Flujos
Alumna: Ruth Isabel calisaya chura Código: 2014130288 Ciclo: 4to turno noche
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
ÍNDICE
INTRODUCCION...……………………………… INTRODUCCION...………………………………..……………………… ..………………………………2 ………2 LOS FLUJOS…………………… FLUJOS………………………………………………… ……………………………………………..….3 ………………..….3 FLUJO DE ESCOMBROS………………… ESCOMBROS………………………….……………… ……….…………………………....4 …………....4 FLUJO DE LODO……………………..………………..… LODO……………………..………………..……………...………… …………...…………55 FLUJOS DE DETRITO……………………………………. DETRITO……………………………………..……………....... .……………..........10 ...10 FLUJO DE LOESS……………………… LOESS………………………………………………… ………………………………………15 ……………15 FLUJO RAPIDO…………………………………………… RAPIDO…………………………………………………………………16 ……………………16 AVALANCHA DE ESCOMBROS………………………………………….…..16 o Fo!"#$%& '( )" "*")"&#+"……………………………………….…..1, "*")"&#+"……………………………………….…..1, o T"&-o/(…………………………………………..……………….…..1, o D(o-$/"#$%&…………………...…………………… D(o-$/"#$%&………………… ...…………………………………….….1, ……………….….1,
INTRODUCCIN El fenóme fenómeno no de eros erosión ión en masa masa incluy incluye e el despr despren endim dimien iento to,, trans transpor porte te y depositación de grandes masas de suelo, por acción del agua. Las masas en movimiento se comportan como un fluido pero su comportamiento es diferente al de los flujos de sedimentos, especialmente debido a la alta concentración de sólid sólidos. os. A estos estos movimi movimien entos tos se les les denomi denomina na gené genéric ricame amente nte como como flujo flujos s o avalancha.
GEOLOGIA 1
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
LOS FLUJOS En un flujo existen movimientos relativos de las partículas o bloues peue!os dentro de una masa ue se mueve o desli"a sobre una superficie de falla. Los flujos pueden ser lentos o r#pidos, así como secos o h$medos y los puede haber de roca, de residuos o de suelo o tierra. Los flujos muy lentos o extremadamente lentos pueden asimilarse en ocasiones a los fenómenos de reptación y la diferencia consiste en ue en los flujos existe una superficie f#cilmente identificable de separación entre el material ue se mueve y el subyacente, mientras en la reptación la velocidad del movimiento disminuye al profundi"arse el perfil, sin ue exista una superficie definida de rotura.
GEOLOGIA 2
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA La ocurrencia de flujos est# generalmente, relacionada con la saturación de los materiales subsuperficiales. Algunos suelos absorben agua muy f#cilmente y la saturación conduce a la formación de un flujo. Algunos flujos pueden resultar de la alteración de suelos muy sensitivos, tales como sedimentos no consolidados.
1. FLUJO DE ESCOMBROS Estos ocurren cuando masas de roca, tierra o escombros bajan por un declive. Los derrumbes de tierra pueden ser peue!os o grandes y pueden moverse a bajas o a muy altas velocidades. %on activados por tormentas, terremotos, erupciones volc#nicas, incendios y por la modificación del terreno hecha por el hombre. Los flujos de escombros es un tipo de desli"amientos formado por una me"cla de roca saturada de agua y suelo h$medo. %e denomina a veces como un lahar&procedentes de una volc#n' o como tierra corriente o flujos de lodo el desli"amientos de residuos parecen hormigón fluido esta característica puede conducir a la formación de diues en los m#rgenes de flujos de escombros sin restricción como los m#rgenes .
GEOLOGIA 3
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
F)o '( E-#o!o Vo)#&$#o L" C+$#" En reconocimiento de campo reali"ado en el l sitio se observa bloues de lava volc#nica mayores ue ( m de di#metro, escoria, arena y ceni"as sueltas movili"ada por eventos lluviosos ue obstaculi"an temporalmente el camino de %an )arcos * Altagracia. +ipos de flujos de acuerdo a las caracteiastic as de la me"cla y el canal
2. FLUJO DE LODO
GEOLOGIA 4
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
Los flujos de lodo generalmente consisten de altas concentraciones de partículas finas &limos y arcillas', aunue también transportan grandes bloues o cantos de roca. e hecho el fluido se comporta como un -slurry homogéneo con una onda frontal y una serie de pulsaciones &/igura 0.0'. e acuerdo a experimentos de 1an y 2hien &0.343', un fluido se convierte en un -slurry homogéneo a una concentración de partículas finas de solamente 35 6g7m8. A medida ue la concentración aumenta la estructura de los sedimentos se flocula r#pidamente y la viscosidad aumenta en forma fuerte form#ndose una especie de cohesión de la me"cla suelo*agua. Al formarse el slurry de partículas finas y agua este se comporta como un flujo no* 9e:toniano, del tipo conocido como fluido ;ingham. 2uando el contenido de partículas finas es bajo, puede ocurrir un flujo viscoso continuo en el cual no se formauna parte frontal ni ocurren pulsaciones y se asemeja m#s al modelo de fluido 9e:toniano de )anning
M(#&$#" '() !o*$!$(&/o Estos flujos fueron descritos por
' como una serie de ondas tanto en planta como en perfil. %on flujos viscosos y se caracteri"an por pulsos intermitentes. ?n evento puede incluir desde 05 hasta cientos de esos
GEOLOGIA 5
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA pulsos. A medida ue avan"a cada onda, esta va adhiriendo nuevos depósitos y se vuelve m#s delgado y m#s lento. @osteriormente viene la segunda onda, luego la tercera y así sucesivamente. El periodo de estos flujos intermitentes varía de 05 a >5 segundos y sus longitudes varían de 5 a 855 metros. El frente del flujo intermitente generalmente es alto y empinado, consiste principalmente de grandes bloues de roca y presenta com$nmente la mayor amplitud del flujo. Este frente es llamado en el oriente -cabe"a del dragón, y se le conoce en la literatura de habla inglesa con el nombre de -%nout &trompa'. +iene generalmente una forma de lengua convexa con una fuerte pendiente &/igura 0.('. El flujo viscoso salpica lan"ando sedimentos hacia arriba y el movimiento genera un ruido muy intenso ue puede incluso hacer temblar la tierra. ebido a su alta velocidad y gran inercia los flujos viscosos se superelevan en forma importante en las curvas e incluso puede ascender pendiente arriba en algunos sitios hasta alturas superiores a 05 metros. 2uando un flujo viscoso encuentra un obst#culo, su energía cinética se transforma en energía potencial y se levanta hasta alturas, de acuerdo a la fórmulaB
óndeB ?c C Delocidad de la parte frontal del flujo
F)o *$-#o-o (& )"- #*"En el extradós de las curvas la superficie del flujo se levanta en forma importante debido a la fuer"a centrífuga, la cual se convierte en fuer"a hacia arriba, en un
GEOLOGIA 6
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA proceso de colisión entre partículas. Esta sobre*elevación en las curvas es utili"ado como par#metro para calcular la velocidad del flujo &'. La velocidad promedio del flujo se puede obtener de la siguiente expresiónB
/igura 0.0
GEOLOGIA 7
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
/igura 0.(
ondeB
D(o-$/"#$%& En los canales anchos o al desbordarse el flujo se forman depósitos laterales alargados al lado del canal. En esta forma el flujo va depositando sedimentos a lo largo de su recorrido. =epresentación ideali"ada de un flujo viscoso mostrando las diferentes ondas& '
GEOLOGIA 8
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
La depositación final del flujo viscoso mantiene la estatura din#mica de su movimiento creando filas de islas o dunas ue son paralelas a la dirección del flujo, las cuales pueden tener forma de lengua. 2om$nmente, tiene una superficie ligeramente convexa, así como un frente empinado. urante la sedimentación no ocurre clasificación de los sedimentos y las partículas se mueven como una masa integral. La velocidad de depositación es muy peue!a. ?n ejemplo de flujo de lodo fue la avalancha del río @#e" en 2olombia, en 033>
GEOLOGIA
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
3. FLUJOS DE DETRITO
En los flujos de detritos los sedimentos controlan totalmente el flujo y el componente agua es menos importante. El movimiento de los flujos de detritos se le puede relacionar generalmente con -flujo turbulento de granos. Este mecanismo no reuiere de la presencia de una fase líuida o gaseosa y el movimiento se produce por transferencia de momentum al colisionar las partículas o bloues ue se mueven. %u comportamiento se aleja del modelo hidr#ulico típico. Los flujos son no* viscosos y son generalmente flujos turbulentos de dos fases. La fase líuida es un slurry consistente en agua y partículas finas y la fase propiamente sólida son las partículas gruesas. Las partículas gruesas ruedan y saltan con velocidades mucho menores ue las del slurry y se puede escuchar el ruido de golpeo de las partículas unas con otras, con ondas superficiales y salpicaduras, se observa claramente la turbulencia del flujo.
GEOLOGIA 1!
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
M(#&$#" '() !o*$!$(&/o El flujo de detritos generalmente ocurre en "onas de alta pendiente e involucra concentraciones altas de material sólido, principalmente de partículas gruesas y bloues. ebido a las altas pendientes del flujo de detritos se pueden transportar f#cilmente partículas o bloues de gran tama!o a alta velocidad. Los flujos de detritos son extremadamente destructivos, debido a las fuer"as de impacto de los grandes bloues. La m#xima velocidad registrada en 2hina para flujos de detritos es de 08.> m7s. pero se reporta ue se pueden alcan"ar velocidades hasta de (5 m7s. En algunos trabajos se mencionan velocidades &no medidas' hasta de 8 m7s .Aunue los flujos de detritos contienen partículas m#s gruesas, mayores concentraciones, mayores pesos específicos y menores cantidades de agua, la mec#nica del movimiento en algunos aspectos es similar a los de los flujos hiperconcentrados. En ocasiones el movimiento es intermitente, como en los flujos de lodos, pero la
GEOLOGIA 11
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA amplitud de la onda es relativamente peue!a &(5 a 5 cm' y usualmente el flujo no es completamente interrumpido entre las ondas. La velocidad es mayor al aumentar la pendiente del canal y la velocidad disminuye al aumentar la concentración de sólidos.
D(o-$/"#$%& Al disminuir la velocidad del flujo, la avalancha trata de desacelerar, aumentar de espesor y finalmente parar. Este proceso puede ocurrir por la disminución de la pendiente, al aumento del ancho del canal o la presencia de obst#culos ue aumenten la resistencia al flujo.
GEOLOGIA 12
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
2uando ocurren ampliaciones o cambios significativos en el cauce se puede producir depositación de las partículas m#s gruesas. A medida ue se depositan m#s materiales se forma una especie de diues ue hacen levantar el flujo, aument#ndose el proceso de depositación.
GEOLOGIA 13
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
2uando el cambio en el ancho del cauce es muy fuerte, o se presenta una disminución
fuerte de la pendiente
del cauce, la velocidad disminuye
abruptamente y se deposita la mayoría del material sólido, formando abanicos o barras de grandes bloues. @rimero se depositan las partículas de mayor tama!o, mientras las partículas finas tratan de recorrer una distancia mayor antes de producirse la sedimentación y puede ocurrir ue las partículas en suspensión recorran caminos de muchos 6ilómetros después de ue las partículas grandes se depositaron. Feneralmente los flujos de detritos corren a lo largo de ca!ones estrechos y cuando encuentran un #rea m#s amplia tratan de detenerse, formando abanicos de depositación, los cuales pueden sepultar #reas relativamente extensas. +a6ahashi &0330' desarrolló modelos matem#ticos para representar el proceso de depositación de flujos de detritos con base en la evaluación de las fuer"as de gravedad, momentum del flujo antes del cambio de pendiente, las fuer"as hidrost#tica y de presión de tierras, la fricción en el fondo y los esfuer"os producidos por la turbulencia y viscosidad del fluido.
GEOLOGIA 14
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
4. FLUJO DE LOESS Lo forman depósitos de limo originados por la deposición de partículas con tama!os ue van desde los 05 a los 5 micrómetros y ue son transportadas por las tormentas de polvo a lo largo de miles de a!os. Es de color amarillento y carece
de
estratificación.
por silicatos &cuar"o, feldespato,
Est#
formado
etc.', carbonato
de
principalmente
calcio &procedente
de
roca cali"a, dolomía, etc.', finísimos detritos org#nicos y minerales del grupo de las arcillas. 2onstituyen un suelo de labor muy fértil y profunda. En regiones de clima #rido se forman sus depósitos donde la vegetación es abundante y facilita su fijación. En las regiones de clima frío el polvo ha sido arrancado de los bancos de limo fluvioglaciares y luego abandonado sobre el manto de nieve de las regiones peri glaciares. Este fenómeno, al proseguirse durante los períodos glaciares del cuaternario, ha dado lugar a la formación de grandes depósitos de hasta 855 m de espesor en la gran llanura europea, cuya "ona
m#s
fértil
lo
es
precisamente
por
estar
formada
por
loess.
Gtras llanuras donde es típico el loess son las del norte de 2hina, por ejemplo en la
la
Hmeseta
de loessH
del Iunyuan en
la
provincia
de %hanxi &donde
el loess suele tener el color amarillo ue da al río Amarillo' y en la @ampa h$meda ArgentinaJ en tales regiones tal fértil substrato suele ser acompa!ado por un cultivo tipo dry farming para obtener óptimas cosechas de cereales. En ciertas partes de estas regiones el agua ha disuelto y arrastrado a lo largo del tiempo
la
materia calc#rea de
la
capa
superior
de
estos
descarbonat#ndolos y convirtiéndolos en lehm. Las partículas m#s gruesas son las arenas ue forman arenales.
5. FLUJO RPIDO GEOLOGIA 15
depósitos,
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA ?n flujo de tierra es un flujo viscoso pendiente debajo de los materiales de grano fino ue se han saturado con agua , y se mueve bajo la fuera"a de la gravedad 2uando los materiales del suelo se saturan con agua suficiente ue comen"ara a fluir . su velocidad puede variar desde ser apenas perceptible de movimiento r#pido . la velocidad del fluj6o es dictada por el contenido de agua .
6. AVALANCHA DE ESCOMBROS En el caso de avalanchas de materiales saturados cuando las concentraciones de sedimentos exceden un cierto valor crítico, o la disponibilidad de agua disminuye la concentración, las propiedades del flujo cambian en forma significativa no solamente en cuanto a las características del flujo sino también en la forma como los sedimentos son transportados. ?n flujo de detritos puede convertirse en flujo hiperconcentrado al disminuir la concentración de partículas sólidas o el flujo
GEOLOGIA 16
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA hiperconcentrado puede convertirse en flujo de detritos al aumentar la concentración.
E/""- '() )o %e pueden diferenciar tres etapas en un proceso d avalanchaB
". Fo!"#$%& '( )" "*")"&#+" Al ocurrir un evento anómalo como Lluvias extraordinarias, sismos fuertes o deshielos r#pidos se pueden generar procesos de desli"amiento o erosión, los cuales producen una concentración de sedimentos o partículas sobre las laderas o cauces. Las masas ue se sueltan pueden estar saturadas o puede haber aporte adicional de agua de acuerdo a las características del proceso activador. La concentración de sedimentos sueltos sobre una pendiente fuerte propicia su movimiento.
. T"&-o/( En la etapa de avalancha propiamente dicha, la velocidad y el caudal aumentan bruscamente como en una especie de onda. En este proceso pueden incorporarse al flujo nuevos sedimentos por 2orrasión y arrastre o por aportes de desli"amientos, corrientes de agua u otras avalanchas. En esta etapa el flujo puede comportarse como flujo de lodos, hiperconcentrado o de detritos, de acuerdo a la composición, concentración y velocidad. espués de esta primera avalancha pueden venir otras ondas de menor o mayor amplitud.
#. D(o-$/"#$%& Al disminuir la pendiente o aumentar el ancho del canal ocurre una disminución de la velocidad o frenado de la avalancha. La energía cinética disminuye y se produce sedimentación de las partículas.
GEOLOGIA 17
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA
Mo*$!$(&/o '( )" #"7" '( o&'o El movimiento de partículas muy gruesas en el fondo del cauce es esencialmente el movimiento de partículas empujadas por un -%lurry. El slurry se diferencia del agua limpia en los siguientes aspectos &2hien y 1an, 0333'B 0. El peso específico del slurry es mayor ue el del agua limpia, por lo tanto la fuer"a de arrastre en la dirección del flujo es mayor, como también es mayor la fuer"a de flotación. (. La viscosidad del slurry es mayor. @or lo tanto una ve" las partículas son incorporadas al flujo, su velocidad de sedimentación es menor ue en agua limpia. 8. La turbulencia es menos intensa en un slurry ue en agua limpia, por lo tanto la resistencia a flujo con una superficie rugosa es menor, debido a ue la subcapa laminar es m#s gruesa y por lo tanto la rugosidad relativa es menor. El efecto sumado de los tres factores anteriores hace ue la capacidad de carga de fondo de un slurry es mayor ue el del agua limpia. El tama!o m#ximo de partículas ue pueden ser movidas por un slurry es generalmente, decenas de veces mayor ue auellas para agua limpia, y entre mayor sea la viscosidad efectiva del slurry y menor la velocidad de flujo, es mayor esta relación. En 2hina se han anali"ado casos de flujos hiperconcentrados con capacidad de arrastre de carga de fondo hasta 4K veces mayor ue la de un flujo normal.
E) /"&-o/( '( 7"&'(- )o8( Algunos testigos de avalanchas describen el transporte de grandes cantos o bloues de roca flotando como corchos encima de flujoJ este fenómeno ha sido reportado en innumerables ocasiones. El fenómeno es explicado dentro de un modelo de fluido dilatante como el de una fuer"a dispersiva, debida a la colisión de
GEOLOGIA 18
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS-TACNA una gran cantidad de partículas sobre la superficie del bloue &/igura .0>'. Gtra explicación hace un paralelo con la fuer"a hidrodin#mica o -surfingue sostiene los aviones en el aire o los surfeadores sobre las olas del mar. La velocidad con ue transitan estos grandes cantos es menor ue la velocidad del slurry.
F$##$%& (&/( () )o 9 )" -($#$( '() /((&o e trabajos reali"ados en 2hina por 2hien y 1an &0.333' se obtienen las siguientes conclusionesB
GEOLOGIA 1
