícula Naturaleza del lecho de un arroyo o del suelo (rugosidad o asperezas, efectos de rodamientos de bolas, etc.)

Tracción Eólica Es provocada como ya se menciono por una fuerza de cizalla la cual es aplicada por el viento, esta fuerza activa una carga de sedimento o carpeta usualmente delgada < de 10 cm. que es controlada por corrientes en forma de remolino.

Esta carpeta de arena recibe el nombre de carpeta de tracción y en ella las partículas se mueven vigorosamente en la dirección del viento, al principio se mueven por tracción o arrastre y van golpeando otras partículas provocando una reacción en cadena, cuando una partícula impacta a otra con mayor fuerza se produce la saltación.

Tracción por agua Debido a que la viscosidad del agua es mucho mayor que el aire, la tracción es diferente. En flujos laminares, las partículas viajan paralelas al fondo del lecho del río, las partículas son obligadas a viajar pegadas al lecho del río por la presión hidráulica que ejerce el fluido y el flujo laminar carente de un flujo turbulento, la saltación ocurre de igual manera que ocurre cuando el flujo es aire, es decir cuando las partículas chocan unas con otras. El movimiento de las partículas ocurre cuando se vence lo que se conoce como tracción critica y que depende de la fuerza de cizallamiento y el diámetro de la partícula.

TRANSPORTES EN MASA

Transportes en masa Movimiento de material pendiente abajo causado por la influencia de la gravedad  Natural  Meteorización o intemperismo  Sismos  Lluvia  Impacto humano  Remoción de suelo/roca  Construcciones Puede ocurrir por la combinación de ambos

Cuando la componente tangencial de la gravedad vence la fuerza de fricción, las partículas empiezan a moverse provocando un aumento de volumen, que es conocido como dilatancia.

T Dirección de cizallamiento N Dirección de dispersión β= Ángulo principal de desplazamiento de las partículas

La dilatancia se produce cuando un partícula se mueve hacia adelante colisiona con otra y produce un rebote hacia arriba iniciando una reacción en cadena que produce que el material se desplace (dilatancia dinámica)

Transporte en masa Factores producen el movimiento

     

Pendiente Fluidos de manera indirecta Vegetación Sismos Intemperismo y clima Sobre carga

Tipos transportes de sedimentos en masa

      

Caídas (falls) Avalanchas o Flujos de masa Flujo de escombros (debris flow). Flujos de lodo (mudflows). Solifluxión (solifluction) Deslizamientos (slide y slumps) a través de planos de fallas Flujo de escombros (debris flow) en taludes Corrientes de turbidez

Avalanchas o Flujos de masa

Son movimientos producidos por la componente de cizallamiento asociada a la gravedad. El cizallamiento por gravedad puede transportar material sin la presencia de un fluido y es resultado de la gravedad que actúa a lo largo de una pendiente talud abajo y que vence la fricción que mantiene a este sin movimiento.

Caídas (falls) Avalanchas (flujos de masa) 

Cuando Las rocas están expuestas en la superficie de la tierra, el intemperismo empieza a actuar inmediatamente para establecer un equilibrio entre el material rocoso y su nuevo medio, posteriormente la gravedad ayuda para mover estos productos incluyendo roca inalterada y los lleva aniveles mas bajos donde finalmente reposan. A través de avalanchas de rocas.



En las regiones de las altas montañas donde cae nieve permanentemente , a medida que se acumula mas y mas nieve, los taludes con pendientes pronunciadas se vuelven inestables provocando grandes avalanchas.

Avalanchas de rocas

Avalanchas de nieve

Flujo de escombros y de lodo en tierra Cuando el agua de lluvia que cae en grandes cantidades, fluye a través de un canal pendiente abajo desde las montañas, se mezcla con sedimentos, la densidad y la viscosidad de la mezcla se incrementa pendiente abajo a medida que incorpora sedimentos. . El flujo se comporta como una masa plástica mas que un fluido newtoniano. Tales flujos se conocen como Flujos de escombros o Flujos de lodo. Ambos tipos de depósitos, forman grandes abanicos cuando termina el transporte y son característicos de las altas montañas.

Flujo de escombros y de lodo en tierra La diferencia entre ambos depósitos depende del tamaño de las partículas que se incorporan dentro del flujo. Los flujos de escombros son depósitos pobremente seleccionados o clasificados, son de grano grueso e incluyen partículas de todos tamaños, bloques, cantos rodados, arena y arcilla la cual engloba a todas las partículas constituyéndose como matriz. Cuando las partículas son dominantemente del tamaño de arena muy fina y del tamaño de arcilla el flujo se conoce como un flujo de lodo.

Flujo de escombros y de lodo en tierra La intensidad de la corriente, el tipo de flujo ya sea, flujo de escombros o flujo de lodo dentro del abanico, varía de acuerdo con la cantidad, frecuencia, e intensidad de la lluvia. (el clima) y al tipo de sedimento disponible para transportar. En regiones áridas, dentro de los abanicos, predominan los flujos de escombros con menos del 5% de arcilla o de lodo, así como los flujos de lodo. Mientras que en regiones húmedas, los depósitos predominantes dentro del abanico son flujos de lodo con porcentajes de 25 % o mas de partículas del tamaño de arcilla dentro del abanico. El flujo de lodo es capaz de acarrear grandes bloques

Flujo de escombros

Flujo de lodo asociados a volcanes

Lahar tras una erupción, monte Santa Helena

Origen de los Lahares  Concentración alta de material fino (Cenizas).  Períodos de lluvia intensos, no necesariamente coincidiendo con períodos de actividad volcánica.  Fusión de glaciares en las partes altas de un volcán, durante actividad volcánica.  Vaciado de un lago hospedado en la cumbre de un volcán.  Desplome de ladera debido a prolongada alteración hidrotermal o sismo. A diferencia de las avalanchas, los lahares son depósitos húmedos donde el agua influye tanto en la génesis como en el transporte de la masa removilizada.

Deslizamientos

La noche del 4 de noviembre de 2007 un deslizamiento de ladera con una extensión de 80 hectáreas que acarreó 48 millones de metros cúbicos de roca y suelo, formó una presa natural que interrumpió el cauce natural del río Grijalva, uno de los más caudalosos de México.

N

Lago

Fotografía aérea que muestra un deslizamiento de rocas en el noroeste de Wyoming en los EUA, sobre el Gros Ventre. El lago Lower slide mostrado a la izquierda fue represado por este deslizamiento que cayo dentro del valle del río

Deslizamientos por falla de talud

Fotografía aérea que muestra una falla de talud en los acantilados marinos en Gay Head Massachusetts, el oleaje en la base del acantilado fue erosionada lo que provoco que la pendiente se volviera inestable.

Fallas de talud

Fallas de talud múltiple Tomado de Leet y Judson 1974

Solifluxión Proceso geomorfológico característico de zonas de clima periglaciar, consistente en el desplazamiento masivo y lento de formaciones arcillosas u otros tipos de suelo a causa de la plasticidad adquirida por éstos cuando absorben gran cantidad de agua durante el deshielo. El deshielo inicia desde el suelo hacia abajo, el agua que queda libre no puede percollar el suelo por la presencia de hielo del suelo todavía congelado creando una superficie impermeable, como consecuencia el suelo superior se sobresatura de agua haciéndolo fluir aun en pendientes muy suaves.

Solifluxión El movimiento resulta relativamente rápido, variando la velocidad según el grado de viscosidad del lodo. Es un proceso complejo, que requiere, además de materiales adecuados, agua abundante para que se produzca, y que la cubierta vegetal no sea muy densa. Resulta especialmente importante en áreas de montaña húmeda y en altas latitudes en zonas peri glaciares, donde los procesos de hielo y deshielo tienen un papel destacado. También se dan en las zonas de sabana de clima tropical con estación seca, mientras que son excepcionales en regiones áridas.

Solifluxión Ladera estructurada. Lachulung La, Himalaya (India) Esta zona, situada entre los pasos Lachulungla (5.065 m) y Tanglangla (5.200 m), se encuentra protegida de los frentes monzónicos por lo que presenta un clima frío y seco. Los ciclos hielo-deshielo producen derrubios por solifluxión.

Glaciar rocoso y lengua de solifluxión. Purne, Himalaya. India Dos manifestaciones de actividad peri glaciar actual: glaciar rocoso y lengua de solifluxión.

Antiguo Glaciar de Silver Basin en Colorado EUA, (actualmente ya no se mueve) el clima era suficientemente frío para formar este flujo por solifluxión Tomado de Leet y Judson 1974

Solifluxión

Deslizamientos

Aunque en tierra firme existen movimientos de masas como deslizamientos y flujos de lodo que han causado grandes desgracias, los depósitos carbonatados exhiben espectaculares depósitos asociados a movimientos de masa influenciados por la gravedad.

BORDE OESTE DE LAS COSTAS DE ÁFRICA

Taludes carbonatados Fallamientos en el borde de una plataforma son comunes causando procesos marinos profundos influenciados por la gravedad, tales como Caída de rocas ( Talus), Slide, Slumps, Flujo de escombros y Corrientes Turbidíticas . Son movimientos de material con cantidades variables de agua que se mueven pendiente abajo a través del Talud Taludes carbonatados erosiónales

Depósitos inducidos por la gravedad en taludes carbonatados

Slide Un Slide es un deslizamiento de masa planar y no muestra deformación interna representa un movimiento traslacional (Dingle, 1977).

Deslizamientos

Los slide pueden exhibir cantidades variables de deformación, algunos muestran un comportamiento puramente elástico, las capas originales están sin deformar excepto las capas basales en el plano de cizalla, mientras que otros slide muestran un comportamiento elástico y plástico.

Slump Un Slump se desliza sobre un plano cóncavo en un movimiento rotacional que causa deformación interna (Dingle, 1977). exhibe un plano de cizalla cóncavo hacia arriba y usualmente una rotación del cuerpo del slump

Slump

Afloramiento que representa un Slump ubicado en Vizcaya España, el cual solo puede observarse cuando baja la marea

Flujo de escombros A medida que los Slumps viajan talud abajo se incrementa la masa provocando la disgregación de esta, transformándose en un flujo de escombros, ahora el sedimento es transportado como una masa viscosa incoherente. En un flujo de escombros predomina un movimiento intergranular sobre una superficie de cizalla. El Término Flujo de escombros representa una variedad de flujo de sedimentos influenciado por la gravedad, tal como los flujos de escombros cohesivos y flujo de granos modificados por la densidad, en los cuales el flujo se comporta de manera plástica.

Caída de rocas “Talus” La caída de rocas suele relacionarse al término Talus y son acumulaciones abundantes en ambientes marinos en la base de taludes escarpados, escarpes afallados y en las paredes de los canales, depósitos de este tipo se acumulan por rodamiento o caída libre de clastos individuales. También se conocen como (Flujo de escombros) Taludes carbonatados erosiónales

Talus

Los flujos de escombros o la caída de rocas suele relacionarse al término Talus y son acumulaciones abundantes en ambientes marinos en la base de taludes.

Flujo de escombros

Los flujos de escombros son muy comunes en el registro geológico en taludes carbonatados.

Corrientes de Turbidez Con la incorporación de fluido, el flujo de escombros plástico tiende a comportarse como una corriente turbidítica fluidal y ya no representa un flujo influenciado por la gravedad. Una corriente de turbidez es una variedad de corrientes de densidad, que fluye como resultado de un contraste de densidad creado por los sedimentos que viajan en suspensión dentro del cuerpo de la corriente, incorporados por un flujo turbulento. Una corriente de turbidez se diferencia de otras corrientes, por los sedimentos que lleva en suspensión, provocando que fluya la corriente y transporte sedimentos pendiente abajo.

Los sedimentos suspendidos en el agua pueden producir una mezcla densa que puede fluir hacia abajo sobre una pendiente del fondo oceánico. Cuando se forma tal flujo, se denomina corriente de turbidez. Si la velocidad y turbulencia de la corriente son suficientes para impedir el asentamiento de las partículas del sedimento, la corriente puede fluir por grandes distancias, eventualmente se detendrá y su carga de sedimentos será depositada en forma de abanico.

Corrientes de turbidez clasificación De acuerdo a su densidad se clasifican en:  Corrientes turbidíticas de baja densidad

 Corrientes turbidíticas de alta densidad. Los datos exactos del valor de densidad son poco conocidos y la base para clasificarlas esta en función de granos de arena cuarzo del tamaño > 0,06 mm; 4Φ. Las corrientes de turbidez de baja densidad no transportan arena de cuarzo de este tamaño mientras que las corrientes de turbidez de alta densidad si lo hacen transportándolos en suspensión.

El valor de 1.1 gr/cm³ ha sido utilizado como el límite inferior para corrientes de turbidez de alta densidad

Otra clasificación De acuerdo con el tiempo de duración, las corrientes de turbidez puede subdividirse en:

 Corrientes turbidíticas de corta duración, llamadas espasmódicas las cuales son producidas por eventos catastróficos  Corrientes turbidíticas de larga duración con un suministro constante de sedimentos en suspensión, denominadas corrientes de turbidez estables. Esta doble subdivisión coincide más o menos con la que se basa en la densidad. Las corrientes de turbidez, estables son de baja densidad, mientras que las corrientes de turbidez espasmódicas son de alta densidad.

Mecanismo Si se parte de la idea de que el requisito básico para que ocurra una corriente de turbidez es de incorporar sedimentos en suspensión, entonces el origen de tal proceso está estrechamente relacionado con mecanismos que produzcan este fenómeno. Se tienen tres mecanismos bien documentados:  Las grandes inundaciones de ríos en grandes lagos o en costas de plataformas continentales cortas

 Las olas de tormenta que actúan sobre la plataforma continental  Fallas de talud incorporando sedimentos de grano fino

CORRIENTE TURBIDÍTICA EXPERIMENTAL

Transporte en el Mar

 Corrientes por Mareas.  Corrientes Litorales.

 Corrientes Oceánicas.

Que son las corrientes de Mareas Una marea es el movimiento vertical oscilatorio, periódico y alternativo ascendente y descendente de las aguas. Es producido por la atracción gravitatoria principalmente de la Luna y en menor medida del Sol, que se ejerce sobre nuestro planeta y la masa de agua que lo rodea. Al ser ésta incompresible se encuentra en constante movimiento. Se mide en metros y es la diferencia entre la altura de una pleamar y la altura de la bajamar

Se mide en horas y minutos y es el tiempo que transcurre entre una pleamar y una bajamar.

División de la zona de Mareas En términos de su exposición a la atmósfera, podemos definir tres zonas Peritidales.  Zonas que siempre están bajo el agua, llamadas zona de submareas.

 Zonas que quedan cubiertas o descubiertas por el agua denominadas zonas de intermareas.  Áreas que están fuera del agua la mayor parte del tiempo, pero que se inundan ocasionalmente y sólo durante las mareas más altas, zona de supramarea.

División de las zonas de mareas Zona Peritidal Nivel de marea alta

Nivel de marea baja

Punto de acción del oleaje

Supramarea

Intermarea o Planicie de marea

Submarea

Dunas litorales

Plataforma PLAYA

DOMINIO CONTINENTAL

DOMINIO TRANSICIONAL

DOMINIO MARINO

Modificado de Corrales, et al., 1976

Tipos de corrientes El movimiento de periódico de las mareas produce dos tipos de corrientes.  Cuando la marea está subiendo, se dice que la marea produce inundaciones; genera una creciente denominada corriente de inundación (flood current).  Cuando la marea está bajando, produce una corriente de marea denominada corriente de reflujo (ebb current). El movimiento es lento por lo que las mareas producen flujos laminares y un oleaje muy suave.

Tipo de sedimentos En las zonas costeras, la acción de las mareas crea dos tipos de zonas de sedimentación de acuerdo a la energía del agua.

En la planicie de mareas, la marea sube y baja más o menos con tranquilidad como una amplia lámina de agua, produciendo depósitos de arena muy fina, limo y arcilla. Cuando las mareas encuentran obstáculos que impiden el libre movimiento de estas, se originan canales de marea, perpendiculares a la costa y paralelas al flujo principal, originando flujos de corrientes rápidas, dentro de los canales, por lo que los depósitos típicos están constituidos por arena gruesa, restos esqueléticos y otras partículas grandes que se concentra en los canales.

PLANICIES DE MAREAS

Canales de mareas

Sección A A

C

A’ B A Canal

Montículos lineales de marea

arenoso

A’

Sección B B

C’

B’ B’

Sección C C Modificado de Wright, 1977

C’

CORRIENTE DE INUNDACIÓN

Corrientes Litorales Las corrientes litorales son corrientes que corren paralelas a la costa, suelen ser temporales, es decir pueden fluir durante un corto periodo de tiempo y luego detenerse incluso fluir en sentido contrario, pueden persistir por algunas horas pero rara ves fluyen durante días. Son producidas por el viento las mareas o el oleaje que golpea de manera oblicua la costa. Son un medio importante de transporte de sedimentos que son acrecionados contra la playa a través de la deriva litoral.

Corrientes Litorales La deriva litoral consiste en el transporte de sedimentos (normalmente arenas pero también pueden consistir en sedimentos gruesos como gravilla) a lo largo de la costa. Esto se produce dado que los sedimentos son transportados en un ángulo oblicuo respecto a la orilla, que depende de la dirección del viento predominante, el reflujo y la corriente de reflujo producidas por las mareas. Este proceso ocurre en la zona litoral, y en o muy cerca de la zona de rompimiento de las olas. Este proceso es también conocido como transporte litoral o deriva costera.

La deriva litoral

Corrientes Oceánicas o Marinas Una corriente oceánica es cualquier movimiento de agua predominantemente horizontal. Se pueden generar por varios mecanismos pero los mas importantes son dos:  Por el barrido de los vientos sobre la superficie del mar (corrientes de deriva)  Por las fuerzas no equilibradas producidas por diferencias en la densidad del agua. (corrientes termohalinas) Sus velocidades son bajas, pero ambas movilizan grandes volúmenes de agua, cantidades importantes de sedimentos de grano fino (arcillas, limos y arena muy fina) y una cantidad importante de nutrientes del norte hacia el sur.

Corrientes Oceánicas producidas por el viento

El viento ejerce una fuerza sobre la superficie de agua poniendo en movimiento la capa de agua superficial, a este tipo de corrientes se le conoce como corrientes de deriva y son afectadas por el efecto de coriolisis que involucra el movimiento de rotación de la tierra.

Corrientes Oceánicas

Los océanos Atlántico y Pacífico tienen un movimiento sencillo y ordenado de movimiento de agua superficial, que puede generalizarse en un diagrama esquemático, mostrado a la izquierda

Corrientes Marinas producidas por cambios de densidad La densidad del agua marina varia principalmente de acuerdo a dos factores, la cantidad de sales disueltas en ella y a la temperatura, lo que produce movimientos de agua verticales.

A > salinidad mayor densidad, a < salinidad menor densidad. A > Temperatura menos densidad, a < Temperatura mayor densidad.

Corrientes Marinas de Densidad La salinidad se expresa en partes disueltas por millón, donde los elementos mas comunes son sodio, magnesio, calcio, potasio, aluminio y sílice. A medida que el agua se enfría se hace cada ves mas densa. La salinidad del agua de mar fluctúa entre 33 y 37 mil partes por millón según su posición geográfica.

Las aguas mas densas tienden a hundirse debajo de las menos densas. Se considera que la diferencia de densidades estratifica el agua entres capas

Relación de la salinidad y la temperatura, con la profundidad

Corrientes Marinas de Densidad A medida que el agua se enfría se hace cada ves mas densa, hasta alcanzar el punto de congelación a – 2° C. Este principio es muy importante por que supone que el agua marina enfriada cerca de la superficie tendera a hundirse desplazando el agua de menor densidad.

La temperatura produce la evaporación del agua superficial, por lo que esta es ligeramente mas densa que la que tiene debajo y por consiguiente se hunde hasta un nivel mas bajo De los dos factores la temperatura es la que ejerce el efecto mas fuerte

Corrientes Marinas

El entendimiento de los movimientos de las corrientes marinas, esta ligado a entender el efecto que produce el movimiento de rotación de la tierra en el viento y a lo que se conoce como efecto coriolisis.

DEPÓSITO

DEPÓSITO

Procesos sedimentarios

INTEMPERISMO TRANSPORTE DEPOSITACIÓN LITIFICACIÓN

Deposito 

El deposito ocurre cuando el transporte termina, ambos procesos están directamente relacionados.



Las estructuras sedimentarias y la textura resultan de ambos procesos Transporte y Depósito.



La composición se modifica a través de la abrasión, clasificación, etc.

Depósito

Sedimentación o depósito es el proceso por el que se asienta el material que formas las rocas. Los factores que regulan la sedimentación son:  Material disponible para depositar  Medio de transporte  Un lugar donde el material pueda ser depositado (cuenca sedimentaria)

Depósito

El material detrítico se deposita cuando el agente que lo transporta deja de tener energía suficiente para seguir moviendo las partículas es decir la fuerzas que los ponen en movimiento, gravedad y cizallamiento. El material transportado en solución, se deposita de manera diferente a través de un proceso de precipitación química o biológica que lo convierte en material sólido separándolo del liquido solvente.

Depósito Después de que las partículas se han formado y se han transportado se depositan, las dos causas de este proceso son:  La reducción de la velocidad de la corriente.  La disminución de la solubilidad.

 Cuando una corriente desemboca en un lago, océano, o a un gran volumen de agua, pierde la mayor parte de su velocidad, disminuyendo así la fuerza de la corriente produciéndose la sedimentación. (cambios de densidad)  Cualquier cambio en la temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de alguno de los elementos disueltos.

Cambios de densidad

Dependiendo de la densidad del agua que conduce el sedimento y la que lo recibe, la dispersión del sedimento se efectúa de tres maneras diferentes (variaciones en la temperatura y la salinidad del agua pueden causar este efecto).

Cambios de densidad Flujo Homopícnico. La densidad del agua que transporta el sedimento es igual al agua que recibe. Esto provoca que en la desembocadura exista una mezcla intensa del sedimento, las partículas gruesas se depositan inmediatamente en desembocadura, formando un prisma grueso y alargado generalmente (deltas lacustres) este tipo de deltas reciben el nombre de deltas tipo Gilbert.

NM

Cambios de densidad

NM

Flujo Hiperpícnico. La densidad del agua que transporta el sedimento es mayor al agua que lo recibe. Las aguas fluviales por lo tanto fluyen por debajo de las aguas de la cuenca acarreando el sedimento hacia el interior de la cuenca restringiendo el desarrollo del delta, la fricción provoca el deposito en la boca del rio de una barra de forma triangular, convexa hacia el rió, que divide el flujo.

Cambios de densidad

NM

Flujo Hipopícnico. La densidad del agua que transporta el sedimento es menor al agua que lo recibe. Las aguas fluviales fluyen por arriba soportadas por las de mayor densidad, logrando una mayor dispersión de los sedimentos, este mecanismo es favorecido si el canal fluvial es profundo y la cuenca somera, la barra de desembocadura que se forma es alargada con una morfología cóncava hacia el río Este proceso es característico de deltas marinos.

Depósito

Cuando los sedimentos son depositados forman complejos

AMBIENTES SEDIMENTARIOS

Medios sedimentarios

Son el complejo de las condiciones Físicas, Químicas y Biológicas bajo las cuales se acumula un sedimento

DETERMINAN EL TIPO DE DEPOSITACIÓN DE LOS SEDIMENTOS

Medios sedimentarios Los procesos sedimentarios presentan siempre una influencia geográfica, ya que están definidos por una serie de factores físicos, biológicos y químicos, formando lo que se denomina: AMBIENTE SEDIMENTARIO. El conjunto de estas características imprime al sedimento o facies sedimentaria, las propiedades que les hacen diferenciables al resto de los sedimentos depositados en otros ambientes.

Ambientes sedimentarios



Variables: Temperatura, profundidad del agua, incidencia solar, salinidad, pH, Eh (disponibilidad de oxigeno), minerales, cubierta vegetal, bio-erosión, bioprecipitación, precipitación del sedimento, etc.

CLASIFICACIÓN MEDIOS SEDIMENTARIOS Continental

Glacial, aluvial, fluvial, eólico, lacustre,

Transicional

Paludal, estuario, deltaico, islas de barrera, playa.

Marino

Plataforma, arrecife, profundidades abisales.

talud,

cuenca,

CLASIFICACION DE LOS MEDIOS AMBIENTES   

continental / transicional / marino erosional/equilibrio/deposicional siliciclastico/carbonatado

PREGUNTAS