Dr. Enrique Sánchez Camacho. IMTA
Anuncio
Curso Básico de Hidráulica Fluvial Orígenes y Propiedades de los Sedimentos Enrique A. Sánchez Camacho Julio 20 2015 1. Introducción. 2. Origen de los Sedimentos Sedimento (definición) Intemperismo Físico Químico Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho Contenido 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 1.Introducción Ciclo hidrológico. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 1.Introducción Ciclo hidrológico 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 A través de la vegetación escurre o gotea por ramas y troncos, o se evapora. Enrique A. Sánchez Camacho 1.Introducción Enrique A. Sánchez Camacho 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. http://ruralsupplies.eu/4-informacion-al-usuario/abastecimiento-autonomo/01-concepto-de-aguas-subterraneas/ Ciclo de las rocas. El ciclo de las rocas es la creación y la destrucción repetida de materiales de la corteza rocas y minerales-. Enrique A. Sánchez Camacho 1.Introducción Enrique A. Sánchez Camacho 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. 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. Enrique A. Sánchez Camacho 1.Introducción Enrique A. Sánchez Camacho 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. http://cpogeografia5quintob.blogspot.mx/2013/10/rocas-ciclo-de-las-rocas.html/ 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. Ciclo de las rocas. Enrique A. Sánchez Camacho 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. http://www.blogodisea.com/agentes-erosivos-glaciares-viento-y-demas.html http://docentes.educacion.navarra.es/metayosa/1bach/Tierra13.html Los escombros cascada de la superficie terrestre produce accidentes geográficos. Lo hace en parte por meteorización selectiva y erosionando las rocas más débiles. Enrique A. Sánchez Camacho 1. Introducción Condensación Erosión Precipitación CICLO DEL AGUA Intemperismo Transporte fluvial Vulcanismo, fallamiento, plegamiento, levantamiento. Evaporación Deposición Intrusión Enrique A. Sánchez Camacho CICLO DE LAS ROCAS Entierro (Compactación, cementación, recristalización) Rocas sedimentarias Granito “…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 Enrique A. Sánchez Camacho Interactuar de Ciclos. Fuente: Fundamentals of fluvial geomorphology, Charlton R. (traducido de) 1.Introducción Enrique A. Sánchez Camacho Sedimento. 2 Material sólido en forma de partículas, granos o pequeños bloques, depositado sin consoli dar 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). Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho Deslizamiento de rocas Erosión acanalada Intemperización de rocas Sedimentos glaciares Pérdida de suelo Erosión por cauces pequeños Ribera Fuente: Fundamentals of Charlton R. (traducido de) fluvial geomorphology, 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. http://es.slideshare.net/pedrohp19/ambientes-sedimentarios-y-rocas-sedimentarias Los efectos de una tormenta dependen de la topografía, propiedades del suelo, cobertura vegetal y uso de suelo. Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho La intemperización es una fuente primaria de sedimentos para ser removidos por los procesos de erosión y pérdida de masa (suelo). Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Intemperismo físico Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico Enrique A. Sánchez Camacho Congelación: Cuña de hielo (gelivación) Alternancia de hielo y deshielo http://lauraylageologia4.blogspot.mx/2011/11/procesos-geologicos-externos-la.html Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico Enrique A. Sánchez Camacho La alternancia produce desintegración de la roca, este proceso es dominante en regiones montañosas. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico Liberación de presión: Liberación de presión de sobrecarga o de confinamiento Enrique A. Sánchez Camacho Las rocas acuñadas son liberadas por la alternancia del hielo-deshielo acumulándose como un talud dendrítico en la base de laderas escarpadas. 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 Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico Liberación de presión: Liberación de presión de sobrecarga o de confinamiento Enrique A. Sánchez Camacho 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 http://www.monografias.com/trabajos14/rio-aro/rio-aro.shtml Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo físico Actividad de organismos (intemperismo biomecánico). Enrique A. Sánchez Camacho Acción de raíces de plantas y árboles, agrandan las grietas de las rocas, generan acuñamiento de las raíces https://www.flickr.com/photos/geologia2006ufrn/541655889/ http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biological_weathering,_Harrison_Rocks_-_geograph.org.uk_-_71562.jpgs14/rio-aro/rio-aro.shtml Enrique A. Sánchez Camacho 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; Enrique A. Sánchez Camacho + 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 Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Hidrólisis: Es uno de los procesos de intemperización química principales. Enrique A. Sánchez Camacho Puede modificar y descomponer drásticamente minerales primarios susceptibles, y es significativo en la conversión de material parental a arcilla. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Enrique A. Sánchez Camacho 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/ Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Enrique A. Sánchez Camacho 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 . Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Carbonatación. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Carbonatación. http://www.vacacionchina.com/sitios-yangshuo/guilin-rio-li/ Enrique A. Sánchez Camacho http://www.chinoartelengua.com/blog/?p=1885 http://www.viajero-turismo.com/2012/12/china-los-mejores-lugares-turisticos.html Procesos del intemperismo químico Carbonatación. Enrique A. Sánchez Camacho 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. http://www.chinatouradvisors.com//UpLoad/Maps/Guangxi-Map/Guilin-Map/Guilin-City-Map/Guilin-District-Map.jpg Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Oxidación. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. 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. Enrique A. Sánchez Camacho La herrumbre es un ejemplo habitual de oxidación. http://cobaesgeo.foroactivo.com/t1272-bloque-iii-intemperismo Procesos del intemperismo químico La superficie de la roca de fondo expuesta esta frecuentemente cubierta por una capa de material intemperizado llamado regolito. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Procesos del intemperismo químico Los dos parámetros relacionados del clima de mayor significancia son temperatura y precipitación. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Procesos del intemperismo químico Enrique A. Sánchez Camacho Temperatura media anual del estado de Querétaro 28°C Precipitación media del estado de Querétaro 570 mm Enrique A. Sánchez Camacho 2. Origen 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. Enrique A. Sánchez Camacho La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelo finos (arcillas y limos) Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. No cohesivo. Existen dos perspectivas: Enrique A. Sánchez Camacho 1. Principales características de un sedimento no cohesivo (partículas que forman el sedimento) Densidad y peso específico Tamaño Forma Velocidad de caída Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 2. Considerando las propiedades de un conjunto de partículas Relaciones entre pesos y volúmenes Enrique A. Sánchez Camacho 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) 𝛾𝑠 = 𝑊𝑠 𝑉𝑠 Enrique A. Sánchez Camacho 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 = 𝛾𝑠 𝑊𝑠 = 𝑔 𝑔𝑉 Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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 = 𝜌𝑠 𝛾𝑠 = = 2.65 𝜌 𝛾 Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. De donde se obtiene que su peso específico es: 𝑘𝑔𝑓 𝛾𝑠 = 𝛾 𝑆 = 2650 3 𝑚 Y en el Sistema Internacional de medición, 𝑁 𝑘𝑁 𝛾𝑠 = 25 996.5 3 = 25.9965 3 𝑚 𝑚 Enrique A. Sánchez Camacho Densidad relativa de algunos minerales, Mineral Feldespato Cuarzo Biotita Moscovita Serpentina Calcita Dolomita Anhidrita Fluorita Limonita Ss 2.54 - 2.76 2.60 – 2.70 2.70 – 3.20 2.76 – 3.10 2.20 – 2.65 2.72 2.85 2.89 – 2.98 3.18 3.60 – 4.00 Mineral Granate Coridón Zircón Hematites Magnetita Pirita Cuprita Casiterita Galena Ss 3.50 – 4.30 4.02 4.68 5.26 5.00 - 5.20 5.02 6.00 6.80 – 7.10 7.40 -7.60 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: Enrique A. Sánchez Camacho ∆= 𝑆′𝑠 = 𝑆𝑠 − 1 = 𝜌𝑠 − 𝜌 𝛾𝑠 − 𝛾 = 𝜌 𝛾 Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho Diámetro de una esfera de igual volumen que una partícula 𝐷𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 Donde Vp: volumen de la partícula 6 = 𝑉 𝜋 𝑝 1/3 Enrique A. Sánchez Camacho 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) Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho Dimensiones triaxiales. Las dimensiones triaxiales se utilizan preferentemente para especificar el tamaño de partículas gruesas o fragmentos rocosos. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Grupo Clase Tamaño en mm Bolos Bolos muy grandes 2048-4096 Bolos grandes 1024-2048 Bolos medianos 512-1024 Bolos pequeños 256-512 Cantos grandes 128-256 Cantos pequeños 64-128 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 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 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 gruesa 0.002-0.004 Arcilla mediana 0.001-0.002 Arcilla fina 0.0005-0-001 Arcilla muy fina 0.00024-0.0005 Clasificación por tamaño. Cantos Propuesta de la American Geophysical Union Enrique A. Sánchez Camacho 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. Gravas Arenas Limos Arcilla Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Forma Las partículas sedimentarias pueden asumir un sinnúmero de formas, lo que dificulta su clasificación. Factor de forma. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Esfericidad. 𝑉𝑝 𝜀= 𝑉𝑠 1/3 Donde: Vp: volumen de la partícula Vs= volumen de la menor esfera que la circunscribe Enrique A. Sánchez Camacho Si se conoce el diámetro nominal y la mayor de sus dimensiones triaxiales puede usarse la expresión, 𝜀= 𝐷𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑎 Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho La esfericidad promedio de las partículas naturales o sedimentarias varía entre 0.60 y 0.85. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 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: Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Redondez. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Velocidad de caída. La expresión general para la estimación de la velocidad de caída de una partícula esférica es: Enrique A. Sánchez Camacho 4 1 𝜔= 3 𝐶𝐷 𝛾𝑠 − 𝛾 𝑔𝐷 𝛾 1 2 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) Enrique A. Sánchez Camacho 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 = Enrique A. Sánchez Camacho Donde: 𝜐: viscosidad cinemática del líquido ω: está en unidades de L T-1 𝜔𝐷 𝜐 Enrique A. Sánchez Camacho 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: Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 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. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 4 1 2650 − 998.6 𝜔= ∗ 9.81 ∗ 0.000346 3 10 998.6 ω= [(0.133333) * (1.6537) * 3.39426 x 10 -3] 1/2 ω= 0.027357 𝑚/𝑠 1 2 Velocidad de caída. 𝑅𝜔 = 𝜔𝐷 𝜐 = 0.027357∗0.000346 0.00000105725 = 8.9529 CD = 4.5 Iteración 2 Enrique A. Sánchez Camacho Con CD = 4.5 4 1 2650 − 998.6 𝜔= ∗ 9.81 ∗ 0.000346 3 4.5 998.6 1 ω= [(0.296296) * (1.6537) * 3.39426 x 10 -3] 1/2 ω= 0.04078 𝑚/𝑠 2 Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Velocidad de caída. 𝑅𝜔 = 𝜔𝐷 𝜐 = 0.04078∗0.000346 = 0.00000105725 CD = 3.5 Enrique A. Sánchez Camacho Luego de mas iteraciones CD = 2.96 Rω = 14.456 ω = 0.050284 m/s 13.34647 Enrique A. Sánchez Camacho 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 24 𝐶𝐷 = 𝑅𝜔 Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Velocidad de caída. Si se sustituye 24 𝐶𝐷 = 𝑅𝜔 En la expresión general de velocidad de caída 4 1 𝜔= 3 𝐶𝐷 Enrique A. Sánchez Camacho Y se considera la expresión para el cálculo del número de Reynolds 𝛾𝑠 − 𝛾 𝑔𝐷 𝛾 1 2 𝜔𝐷 𝑅𝜔 = 𝜐 Se obtiene la ecuación de Stokes para determinar la velocidad de caída de partículas esféricas. 1 𝛾𝑠 − 𝛾 𝜔= 𝑔 𝐷2 18 𝜐 𝛾 Por otra parte si Rω< 800 el valor de CD puede estimarse con la expresión empírica propuesta por Schiller et al 24 0.687 𝐶𝐷 = 1 + 0.150 𝑅𝜔 𝑅𝜔 Enrique A. Sánchez Camacho Si el número de Reynolds se encuentra en el intervalo 1000<Rω< 10000 se puede considerar CD constante e igual a 0.4. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Velocidad de caída. Partículas naturales. Ecuación de Rubey. 𝜐2 Enrique A. Sánchez Camacho 2 𝛾𝑠 − 𝛾 36 𝜔= 𝑔𝐷+ 3 𝛾 𝐷2 1 2 − 6𝜐 𝐷 Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. Velocidad de caída. Partículas naturales. Ecuación de Rubey. 𝜐2 Enrique A. Sánchez Camacho 2 𝛾𝑠 − 𝛾 36 𝜔= 𝑔𝐷+ 3 𝛾 𝐷2 1 2 − 6𝜐 𝐷 Velocidad de caída. Partículas naturales. Enrique A. Sánchez Camacho Diagrama de la Inter-agency Committee on Water Resources Enrique A. Sánchez Camacho 3. Propiedades de los Sedimentos. • 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 Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho 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 Enrique A. Sánchez Camacho The free dictionary http://es.thefreedictionary.com/sedimento Enrique A. Sánchez Camacho Referencias Bibliográficas. Curso Básico de Hidráulica Fluvial Enrique A. Sánchez Camacho Enrique A. Sánchez Camacho Julio 20 2015 Orígenes y Propiedades de los Sedimentos Enrique A. Sánchez Camacho Por su atención gracias.
