TRANSPORTE Y ACUMULACIÓN

DE LOS SEDIMENTOS

FLUJOS FLUIDOS

Acuosos

Aéreos

FLUJOS GRAVITATORIOS

HIELO

Fluidos = líquidos y gases, no tienen

resistencia interna (strength) al esfuerzo de ciza

(shear stress) y se deforman rápida y

completamente.

FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS

Objetivo final = partiendo de las propiedades de una roca

sedimentaria, inferir las condiciones de flujo en la cual esa roca se

formó.

Las fuerzas que actúan en sólidos y líquidos pueden

representarse como vectores que tienen componentes normal

y paralela a la superficie del cuerpo. La componente de fuerza

perpendicular a la superficie del cuerpo, por unidad de área es

la presión (P). La componente de fuerza paralela a la

superficie del cuerpo es el esfuerzo de ciza ().

P Plano

F

Video

El aire y el agua son los dos fluidos de mayor importancia

geológica. Difieren en su densidad y en su viscosidad dinámica,

parámetros que controlan el modo en que el fluido fluye.

δ agua = ??? gr/cm3

δ aire = 0,0013 gr/cm3

La densidad del agua es 800 veces superior a la del aire

v

y

Ley de Newton de la Viscosidad

= . v/y

v = velocidad

y = distancia a la base (puede ser la profundidad)

= viscosidad dinámica

= esfuerzo de ciza

es constante a T° = constante

La viscosidad de un fluido es una medida de su

resistencia a fluir, o sea al esfuerzo de ciza; este es

un concepto fundamental para la mecánica del

transporte de los sedimentos.

Si tengo un fluido acuoso y le agrego partículas de

arcilla en suspensión modifico su densidad y

viscosidad, y también cambia su comportamiento

dinámico. El fluido se vuelve no-Newtoniano (o sea

que no obedece a las leyes de Newton), como ocurre

con los torrentes de barro.

TIPOS DE FLUJOS FLUIDOS

Flujos Laminares

El flujo discurre en láminas paralelas entre sí.

No hay transferencia de masa entre láminas.

El flujo es lento y casi no hay movimiento en otra dirección que no sea

la del movimiento principal.

Flujos Turbulentos

Las líneas de flujo se entrecruzan.

Hay torbellinos (vórtices o remolinos) complejos que

cambian continuamente.

Hay transferencia continua de masa y momento hacia

arriba y hacia los costados

La turbulencia actúa levantando partículas del sedimento.

Casi todos los flujos naturales son turbulentos.

Se considera una velocidad promedio, ya que localmente la

velocidad varía mucho de acuerdo con los vórtices. Video

Un huracán es un vórtice

gigantesco compuesto por

innumerables vórtices menores.

Un vórtice mayor se diluye

formando vórtices menores y

finalmente desaparece

Números de Reynolds y de Froude

Son números adimensionales que permiten caracterizar flujos. Podemos

decir que dos flujos son dinámicamente similares si sus números de

Reynolds y de Froude son iguales o similares.

El número de Reynolds es el cociente entre las fuerzas inerciales del fluido

sobre las fuerzas viscosas.

R = . v. L/

= densidad

v = velocidad de flujo promedio en canales abiertos

L = radio hidráulico en canales abiertos; diámetro de la partícula en el tubo

de decantación

= viscosidad dinámica

Un número R > 2000 indica flujo turbulento mientras que un R < 500

indica flujo laminar y los valores intermedios pueden indicar

alternativamente flujos turbulentos o laminares.

L

Estela turbulenta

R < 0,1

R 24-100

R 1000

Separación de Flujo alrededor de una partícula

En una partícula cayendo en el tubo de sedimentación, no hay separación de flujo

apreciable a sotavento hasta un R = 24, luego de lo cual la estela se torna turbulenta.

El número de Froude es el cociente entre la velocidad y las fuerzas

gravitatorias

F = v/(L g)-2

g = gravedad

Número F < 1 indica un flujo tranquilo (puede ser laminar o turbulento)

F > 1 flujo rápido o supercrítico

F 1 flujo crítico o de transición.

Régimen de Flujo

•Tiene gran importancia en el transporte y acumulación de los

sedimentos.

•Permite relacionar las formas de lecho y el transporte de los

sedimentos con los flujos caracterizados a través de sus números de

Reynolds y de Froude.

Regímenes de Flujo

Bajo o tranquilo (F < 1)

existe gran resistencia al flujo

hay poco transporte de sedimento (relativo)

las ondulaciones de la superficie del agua están fuera de fase con las

ondulaciones del lecho

se forman óndulas y megaóndulas o ambas combinadas

Transición (F 1)

Configuración del lecho inestable

Formación de lecho plano, antidunas o megaóndulas

Alto o supercrítico (F > 1)

Pequeña resistencia al flujo y gran transporte de sedimentos

Las ondulaciones de la superficie del agua están en fase con las de la

superficie del lecho

Puede formarse una carpeta tractiva en la base del flujo (de pocos granos de

espesor)

Se forman antidunas

El Regimen de flujo es bajo

La superficie del

agua presenta

ondulaciones

El lecho también, y

están en fase con la

superficie

El Régimen de flujo es alto

Video

Un fluido que corre sobre un lecho ejerce un esfuerzo de ciza sobre él y, consecuentemente, el lecho ejerce una fuerza que tiende a detener el movimiento del fluido.

En la zona cercana al contacto (capa limítrofe o boundary layer – Ludwig Prandtl (1904) el flujo está fuertemente influenciado por el lecho.

El espesor de esta capa es determinado por el relieve o rugosidad del lecho, la velocidad del flujo y la viscosidad del flujo. Puede ir desde pocos mm hasta abarcar gran parte del flujo.

En esta zona ocurre la “separación del flujo”, en una parte principal, poco influenciada por el lecho, y en una “capa limítrofe” fuertemente influenciada por este. Esta última puede ser laminar o turbulenta.

Capa Limítrofe (Boundary Layer)

U (cm/s)

y (cm)

U (cm/s)

Flujo Turbulento al lecho

Flujo con

subcapa laminar

y (cm)

INICIO DEL MOVIMIENTO DE LAS PARTÍCULAS

Subcapa

laminar

diámetro = 0,15 mm

diámetro = 7,2 mm

Conclusión: el inicio del movimiento se ve favorecido si la turbulencia

impacta directamente sobre el lecho

Para un flujo enteramente turbulento sobre una superficie tal

como una capa de arena el perfil vertical de velocidades está

dado por la ecuación desarrollada por von Karman

Vm/Vo = 8,5+2,3/K log y/yo

Vm = velocidad promedio del flujo

Y = distancia al lecho

Vo = ciza o velocidad de fricción = o / (esfuerzo de ciza sobre

densidad)

K= constante de von Karman aprox. 0,4 para la mayoría de los fluidos

Yo = largo de la irregularidad, que depende de la rugosidad del lecho

A mayor rugosidad o irregularidad es mayor el gradiente de

disminución de la velocidad. La irregularidad puede ser una

forma de lecho, como óndulas y dunas.

Presión

Velocidad

Inicio del movimiento de las partículas

EROSIÓN

LIMO-ARCILLA ARENA FINA ARENA GRAVA Y BLOQUES

DEPOSITACIÓN

TRANSPORTE

EN SUSPENSIÓN

Limo y arcilla inconsolidados

Limo y

arcilla consolidados

Diagrama de Hjülstrom- Sandborg (agua en movimiento)

Tamaño de grano(mm)

V

e

l

o

c

i

d

a

d

cm/s

TRANSPORTE, CARGA

DE LECHO

Movimiento de las partículas en un fluido

Rolido y deslizamiento sobre el lecho (tracción) dando lugar a

la carga tractiva.

Saltación (la partícula se levanta y cae sucesivamente, impacta

a otras partículas en el lecho y en el flujo, y produce eyección,

impacto-proyección y reptaje, especialmente en el aire)

•Suspensión (la partícula no toca el lecho)

10°

•Carga de lecho = es el material que se mueve cerca

del lecho por tracción y saltación

• Carga en suspensión = el material permanece

suspendido por la turbulencia (el diámetro depende

del régimen de flujo)

• Carga de lavado = suspendida siempre

•Capacidad: cantidad de sedimento que puede

transportar un flujo

•Competencia: diámetro máximo de partículas que

puede transportar un flujo

Capas basales

Espesor

del delta

Zona de no difusión

Flujo principal

Zona de mezcla

Zona de flujo reverso

Capas frontales

Longitud de la zona de circulación inversa ( 7 veces el espesor del delta)

Migración de óndulas

Remolinos

de gran

escala

Flujo sobre una forma de lecho transversal tipo duna

Capas

dorsales

o V

Diámetro medio de caída

FORMAS DE LECHO, TAMAÑO DE GRANO Y FLUJO

Sin movimiento de

sedimento

Antidunas,

Dunas (megaóndulas)

Transición

Óndulas

Lecho plano

Bajo

Alto

lecho plano

o V

Diámetro medio de caída

FORMAS DE LECHO, TAMAÑO DE GRANO Y FLUJO

Antidunas

Lecho

plano

Alto regimen de

flujo

Bajo regimen de

flujo

óndulas

dunas

Lecho plano

Forma de lecho transversal al flujo (óndulas de corriente

asimétricas) en un estuario

Formas de lecho transversales al flujo (dunas y óndulas

de corriente asimétricas) en un estuario

CRESTA

recta

ondulada

catenaria

linguoide

semilunar

Rég

imen

de F

lujo

creciente

Cima Quiebre

H

Barlovento Sota-

vento

λ

Dirección de flujo

Seno Cresta

d promedio

Separación del flujo

Flujo reverso

Morfología de una óndula de corriente

Índice de óndula = λ/H

L = Longitud de onda

H = Altura

L/H= índice de óndula

Altura (H) vs. longitud de onda (L) en formas de lecho

transversales a flujos subácueos

H (

m)

L (m)

Dunas

Óndulas

Ashley

1990

Estructura

interna de las

óndulas (y

megaóndulas)

de corriente

Transporte eólico y formas de lecho

• Limo y arcilla son transportados por suspensión

• La arena fina por saltación y la arena gruesa por impacto-reptaje

• Se forman óndulas aplanadas y asimétricas, de cresta recta, a veces bifurcada, cuya longitud de onda depende del patrón de saltación.

• El índice de óndula es mayor que en las óndulas acuosas

• Si la velocidad aumenta se forma un lecho plano

• Otras formas de lecho son las dunas y los draas

• Las dunas tienen longitudes de onda de decenas a cientos de metros

• Los draas tienen longitudes de onda de cientos de metros a varios km

Transporte de arcilla y limo en suspensión – erosión de suelos en la

Provincia de Buenos Aires

Erosión en la meseta patagónica – El tope de la meseta se erosionó

0,65 m en 70 años

Campo de dunas en la costa de la Pcia. de Buenos Aires

“Formas de lecho”

“Formas de lecho”

Depósito de duna

“fósil” del Mioceno

En general se

reconoce

la estructura

sedimentaria

(interna) y

raramente la

forma de lecho

1

100

1000

0.06 2 10

Tamaño de grano (mm)

Vel

oci

dad

del

vie

nto

(cm

/s)

Suspensión

Depositación

Saltación

Impacto-Reptaje

V. de Suspensión V. de Decantación

V. de Inicio de movimiento

V. de Inicio de movimiento

con arena

H (

m)

L (m)

Altura (H) vs. longitud de onda (L) en formas de lecho

transversales a flujos subaéreos

Dunas eólicas

Óndulas

eólicas

Recta de dunas subácueas

Ashley, 1990

Intervalo

sin dunas

ni óndulas

Recta de mejor correlación

En el desierto de Namibia se encuentran dunas de 305 metros de altura,

formadas por los vientos en la costa Atlántica de Namibia. El desierto

tiene unos 55 millones de años. La media anual de lluvia es de 6 cm

Mar de Arena de Argelia

El Issaouane Erg cubre una gran zona en el este de Argelia. Tiene tres tipos

de dunas: Mega-dunas, conocidas como draas o espaldas de ballena y miden

varios cientos de kilometros. Dunas medianas que se forman encima de las

megadunas y pequeñas dunas alrededor de las dunas grandes

Flujos fluidos oscilatorios

•El movimiento de la ola genera una trayectoria

circular de las partículas del agua que se atenúa

con la profundidad del flujo.

•Este movimiento se traduce en un movimiento

horizontal cuando la ola interfiere con el fondo.

= Longitud de onda

h = Altura

/2 = Profundidad máxima de

interacción con

el fondo

Velocidad de olas someras = (g.d)1/2

Velocidad de olas en aguas profundas = (g./2π)1/2

d

https://youtu.be/7yPTa8qi5X8

Ola que interfiere con el fondo

Ondulas de oleaje

Se forman“Chevrones”, que no existen en las ondulas de corriente

Lecho Plano (laminación paralela)

Ondulas de oleaje

Sin movimiento de sedimento

Tamaño de grano (mm)

Velocidad

máxima de

las olas

cm/s

•Los granos se mueven por rolido en una y otra dirección

alternativamente y tienden a acrecionar en sus caras frontales,

como en el caso de las óndulas de corriente.

•Este crecimiento alternativo da origen a la óndula de oleaje,

que es casi siempre simétrica.

• Las óndulas de oleaje asimétricas se producen por

diferencias en la velocidad del movimiento hacia delante y

hacia atrás (pueden confundirse con óndulas de corriente). Las

partículas de agua no se mueven en una órbita cerrada, sino

que existe transporte de masa en la dirección de propagación

de la ola (por ejemplo en las zonas de surf marino y en zonas

de poca profundidad de agua).

Óndulas de oleaje

Son ondulaciones simétricas o casi simétricas producidas por

acción de las olas en una superficie poco cohesiva (ver gráfico

con las condiciones de origen). Se forman para velocidades de

propagación de olas mayores a 9 cm/s y desaparecen para

velocidades mayores de 90 cm/s.

Óndulas simétricas de ola

Tiene crestas de forma simétricas, bastante puntiagudas con

senos redondeados, rectos y a veces bifurcándose de 0,9 a 200

cm de largo y de 0,3 a 23 cm de alto con un índice de óndula

entre 4 y 13, mayormente 6 a 7.

Si el aporte de sedimento es muy alto pueden ser de tipo

escalonado.

Forma externa no concordante con la estructura interna

Chevrones en las láminas internas Capas frontales que

continúan en los senos

Límite inferior irregular (ondulado)

Construcción en conjuntos o haces no concordantes

Óndulas asimétricas de ola

Presentan crestas rectas, con el lado de sotavento más inclinado

que el de barlovento.

Largo de 1,5 a 105 cm y alturas de 5 a 16 cm.

Indice de óndula (λ/H) entre 3,8 y 6,1 (pequeño)

Estas óndulas presentan una morfología similar a las de

corriente y pueden producir escalonamiento. Pueden tener

crestas bifurcadas. Se las reconoce por los siguientes criterios:

-Chevrones en las láminas internas.

-Formas externas no concordantes con la estructura interna

-Límite inferior irregular (ondulado)

-Construcción en conjuntos o haces no concordantes

-Capas frontales que continúan através de los senos.

Formación Katterfeld (Cretácico inferior) Lago Fontana

Flujos Combinados (Oscilatorios + Direccionales)

Se producen durante las tormentas por acción

combinada del oleaje y de las corrientes

Fango

Fango

Arena

Colinas (Hummocks)

Depresiones (Swales)

Estratificación Hummocky

Estratificación Hummocky

Un tsunami se comporta como una ola somera en todo el

oceáno por su gran longitud de onda

V de olas someras = (g.d)1/2

Si d = 4600 m V = 763 km/h