curso básico de hidráulica fluvial - imta.gob.mx · del manto, corteza y ecosfera, ... como los...
TRANSCRIPT
Orígenes y Propiedades de los Sedimentos
Curso Básico de Hidráulica Fluvial
Enrique A. Sánchez Camacho Julio 20 2015
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Contenido
1. Introducción.
2. Origen de los Sedimentos
Sedimento (definición)
Intemperismo
Físico
Químico
3. Propiedades de los sedimentos
Clasificación simple
Características principales (partículas)
Características principales (conjunto de partículas)
Relaciones entre pesos y volúmenes Distribución de los tamaños de las partículas Velocidad de caída
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1.Introducción
La superficie de la Tierra - la troposfera - se asienta en las interfaces de la litosfera sólida, la atmósfera gaseosa, y la hidrosfera acuosa.
Gases, líquidos y sólidos son intercambiados entre el ciclo hidrológico y el ciclo de las rocas.
El ciclo biogeoquímico es la circulación de elementos químicos a través la parte superior del manto, corteza y ecosfera, aunque impacta menos en el desarrollo del relieve.
http://jesuseducando.blogspot.mx/2013/02/ciencias-de-la-tierra-el-sistema-tierra.html
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1.Introducción
Ciclo hidrológico. La hidrosfera - las aguas superficiales y cercanas a la superficie de la Tierra - está hecha de agua meteórica.
El ciclo del agua es la circulación del agua meteórica a través de la hidrosfera, atmósfera, y las partes superiores de la corteza terrestre.
http://lan.inea.org:8010/web/materiales/web/riego/anuncios/trabajos/webs/Iv%C3%A1n%20Gonzalo%20Tejero/los_acu%C3%ADferos_de_la_provincia_de.htm
Está vinculado a la circulación de agua juvenil profunda asociada con la producción de magma y el ciclo de las rocas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1.Introducción
Ciclo hidrológico
http://ruralsupplies.eu/4-informacion-al-usuario/abastecimiento-autonomo/01-concepto-de-aguas-subterraneas/
El agua tras precipitar se almacena en la superficie del suelo o de la roca, o es interceptada por la vegetación y se almacena allí, o cae directamente en un cauce
Desde la superficie del suelo o de la roca, fluye sobre la superficie, se infiltra en el suelo o en la roca, o se evapora. Una vez en la roca o el suelo, el agua puede moverse lateralmente hacia abajo en las laderas para alimentar los ríos, o puede infiltrarse para recargar el almacenamiento de agua subterránea, o puede evaporarse.
A través de la vegetación escurre o gotea por ramas y troncos, o se evapora.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1.Introducción
Ciclo de las rocas.
El ciclo de las rocas es la creación y la destrucción repetida de materiales de la corteza - rocas y minerales-.
Las rocas expuestas al aire y al agua meteórica, se descomponen y desintegran por la acción de la intemperie.
La deposición se produce sobre el suelo marino. Entierro de la descarga de sedimentos conduce a la compactación, la cementación, y recristalización, y así a la formación de las rocas sedimentarias.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1.Introducción
Ciclo de las rocas. Los agentes geomorfológicos o exógenos son viento, agua, olas, y el hielo, que actúan desde fuera o por encima de la troposfera; éstos contrastan con los agentes endógenos (tectónica y volcánica), que actúan sobre el troposfera desde el interior del planeta.
El flujo de materiales a través de la superficie de la tierra es, en general, unidireccional y es una cascada en lugar de un ciclo.
Los agentes de la intemperización mueven el suelo y la roca a lo largo de un frente de la intemperie, y al hacerlo la roca fresca es traída al sistema.
http://cpogeografia5quintob.blogspot.mx/2013/10/rocas-ciclo-de-las-rocas.html/
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
1. Introducción
Ciclo de las rocas.
El material puede ser añadido a la superficie de la tierra por deposición, después de haber sido producido por el viento, agua, hielo, o los animales.
Los escombros cascada de la superficie terrestre produce accidentes geográficos. Lo hace en parte por meteorización selectiva y erosionando las rocas más débiles.
http://www.blogodisea.com/agentes-erosivos-glaciares-viento-y-demas.html http://docentes.educacion.navarra.es/metayosa/1bach/Tierra13.html
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
CICLO DEL AGUA
CICLO DE LAS ROCAS
Precipitación
Condensación
Transporte fluvial
Evaporación
Deposición Intrusión
Erosión
Intemperismo
Granito
Rocas
sedimentarias
Vulcanismo,
fallamiento,
plegamiento,
levantamiento.
Entierro
(Compactación,
cementación,
recristalización)
1.Introducción
Interactuar de Ciclos.
“…la circulación de la humedad en el aire, es un motor, no sólo en la sucesión anual de las estaciones, también en el gran ciclo geológico, por el cual los residuos y la reproducción de continentes enteros esta circunscrito.” John Playfair 1802
Fuen
te: F
un
dam
enta
ls o
f fl
uvi
al g
eom
orp
ho
logy
, Ch
arlt
on
R. (
trad
uci
do
de)
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos.
Sedimento. 2 Material sólido en forma de partículas, granos o pequeños bloques, depositado sin consolidar tras un proceso de arranque, suspensión y transporte, ocasionado por agentes erosivos como el agua, el hielo y el viento: sedimento fluvial.
Los procesos sedimentarios son fenómenos de la superficie terrestre y del agua. Empieza con la destrucción de rocas sólidas por la intemperización, la erosión y el transporte por un medio (agua, viento, hielo), la deposición o precipitación y como ultimo la formación de rocas sólidas (diagénesis).
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos.
Una buena parte del sedimento se origina en la parte alta de la cuenca, que se genera de la roca madre tras ser degradada por la intemperización, y transportada pendiente abajo por los procesos de movimiento de masa y erosión del agua.
Ribera
Deslizamiento de rocas
Sedimentos glaciares
Erosión acanalada
Pérdida de suelo
Erosión por cauces pequeños
Intemperización de rocas
Fuen
te:
Fun
dam
enta
ls
of
flu
vial
ge
om
orp
ho
logy
, C
har
lto
n R
. (tr
adu
cid
o d
e)
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos.
El ingreso de sedimento al cauce de la red hidrológica es variable en el espacio y el tiempo. Hay un elemento estocástico para muchos procesos de generación de sedimentos, que pueden ser iniciados o acelerados por la ocurrencia de tormentas, terremotos o incendios. Como los eventos de crecidas, las tormentas pueden ser definidas en términos de una distribución de probabilidad. Sus características importantes incluyen: intensidad de lluvia, duración, periodo de tiempo entre eventos, y la extensión espacial de una tormenta dada.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos.
Los efectos de una tormenta dependen de la topografía, propiedades del suelo, cobertura vegetal y uso de suelo.
http://es.slideshare.net/pedrohp19/ambientes-sedimentarios-y-rocas-sedimentarias
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos.
Solo cierta proporción del sedimento producido por estos procesos alcanza el cauce de la red hidrológica, que también depende del grado de conectividad que exista entre la fuente de sedimento y el cauce.
http://www.simonpizarro.com/Educacion/4ESO/4ESO%2010%20Modelado%20del%20Relieve%20Terrestre%20web.htm
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Intemperización
Proceso destructivo o grupo de procesos mediante los cuales los materiales terrestres y rocosos expuestos a los agentes atmosféricos en o cerca de la superficie terrestre, cambian de color, textura, composición, firmeza o forma, con un poco o sin transporte del material suelto o alterado.
El proceso de intemperismo puede ser clasificado en físico y químico, pero esto es una diferenciación teórica, en la mayor parte de los casos actúan de manera conjunta.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Intemperización
La intemperización incluye la fractura física y la descomposición química de las rocas y material suelto sobre la superficie terrestre, ocurre cuando esos materiales parentales son expuestos a las condiciones de la superficie terrestre, donde muchas rocas se vuelven inestables.
La intemperización es una fuente primaria de sedimentos para ser removidos por los procesos de erosión y pérdida de masa (suelo).
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Intemperismo físico
Rompimiento (mecánico) de la roca en trozos más pequeños No genera cambio en su condición química (de la roca) El intemperismo físico domina en las regiones polares y desérticas
http://www.simonpizarro.com/Educacion/4ESO/4ESO%2010%20Modelado%20del%20Relieve%20Terrestre%20web.htm
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico
Congelación: Cuña de hielo (gelivación) Alternancia de hielo y deshielo
http://lauraylageologia4.blogspot.mx/2011/11/procesos-geologicos-externos-la.html
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico
La alternancia produce desintegración de la roca, este proceso es dominante en regiones montañosas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Liberación de presión: Liberación de presión de sobrecarga o de confinamiento Las rocas acuñadas son liberadas por la alternancia del hielo-deshielo acumulándose como un talud dendrítico en la base de laderas escarpadas.
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico
http://ageologicas.blogspot.mx/2013/02/una-visita-navidena-al-mompichel-villar.html
http://gduquees.blogspot.mx/2014/12/rocas-sedimentarias-manulageo-cap-09.html
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Las rocas se expanden con la erosión del material suprayacente con la consecuente reducción de la presión litológica (descompresión). Las rocas desarrollan grietas llamadas juntas laminares o de exfoliación. La liberación de la sobrecarga produce domos de exfoliación
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico
Liberación de presión: Liberación de presión de sobrecarga o de confinamiento
http://www.monografias.com/trabajos14/rio-aro/rio-aro.shtml
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Actividad de organismos (intemperismo biomecánico). Acción de raíces de plantas y árboles, agrandan las grietas de las rocas, generan acuñamiento de las raíces
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biological_weathering,_Harrison_Rocks_-_geograph.org.uk_-_71562.jpgs14/rio-aro/rio-aro.shtml
https://www.flickr.com/photos/geologia2006ufrn/541655889/
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Descomposición de los minerales que conforman una roca, proceso que requiere agua y por tanto es prácticamente inexistente en zonas desérticas.
La velocidad de este está acotada por: + El tamaño de la partícula, a mayor superficie, mayor efectividad de este; + El clima, el calor y la presencia de líquidos incrementa la eficiencia de este, y + El material original, una roca químicamente más estable tarda más tiempo en ser
alterada. Las esquinas y los bordes se alteran con mayor rapidez; creada una forma esférica las superficies se intemperizan al mismo tiempo
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Hidrólisis: Es uno de los procesos de intemperización química principales. Puede modificar y descomponer drásticamente minerales primarios susceptibles, y es significativo en la conversión de material parental a arcilla.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Carbonatación: Domina la intemperización de las rocas calcáreas como las calizas y dolomitas
(roca sedimentaria cuya composición es carbonato de calcio y magnesio)
http://www.fotonatura.org/galerias/fotos/258537/
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Carbonatación: El proceso ocurre cuando el dióxido de carbono de la atmósfera se disuelve en el
agua de lluvia, y forma un ácido débil de carbono, que es capaz de atacar roca calcárea mediante la formación de carbonatos solubles en agua .
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Carbonatación.
El río Li es un afluente de la cuenca del río de las Perlas que discurre íntegramente en la Región Autónoma de Guangxi, en la República Popular China. El sistema Li-Gui tiene una longitud de 437 km y drena una cuenca de 19.025 km², similar a países como El Salvador, Israel o Eslovenia.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Carbonatación.
http://www.vacacionchina.com/sitios-yangshuo/guilin-rio-li/ http://www.chinoartelengua.com/blog/?p=1885
http://www.viajero-turismo.com/2012/12/china-los-mejores-lugares-turisticos.html
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Columnas de montañas karst que se erigen desde las llanuras que rodean Guilin en Guangxi, pueden observarse siguiendo el curso del río Li desde Guilin hasta el muelle de Yangshuo.
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Carbonatación.
http://www.chinatouradvisors.com//UpLoad/Maps/Guangxi-Map/Guilin-Map/Guilin-City-Map/Guilin-District-Map.jpg
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Oxidación.
Algunos minerales reaccionan con el oxígeno, este puede provenir de la atmósfera o bien estar disuelto en el agua del suelo. Esto altera la red de cristalina del mineral, y lo hace más propenso al rompimiento. La herrumbre es un ejemplo habitual de oxidación.
http://cobaesgeo.foroactivo.com/t1272-bloque-iii-intemperismo
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
La superficie de la roca de fondo expuesta esta frecuentemente cubierta por una capa de material intemperizado llamado regolito.
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Este incluye partículas cuyo tamaño va de rocas partidas a finas partículas de arcilla. El ancho de la capa está determinado por el balance entre las tasas de intemperización y la tasa relativa en la cual el material es transferido por movimiento de masa y agentes de erosión (agua viento y hielo).
Las tasas y tipos de intemperización están determinados por los grupos de variables de: clima, material parental, topografía y actividad inorgánica. Ellos operan en diferentes escalas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Los dos parámetros relacionados del clima de mayor significancia son temperatura y precipitación.
Las tasas más altas de intemperismo químico están asociadas con regiones que, tienen temperaturas medias altas y precipitación alta que asegura disponibilidad de agua como reactivo y solvente.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico
Temperatura media anual del estado de Querétaro 28°C Precipitación media del estado de Querétaro 570 mm
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Por su resistencia a ser arrastrados es factible hacer una clasificación simple.
Cohesivo. Mezcla de arcillas (coloides), limos y ocasionalmente arena su límite superior es de 2 mm (clasificación del Departamento de Agricultura de EE.UU. La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelo finos (arcillas y limos)
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
No cohesivo. Existen dos perspectivas: 1. Principales características de un sedimento no cohesivo (partículas que forman el sedimento) Densidad y peso específico Tamaño Forma Velocidad de caída
3. Propiedades de los Sedimentos.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
2. Considerando las propiedades de un conjunto de partículas Relaciones entre pesos y volúmenes
3. Propiedades de los Sedimentos.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
El peso específico (ϒs) de la fase sólida de una partícula se define como el cociente de su peso en materia sólida (Ws) y el volumen de sólidos (Vs)
Al dividir entre g ambos miembros de la ecuación anterior, se obtiene la densidad o masa específica de la fase sólida de la partícula, ρs, esto es ,
𝜌𝑠 =𝛾𝑠𝑔=
𝑊𝑠
𝑔 𝑉
𝛾𝑠 = 𝑊𝑠
𝑉𝑠
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
La densidad de una partícula depende de la densidad de los minerales de los cuales está compuesta. Aproximadamente el 95% de la parte superior de la corteza terrestre está formada por granito. El granito está formado por feldespato y cuarzo, por acción química el feldespato se convierte en arcilla, el cuarzo es más resistente. Esto último explica que los materiales aluviales contienen un alto porcentaje de cuarzo, por ello y para propósitos prácticos se puede suponer que la densidad de las partículas sedimentarias es:
𝑆𝑠 =𝜌𝑠𝜌=𝛾𝑠𝛾= 2.65
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
De donde se obtiene que su peso específico es:
𝛾𝑠 = 𝛾 𝑆 = 2650 𝑘𝑔𝑓
𝑚3
Y en el Sistema Internacional de medición,
𝛾𝑠 = 25 996.5𝑁
𝑚3 = 25.9965 𝑘𝑁
𝑚3
Densidad relativa de algunos minerales,
Mineral Ss Mineral Ss
Feldespato 2.54 - 2.76 Granate 3.50 – 4.30
Cuarzo 2.60 – 2.70 Coridón 4.02
Biotita 2.70 – 3.20 Zircón 4.68
Moscovita 2.76 – 3.10 Hematites 5.26
Serpentina 2.20 – 2.65 Magnetita 5.00 - 5.20
Calcita 2.72 Pirita 5.02
Dolomita 2.85 Cuprita 6.00
Anhidrita 2.89 – 2.98 Casiterita 6.80 – 7.10
Fluorita 3.18 Galena 7.40 -7.60
Limonita 3.60 – 4.00
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Luego el peso específico de la materia sólida sumergida es:
𝛾′𝑠 = 𝛾𝑠 − 𝛾
En tanto el peso específico relativo de la materia sólida sumergida, es:
∆= 𝑆′𝑠 = 𝑆𝑠 − 1 =𝜌𝑠 − 𝜌
𝜌=𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Distribución de los tamaños de las partículas.
El tamaño de la partícula suele definirse en términos de su volumen o de su velocidad de caída, o por el tamaño de la abertura de la malla de una criba.
De acuerdo con varios autores el tamaño de la partícula está basado en alguna de las definiciones siguientes:
Diámetro nominal
Diámetro de una esfera de igual volumen que una partícula
𝐷𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 6
𝜋 𝑉𝑝
1/3
Donde Vp: volumen de la partícula
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Diámetro de cribado.
Tamaño de la abertura de la malla por la cual pasa la partícula. Se utiliza para definir partículas mayores de 0.062 mm (arenas y gravas)
En partículas naturales (que muestran desgaste o redondez) se ha encontrado que el diámetro de cribado es ligeramente menor que el nominal, Dcribado = 0.90 Dnominal
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Diámetro de sedimentación o equivalente.
El diámetro de una esfera que tiene igual densidad y velocidad de caída que la partícula de que se trata, al caer ambas en el mismo líquido y a la misma temperatura.
Dimensiones triaxiales.
Las dimensiones triaxiales se utilizan preferentemente para especificar el tamaño de partículas gruesas o fragmentos rocosos.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Clasificación por tamaño.
Propuesta de la American Geophysical Union
Grupo
Clase
Tamaño en mm
Bolos
Bolos muy grandes
2048-4096
Bolos grandes
1024-2048
Bolos medianos
512-1024
Bolos pequeños
256-512
Cantos
Cantos grandes
128-256
Cantos pequeños
64-128
Gravas
Grava muy gruesa
32-64
Grava gruesa
16-32
Grava mediana
8.0-16
Grava fina
4.0-8.0
Grava muy fina
2.0-4.0
Arenas
Arena muy gruesa
1.0-2.0
Arena gruesa
0.5-1
Arena mediana
0.25-0.5
Arena fina
0.125-0.25
Arena muy fina
0.062-0.125
Limos
Limo grueso
0.031-0.062
Limo mediano
0.016-0-031
Limo fino
0.008-0.016
Limo muy fino
0.004-0.008
Arcilla
Arcilla gruesa
0.002-0.004
Arcilla mediana
0.001-0.002
Arcilla fina
0.0005-0-001
Arcilla muy fina
0.00024-0.0005
La clasificación indica una frontera natural, se ha observado que 0.062 mm es el tamaño máximo que puede tener una partícula para caer dentro del agua siguiendo la ley de Stokes.
El tamaño de las partículas sedimentarias se obtiene por lo regular midiendo en forma directa los fragmentos rocosos, cribando gravas y arenas, y sedimentando limos y arcillas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Forma
Las partículas sedimentarias pueden asumir un sinnúmero de formas, lo que dificulta su clasificación.
Factor de forma. Según algunos investigadores es el parámetro más adecuado para estudiar el efecto de la forma sobre la velocidad de caída,
𝑆𝐹 = 𝑐
𝑎𝑏
Donde, a,b y c son las dimensiones triaxiales de las partículas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Esfericidad.
𝜀 =𝑉𝑝𝑉𝑠
1/3
Donde: Vp: volumen de la partícula Vs= volumen de la menor esfera que la circunscribe
Si se conoce el diámetro nominal y la mayor de sus dimensiones triaxiales puede usarse la expresión,
𝜀 = 𝐷𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑎
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Krumbein en términos de las dimensiones triaxiales de la partícula definió la esfericidad como
𝜀 = 𝑎
𝑏
2 𝑐
𝑏
1/3
La esfericidad promedio de las partículas naturales o sedimentarias varía entre 0.60 y 0.85.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Con los valores de las proporciones b/a y c/b Zingg (1935) clasifica las partículas en discos, láminas, rollos y esferoides, construyendo tal clasificación de manera gráfica así:
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Redondez.
Si se considera el área que proyecta una partícula en su posición más estable, el índice de redondez puede definirse como el cociente del radio promedio de curvatura del contorno de la superficie proyectada entre el radio del círculo máximo que puede inscribirse en el área proyectadas.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
La expresión general para la estimación de la velocidad de caída de una partícula esférica es:
𝜔 =4
3 1
𝐶𝐷 𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾𝑔 𝐷
12
Donde: ϒs: peso específico de la fase sólida de la partícula ϒ : peso específico del líquido en que cae g: aceleración de la gravedad D: diámetro de la partícula Cd: coeficiente de arrastre (adimensional)
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
El coeficiente de arrastre (CD) se obtiene en forma iterativa con la figura siguiente, previa estimación del número de Reynols de la partícula
𝑅𝜔 = 𝜔 𝐷
𝜐
Donde: 𝜐: viscosidad cinemática del líquido ω: está en unidades de L T-1
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
El procedimiento para estimar la velocidad de caída de una partícula esférica de diámetro y densidad conocidos es: 1. Suponer un valor de Cd 2. Calcular ω con la expresión anotada líneas arriba 3. Calcular Rω con la expresión anotada líneas arriba 4. Determinar el nuevo valor de Cd con la figura anterior 5. Repetir los pasos 2 a 4 hasta que el Cd obtenido en 4 sea igual al utilizado en 2
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Ejemplo. Determina la velocidad de caída de una partícula de cuarzo cuyo tamaño es 0.346 mm. La temperatura es de 18 °C
Respuesta. D = 0.346 mm = 0.000346 m ϒs= 2650 kgf/m3
En seguida deben obtenerse los valores de la viscosidad cinemática y el peso específico del agua.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
ν = 1.057 x 10 6 m2/s ϒ = 998.60 kgf/m3
Iteración 1 Suponiendo CD = 10
𝜔 =4
3 ∗
1
10 2650 − 998.6
998.69.81 ∗ 0.000346
12
ω= [(0.133333) * (1.6537) * 3.39426 x 10 -3] 1/2
ω= 0.027357 𝑚/𝑠
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
𝑅𝜔 = 𝜔 𝐷
𝜐=
0.027357∗0.000346
0.00000105725 = 8.9529
CD = 4.5
Iteración 2 Con CD = 4.5
𝜔 =4
3 ∗
1
4.5 2650 − 998.6
998.69.81 ∗ 0.000346
12
ω= [(0.296296) * (1.6537) * 3.39426 x 10 -3] 1/2
ω= 0.04078 𝑚/𝑠
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
𝑅𝜔 = 𝜔 𝐷
𝜐=
0.04078∗0.000346
0.00000105725 = 13.34647
CD = 3.5
Luego de mas iteraciones CD = 2.96 Rω = 14.456 ω = 0.050284 m/s
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Ecuación de Stokes
En la figura Rω vs CD se observa una línea recta que corresponde a la zona de régimen laminar, en la que
𝐶𝐷 =24
𝑅𝜔
Esta ecuación es la solución de Stokes que es válida para valores de Rω ≤ 0.1
Sin embargo para fines prácticos se considera válida para Rω< 1.0
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Si se sustituye 𝐶𝐷 =24
𝑅𝜔
𝑅𝜔 = 𝜔 𝐷
𝜐
𝜔 =4
3 1
𝐶𝐷 𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾𝑔 𝐷
12
Y se considera la expresión para el cálculo del número de Reynolds
En la expresión general de velocidad de caída
Se obtiene la ecuación de Stokes para determinar la velocidad de caída de partículas esféricas.
𝜔 = 1
18 𝜐
𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾 𝑔 𝐷2
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Por otra parte si Rω< 800 el valor de CD puede estimarse con la expresión empírica propuesta por Schiller et al
𝐶𝐷 =24
𝑅𝜔1 + 0.150 𝑅𝜔
0.687
Si el número de Reynolds se encuentra en el intervalo 1000<Rω< 10000 se puede considerar CD constante e igual a 0.4.
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Partículas naturales.
Ecuación de Rubey.
𝜔 = 2
3
𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾𝑔 𝐷 +
36 𝜐2
𝐷2
12
−6𝜐
𝐷
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Partículas naturales.
Ecuación de Rubey.
𝜔 = 2
3
𝛾𝑠 − 𝛾
𝛾𝑔 𝐷 +
36 𝜐2
𝐷2
12
−6𝜐
𝐷
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
3. Propiedades de los Sedimentos.
Velocidad de caída.
Partículas naturales.
Diagrama de la Inter-agency Committee on Water Resources
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Referencias Bibliográficas. • Charlton R. (2008), Fundamentals of fluvial geomorphology, Routledge Taylor an Francis Group. 234 pp. • Diccionario Enciclopédico Vox 1. © 2009 Larousse Editorial, S.L. en: http://es.thefreedictionary.com/diag%C3%A9nesis • García F.M., Maza A. J.A. (1998) Origen y Propiedades de los Sedimentos. Capítulo 7 del Manual de Ingeniería de ríos . Series del
Instituto de Ingeniería, UNAM. 601. 111 pp. • Huggett R.J (2007), Fundamentals of Geomorphology, Routledge Taylor an Francis Group. 458 pp.
Sitios en la WWW Definición abc www.definicionabc.com/medio-ambiente/ecosfera.php Docsetools http://docsetools.com/articulos-utiles/article_106261.html Geología General http://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap05.htm Glosarios http://glosarios.servidor-alicante.com/geografia-fisica/gelivacion Index of /geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/limites.pdf Word reference http://www.wordreference.com/definicion/hidrólisis
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Referencias Bibliográficas.
Sitios en la WWW JMRomero http://www.jmromero.com/rondaoriental/yangshuo-extraordinaria-belleza-carstica Origen de las palabras http://etimologias.dechile.net/?intemperismo Oilfield Glosary en Español http://www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/c/connate_water.aspx Petroblogger http://www.ingenieriadepetroleo.com/agua-connata.html The free dictionary http://es.thefreedictionary.com/sedimento
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Enriq
ue A
. Sán
chez
Cam
acho
Orígenes y Propiedades de los Sedimentos
Curso Básico de Hidráulica Fluvial
Enrique A. Sánchez Camacho Julio 20 2015
Por su atención gracias.