RESUMEN (TEMA11) 1 LA SEDIMENTACIÓN La sedim sediment entac ación ión es el proce proceso so de acumu acumulac lación ión de los los sedime sediment ntos os que que ha sido sido erosio erosiona nado do,, transportado y depositado en una cuenca. Los mecanismos de transporte principales son, el agua y el viento.
1.1
TIPO IPOS DE SEDI EDIMENTACIÓN Existen diferentes tipos de acumulación de sedimentos entre los cuales se encuentran:
1.1. 1. 1.11 De part partíc ícul ulas as dsc dscre reta tass Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baa concentración de sólidos.
1.1.! "l#cule$ta Es cuando existe una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan, o flocula, durante el proceso de sedimentación.
1.1. 1.1.%% Re Reta tard rdad adaa # &#$a &#$all Se denomina a todas aquellas aquellas suspensiones de concentración intermedia, intermedia, en las que las fuer!as entre partículas son suficientes para interrumpir la sedimentación de las partículas vecinas.
1.1. 1.1.'' De c# c#p pres res $ Este tipo de sedimentación se refiere aquellas partículas que se encuentran concentradas de tal manera que se forma una estructura.
!
PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS Las principales propiedades de los sedimentos son:
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Taa*#
La propiedad m"s importante de un sedimento es su tama#o, por la cual, es la propiedad que los caracteri!a. Los tamices clasifican las partículas en base a su dimensión del "rea de la sección menor. La escala m"s usada para describir el tama#o de las partículas es la escala de $dden%&ent'orth.
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"#ra
Es la relación relación que existe a, a, b y c( es decir entre los los tres ees ees de la partícula. partícula. )onde )onde a* es el largo, largo, b* la anchura y c* el espesor. La propuesta por +ingg -/0*, utili!a las relaciones axiales de las partículas. Es en base a la relación entre los ees a, b y c* del clasto ploteando: b1a y c1b*.
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Es+ercdad
Es la medida del grado grado al que se aproxima aproxima una partícula partícula a la forma de una esfera. esfera. )efiniendo )efiniendo el comportamiento din"mico de la partícula Sneed Sneed y 2ol3 propusieron propusieron una medición medición de la esfericid esfericidad ad por medio de la esfericid esfericidad ad efectiva efectiva de sedimentación que consiste en la relación entre la sección transversal de la esfera de igual volumen que la partícula dividida por su "rea proyectada m"xima.
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Red#$de&
Es el grado de curvatura que presentan las aristas de la partícula. )epende del tama#o y la resistencia mec"nica de los granos y en general, aumenta con el transporte. Los grados de redonde! son los siguientes: A$,ul#s# (A)- 4oca o ninguna prueba de desgaste. Sua$,ul#s# (SA)- los fragmentos mantiene todavía la forma primitiva, pero las aristas y los v5rtices han sido redondeado a cierto grado. Sured#$dead# (SR)- 6uestran considerable desgaste, pero mantiene todavía la forma primitiva del grano. Red#$dead# (R)- 7odas las aristas y los v5rtices originales han sido pulido hasta curvas suaves y amplias . /e$ red#$dead# (/R)- La superficie consta totalmente de curvas amplias.
&adell -/8*, definió la redonde! matem"tica como la media aritm5tica de la redonde! de las esquinas individuales del grano en el plano de medición.
!.0
Teturas Super+cales
Se denominan texturas superficiales a los rasgo menores de la superficie de una partícula. 9ndependiente de su tama#o. 2orma o su redonde!. Las texturas superficiales son varias pero se pueden agrupar en dos categorías:
!.0.1
El lustre # despuld#
Es el grado de brillo de la superficie. Esta propiedad depende de la regularidad de la reflexión. La dispersión o difusión de la lu! produce una superficie mate. El lustre puede ser producido mec"nicamente por atrición suave o desgaste en especial si el agente es de grano fino.
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Las estrías
Las estrías son ralladuras finas recta o casi recta que est"n en bao relieve en la superficie en que se aparecen.
!.2
"3rca
La f"brica es la propiedad que se relaciona con la orientación o la falta de ella de los elementos que componen una roca. La determinación de la f"brica se hace a partir orientación espacial de ees de los individuos.
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Epa5ue
El empaque consiste en la disposición y el arreglo de las unidades solidas en que cada componente se sueta, y se mantiene en su lugar dentro del campo gravitacional de la tierra por el contacto tangencial con sus vecinos.
!.6
7rad# De Selecc$
Se refiere al grado de variación del tama#o de las partículas, y est" relacionado con las características del medio de transporte y con la distancia. 4ara referirse a esta propiedad, se utili!an los siguientes t5rminos: Mu8 e$ selecc#$ad#- Los clastos varían de - a 8 grados de la escala granulom5trica. /e$ selecc#$ad#- arían 8 a / grados M#deradae$te selecc#$ad#- / a ; grados Mal selecc#$ad#- < de ; grados.
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P#r#sdad
La porosidad se expresa como la relación entre el volumen de todos los espacio vacío interconectado o no, contenido en el sedimento y el volumen total del sedimento.
!.1:
Perealdad
La permeabilidad regula la facilidad relativa de paso de un fluido a trav5s de sus poros. La permeabilidad est" muy influida por el tama#o de partícula.
%.
DISTRI/UCIÓN 7RANULOM;TRICA DE LOS SEDIMENTOS EN EL "ONDO O LEC
%.1 Lec=# pla$#
Sin transporte de sedimentos: Se caracteri!a principalmente por la poca resistencia al fluo y de aquí el poco transporte de sedimentos. Es propio de lechos que soportan poco caudal.
%.! Lec=# r&ad# Est" caracteri!ado por ondulaciones que resaltan por encima del nivel del lecho, llamados ri!os( los cuales son peque#as formas con una pendiente alta, aguas abao y suave en la parte aguas arriba.
%.% C#$+#rac$ de Du$as Las dunas son formas triangulares, pero de mayor longitud y altura que los ri!os, sus dimensiones pueden ser del orden de =.=> a 8; m, para la altura y de =.> a -.=== m. de largo
%.' A$t du$as
Las anti dunas adoptan aproximadamente una forma de tren de ondas en el lecho del cauce que se manifiesta tambi5n en la superficie del agua.
%.0 R3pd#s 8 Rea$s#s Los po!os o remansos se forman en !onas donde el cauce se hace m"s profundo y estrecho, con un sustrato m"s fino e inestable, sometido a socavación especialmente en aguas baas. En los tramos rectos se van a formar r"pidos, donde el cauce es m"s ancho y existe menos profundidad. ?dem"s de las formas de fondo ya mencionadas, existe otro tipo de configuración que recibe generalmente el nombre de barras. Las barras son formas de fondo que poseen longitudes iguales o mayores al ancho del canal y alturas comparables a la profundidad media del fluo generador. Los diferentes tipos de barra que se presentan se pueden clasificar de la siguiente forma: /arras de pu$ta, se forman adyacentes al lado convexo de las curvas. Su forma puede variar con condiciones cambiantes del fluo, pero no se mueven en relación a la posición de las curvas. /arras alter$adas, las cuales se forman en tramos relativamente rectos de los ríos y tienden a estar distribuidos periódicamente a lo largo del tramo con barras consecutivas, en lados opuestos del canal, movi5ndose lentamente hacia aguas abao. /arras tra$s>ersales, las cuales ocurren tambi5n en canales rectos. @cupan casi el ancho total del cauce y se mueven lentamente hacia aguas abao. /arras trutaras, que ocurren inmediatamente aguas debao de los puntos de confluencia lateral de los canales. •
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)e acuerdo a las formas de fondo que se presenten, el fluo en canales aluviales podr" ocurrir con dos !onas de fluo. Los regímenes y las formas de fondo asociadas a ellos son: - "lu?# $+er#r : la potencia de la corriente es peque#a. Se presentan ri!os, dunas con ri!os superpuestos y dunas. 8 "lu?# super#r : La corriente tiene gran potencia. Se puede encontrar con fondo plano, anti dunas, ondas estacionarias, po!os y r"pidos. La relación entre la potencia de la corriente y el di"metro medio de caída de las partículas que conforman el fondo, es de gran utilidad para predecir las formas de fondo que puedan encontrarse en un cauce cuando estas características sean conocidas. Los an"lisis granulom5tricos con tamices se usan para determinar las fracciones de material grueso como gravas y arenas y los m5todos hidrom5tricos se deben usar para obtener las fracciones de materiales finos como limos y arcillas.
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M;TODO DE ME@ERPETER @ MULLER
La fórmula de 6eyer%4eter y 6Aller se utili!a para evaluar el transporte en la capa de fondo( se utili!a cuando el material es granular ya sea grava o arena y se expresa como:
D$de ?rrastre de la capa de fondo, en toda la sección, en m /1s. d mB ?ncho medio del fondo, m*.
)i"metro medio del material de fondo, en m. ?celeración de la gravedad en m1s 8 B Cugosidad total en el tramo. dm B 7irante medio de la corriente, m* D B ?ncho de la superficie libre, m*. S B 4endiente longitudinal del tramo de río en estudio, m1m*. B Cugosidad de las partículas. mm* FB )ensidad relativa de las partículas sumergidas, adim.*: ?grupando los par"metros que permanecen constantes para un tramo dado de río, y aceptando que de acuerdo a lo explicado en la fórmula de Engelund, la ecuación de 6eyer%4eter y 6Aller se puede escribir como:
0. TRANSPORTE DE LOS SEDIMENTOS EN SUSPENSIÓN Las partículas de materia sólida que son barridas por la corriente turbulenta de un río constituyen el material en suspensión. Este proceso de transporte est" controlado por dos factores: la turbulencia del agua y la velocidad de caída de cada grano individual. La velocidad de caída es la relación que eventualmente alcan!a un grano cuando la aceleración causada por la gravedad se equilibra con la resistencia del fluido a trav5s del cual est" cayendo el grano. En este caso el fluido es el agua. Sí se dea caer un grano de arena en un estanque tranquilo, se asentar" hacia el fondo a una velocidad siempre creciente hasta que la fricción del agua sobre el grano equilibre este grado de incremento( despu5s se asentar" el grano a una velocidad constante, que es su velocidad de caída. Si se introduce una fuer!a que iguale o exceda esta velocidad, se logra mantenerlo en suspensión. La velocidad de caída aumenta con el tama#o de la partícula, suponiendo que su forma general y densidad permanecen iguales. Guanto m"s grande es una partícula, m"s turbulento deber" ser el fluo que se necesita para mantenerla en suspensión( y puesto que la turbulencia aumenta con la velocidad de fluo, resulta que la cantidad m"s grande de material es movida durante la 5poca de avenidas, es decir, cuando las velocidades y la turbulencia son mayores, de manera que solamente en unas cuantas horas o muy pocos días durante la 5poca de inundaciones, una corriente transporta m"s material que durante períodos de fluo bao o normal mucho m"s largos.
2.1 Tra$sp#rte de sede$t#s s#re el +#$d# Los principales medios de transporte de fondo son por rodadura donde el sedimento gira sin levantarse del fondo, por arrastre donde el material transportado se arrastra en dirección a la corriente y tambi5n est" por saltación que en este caso los sedimentos saltan de un lugar a otro en dirección a la corriente. El caudal sólido de fondo se calcula mediante formulaciones empíricas en función de la tensión de fondo. El módulo de transporte de sedimentos por carga de fondo incluye las siguientes formulaciones: $mbral de movimiento de Shields 2ormulaciones para caudal sólido de fondo Gorrección por pendiente de fondo en inicio del arrastre tensión crítica en talud* Gorrección por pendiente de fondo en transporte sólido magnitud y dirección* Separación de tensiones de Einstein por formas de fondo y grano Gondiciones de contorno tipo sedimentograma caudal sólido de fondo variable en tiempo* Gondición de cota de fondo no erosionable puntos fios*
0.
CAR7A TOTAL DE LOS SEDIMENTOS
La determinación de la capacidad de transporte de sedimentos en un cauce aluvial, denominada carga total( implica el c"lculo de dos tipos de carga sedimentológica identificadas como: la carga del material del lecho y la carga de lavado. La carga del material del lecho est" compuesta por materiales cuyo movimiento se reali!a por procesos difusivos asociados con la turbulencia de la corriente y sus características físicas corresponden a la granulometría del lecho. La carga de lavado la componen b"sicamente los materiales m"s ligeros en peso( estos sedimentos tienen una velocidad de asentamiento muy inferior a las fluctuaciones turbulentas de la velocidad de la corriente en el sentido vertical. •
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0.1
Estac$ de la Car,a T#tal
$n m5todo para evitar c"lculos separados de la carga de suspensión y del arrastre de fondo consiste en me!clar todo el sedimento en movimiento y tomar una Hnica muestra de la me!cla.
0.1.1 Muestread#r El calculo de arrastre de fondo se puede efectuar a partir de muestras recogidas por un dispositivo que esta situado por debao del lecho de la corriente durante un tiempo determinado y que luego son extraidas para pasarlas. Existen varios tipos de muestreadores entre ellos tenemos:
0.1.1.1 Muestread#r de Pu$t# El muestreador de punto permanece en un lugar fio de la corriente y toma muestras constantemente durante el tiempo que tarda la botella en llenarse.
0.1.1.! Muestread#r I$te,rad#r de Pr#+u$ddad 4ara tener en cuenta las variaciones en la concentración de sedimentos en diferentes puntos de una corriente, se puede utili!ar un muestreador%integrador, es decir, un muestreador que obtiene una muestra Hnica agrupando peque#as submuestras tomadas en diferentes puntos.
0.1.1.% Muestread#r de /#e# Las muestras se pueden extraer de una corriente por bombeo manual. Sin embargo, se ha dispuesto de muestreadores autom"ticos que pueden introducir por bombeo una peque#a muestra en una serie de recipientes.
