TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

 Transporte de sedimentos 

El transporte; es el traslado de los materiales erosionados desde la erosión hasta su depósito en una cuenca de sedimentación. Este trasnporte lo llevan a cabo los agentes geológicos externos, en especial el agua, el hielo, el viento y los seres vivos.

Existen dos tipos de transporte: transporte selectivo y transporte no selectivo.

1. Transporte selectivo

 
En este tipo de transporte los agentes geológicos seleccionan los materiales que van a transportar según la masa y el tamaño de éstos.

Lo llevan a cabo el viento y el agua, teniendo el agua más capacidad de transporte.
La capacidad de transporte de los ríos depende de su pendiente y su caudal (cantidad de agua que lleva el río)

• Formas de transporte selectivo:

Suspensión: los materiales menos densos quedan suspendidos en el seno del agua y recorren grandres distancias sin tener contacto con el suelo.Flotación: los materiales menos densos que el agua son transportados por la superficie sin hundirse. 

Saltación: los materiales de tamaños medio se desplazan dando saltos empujados por el agua o por el viento. 

Rodadura: los materiales se ruedan empujados por el agua o el viento. Se originan cantos rodados

Reptación: los materiales son muy pesados y el viento o el agua nos pueden con ellos por eso solamente los arrastran a lo largo del suelo. 

Disolución: los materiales se transportan disueltos en agua. Un claro ejemplo son las sales (como el bicarbonato) 

    2.   transporte no selectivo
 

En este tipo de transporte todos los materiales se transportan por igual, sin tener nada que ver la masa o el tamaños de los mismos.

• Formas de transporte no selectivo; glaciares y aguas torrenciales.

Transporte en Glaciares: los glaciares se forman por la acumulación de nieve que precipita en zonas de alta montaña, esta nieve se compacta formando grandes masas de hielo que van desplazándose pendiente abajo por la acción de la gravedad. Cuando ésto ocurre el hielo arrastra con él cualquier material que se encuentre depositado encima de él.

 

  3.  Transporte en torrentes:  los torrentes son cursos de agua de régimen intermitente, es decir, el flujo de agua no es continuo. Se forman en zonas con grandes pendientes por el deshielo de un glaciar o cuando se producen abundantes precipitaciones (aguas torrenciales). Los torrentes constan de tres partes: cuenca de recepción (zona alta del torrentes donde se recoge el agua de lluvia o de deshielo), canal de desagüe (el cauce por el que viaja el agua y los materiales arrastrados) y cono de deyección o abanico aluvial (es la zona de desembocadura del torrente, donde la pendiente  disminuye drásticamente, por lo que los materiales arrastrados quedan depositados aquí creando una forma de abanico). Los transporte tienen gran capacidad erosiva y de transporte ya que en estos se van depositando materiales que, cuando llueve y se inunda, son erosionados y arrastrados por el agua. 

Aspectos fundamentales en el transporte de sedimentos

 

a. Leyes de los fluidos en movimiento.

La hidrodinámica o fluidos en movimientos presenta varias características que pueden ser descritas por ecuaciones matemáticas muy sencillas. Entre ellas:

• Ley de Torricelli 

Si en un recipiente que no está tapado se encuentra un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será: 

La otra ecuación matemática que describe a los fluidos en movimiento es el número de Reynolds (adimensional):

 

El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un módelo láminar o turbulento.
El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.

    Caudal

El caudal o gasto es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido que fluye por unidad de tiempo.

• Principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Su expresión matemática es:

La otra ecuación que cumplen los fluidos no compresibles es la ecuación de continuidad, que establece que el caudal es constante a lo largo de todo el circuito hidráulico:

*   Que es un fluido? 

Es de consistencia blanda, como el agua o el aceite, y fluye, corre o se adapta con facilidad.

 2.Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases.

 

  

 

*    Aspectos y características de los fluidos

• ·    Estabilidad.- Esta se presenta cuando las partículas del fluido siguen una trayectoria uniforme y su velocidad es constante sin importar el punto en el que se encuentre y el tiempo en el que transcurra.

• ·        Turbulencia.- Esta se presenta cuando por tener una aceleración muy elevada, en donde el fluido toma movimientos irregulares como torbellinos y remolinos.

• ·      Viscosidad.- Esta cualidad se definiría como la resistencia o fricción interna y se puede presentar cuando dos capas adyacentes se desplazan dentro del fluido convirtiéndose la energía cinética en energía interna.

• ·         Densidad.- La densidad establece que tan fuerte se unen los átomos del fluido o su grado de compactación. Los diferentes materiales pueden tener diferente grado de densidad.

• ·       Volumen.- Es el espacio que ocupa el fluido tomando en cuenta la unidad de peso, y se encuentra influenciado ampliamente por la temperatura y la presión que caen sobre el mismo.

• ·        Peso.- Este es el peso que se encuentra aunado o ligado a la densidad y por su uso unitario se aplica ampliamente en la física.

• ·         Gravedad Específica.-  Esta se presenta en los fluidos y es adimensional, debido a que es el resultado del cociente entre dos unidades con magnitud idéntica.

• ·        Tensión superficial.- La tensión superficial se produce en los fluidos, sobre todo en los líquidos a causa de que las moléculas ejercen una atracción entre sí mismas, limitando en los líquidos su paso por orificios reducidos.

• ·         Capilaridad.- Se denomina capilaridad en los fluidos, cuando éstos pueden desplazarse por delgados conductos (tubos), en tanto y cuanto se relacione con su tensión superficial. Así, en el mercurio la tención superficial no le permitirá subir y ejercerá una fuerza en oposición, en cambio con el agua, la reducida tención producirá una elevación proporcional al introducir un tubo capilar sobre la misma.

• ·         Gas líquido.- Este se produce al licuar los gases a temperaturas muy bajas y con presiones elevadas. De esta forma se vuelven líquidos gases como el hidrogeno, nitrógeno y gases como el LP (Licuado de petróleo o gas doméstico).

  * Fluidos Newtonianos 

En los fluidos newtonianos, la viscosidad es relativamente constante y por ende son los más conocidos, pues su textura y definición en simple. Esta propiedad se encuentra visible en la mayoría de los fluidos conocidos, desde el agua, hasta los aceites, (naturales o pétreos).

·      *      Fluidos no Newtonianos 

     En éste la viscosidad varía, y no es constante su densidad, y se encuentra completamente influenciado por la temperatura y su tensión, por lo que no tiene un valor definido en su densidad.

·      Este se caracteriza por endurecerse al recibir un impacto (fuerza cortante) y recupera su fluidez al perder la tensión o fuerza aplicada. Este fenómeno se percibe fácilmente en la mezcla de almidón con agua.

 

*         Flujo de Fluidos: Flujo Turbulento y Flujo Laminar:

• Laminar: Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partículas de fluidos sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos.

• Turbulento: Es llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. 
  
  

Implicación de estos flujos en las estructuras sedimentarias: 

 En la sedimentología, y mas específicamente en la formación de estructuras sedimentarias, la energía del fluido por el cual se transportan los sedimentos es una variable fundamental en el ciclo sedimentario, porque no existen estructuras sedimentarias si no hay un fluido que transporte las partículas que posteriormente se juntarán. ¿Pero cual es la diferencia entre un fluido cuya energía es alta (llámese flujo turbulento), y una baja (flujo laminar), tendríamos que irnos desde lo mas básico, sabemos que hay estructuras que se forman siguiendo ciertos parámetros, donde tenemos la energía del fluido, es decir, habrá estructuras que se formaran producto (en parte) de fluidos turbulentos, y otros cuyo origen es producto (también en parte, porque el ciclo sedimentario no es solo transporte, también hay otros factores) de fluidos laminares o de baja energía. Esto sucede porque el ordenamiento interno de las partículas depende de la energía.

Número de Froud: El número de Froude es un adimensional importante en la Física Hidráulica, permitiendo el establecimiento de diferentes interpretaciones.

La condición crítica de escorrentía corresponde al límite entre los regímenes fluvial y torrencial. De esta forma siempre que ocurren cambios en el régimen de escorrentía, la profundidad debe pasar por su valor crítico.

F< 1 caracteriza un flujo tranquilo, en el cual las formas de lecho del régimen bajo son estables. 

F > 1 caracteriza un flujo rápido, en el cual las formas de lecho del régimen alto son estables. 

F ∼ 1 condiciones transicionales entre flujo tranquilo y flujo rápido 

  

F =  V/(g*h)^1/2

Donde:

V= velocidad de flujo 

g= aceleración de la gravedad 

h= profundidad del flujo 

La interacción de un fluido en movimiento con un lecho cubierto por sedimentos sueltos produce un patrón ordenado de rasgos que se denominan FORMAS DE LECHO (óndulas, antidunas, etc.). El número de Froude (F) es un factor bastante útil y simple para determinar las condiciones hidrodinámicas de un flujo.

Número de Reynolds:   

El Número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en que condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040.¹ Para números de Reynolds más altos el flujo turbulentos puede sostenerse de forma indefinida. Sin embargo, el número de Reynolds que delimita flujo turbulento y laminar depende de la geometría del sistema y además la transición de flujo laminar a turbulento es en general sensible a ruido e imperfecciones en el sistema.²

 Los parametros  de los Numero de Reynolds

Parámetro adimensional para caracterizar e identificar los

diferentes tipos de flujo (O. Reynolds, 1883).

Re pequeños (<500) son laminares

Re altos (>2000) son turbulentos, al incrementar velocidad los flujos tienden a ser turbulentos

William Froude, ingeniero hidráulico y arquitecto naval.

Implicación de ambos números adimensionales en las estructuras geológicas.

Es evidente que estos números adimensionales influyen directamente en la estructura sedimentaria que se formara al final, al ser estos indicadores de energía de un fluido, en sedimentología podríamos tener una idea de que se podría formar en una zona determinada, en la imagen que tenemos abajo podemos apreciar algunas de las estructuras que se podrían generar tomando en cuenta en este caso el numero de froude, allí podemos apreciar que efectivamente con un numero de froude mayor a 1 tenemos flujos de alto régimen, que por lo consiguiente son de alta energía, formando así estructuras sedimentarias que solo se generan cuando existe un fluido cuya energía sea lo suficientemente alta como para provocar así un ordenamiento interno en particular, igual sucede con los fluidos de bajo régimen.

b. Velocidad de Asentamiento de las Partículas: 

La sedimentación realiza la separación de las partículas mas densas que el agua, y que tengan una velocidad de sedimentación tal, que permita que lleguen al fondo del tanque sedimentador en un tiempo económicamente aceptable.

• La Ley de Stokes 

se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluidos viscosos en un régimen laminar de bajos Numero de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La ley de Stokes puede escribirse como:

donde R es el radio de la esfera, v su velocidad y η la viscosidad del fluido.

La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones.

Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse suvelocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido.

• Importancia sedimentológica de la ley de stoke

En el ámbito geológico, mas específicamente en la sedimentología, la ley de stoke nos indica que tan lejos podría llegar una partícula sedimentaria (en la practica son millones de partículas), por supuesto conociendo aproximadamente el tamaño de las mismas y su velocidad, cuando se refiere a velocidad es menester conocer que tanta energía tiene el medio por el cual se transportan las partículas, y el tamaño de la partícula se podría deducir con análisis granulométrico in situ, sin embargo se podría obtener una estimación (algo generalizada) conociendo el tipo de partícula.