Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoIntroduccin

La mayor parte de los depsitos sedimentarios son el resultado del transporte de los materiales en forma de partculas (tambin existe transporte en forma de soluciones de iones).

El movimiento de las partculas es debido a la gravedad o ms comunmente debido al resultado de fluir en agua, hielo, mezclas de sedimento y agua (los cuales dependen de la gravedad) y aire

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoMedios de transporte Gravedad la cada de rocas genera una acumulacin de sedimentos , pero estos rara vez se preservan en el registro estratigrfico.

Agua es el mecanismo de transporte ms importante. El flujo acuoso ha de tener la fuerza suficiente para transportar el material grueso en el lecho o base y el material fino en suspension o disuelto. Estos materiales pueden ser transportados cientos y miles de kilmetros antes de ser depositados.Evidentemente tambin transporta iones en disolucin Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoAire El viento puede transportar polvo y arena a grandes distancias, pero tiene una baja capacidad de transporte debido a la baja densidad del aire.

Hielo importante cerca de las grandes masas de hielo, y en los sistemas montaosos.

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Mezclas acuosas densas destacamos dos:- Cuando la concentracin del sedimento en el fluido es muy elevada , esa mezcla recibe el nombre de debris flow = flujo de escombros.- Si no es una mezcla tan densa , recibe el nombre de turbidita. Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito2. Comportamiento de los fluidos y de las particulas en los fluidos.

Consideraciones previas:

Los fluidos son aquellas substancias que no resisten la fuerza de cizalla (shear stress) y se acomodan a la forma del recipiente que los contiene. Su resistencia a fluir es la viscosidad. Hay flujos de agua y flujos en los que el agua es un componente ms.Forma, dimetro y densidad de las partculas slidas condicionan el flujo de los fluidos

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito2. Comportamiento de los fluidos y de las particulas en los fluidos.

Hay 2 tipos de flujos: laminar y turbulento

Laminar todas las partculas se mueven de forma paralela entre ellas siguiendo la direccin del transporte. Son raros en corrientes naturales y apenas existen en corrientes de aire. Se mueven segn lminas paralelas a los lmites del flujo. Se caracterizan por su baja velocidad y alta viscosidad. Son propios de corrientes viscosas producidas por la mezcla de agua y sedimento, y de flujos de hielo y lava

Turbulento las partculas se mueven en todas las direcciones. El flujo se mueve de forma compleja, cambiando de direccin constantemente en forma de remolinos.Son los flujos predominantes en corrientes acuosas y de aire y los ms eficientes en el arrastre de partculas , los turbulentos tienen mayor velocidad e inferior viscosidad que los laminares.

En general, los flujos laminares se caracterizan por una baja velocidad y una alta viscosidad, mientras que los flujos turbulentos presentan ms alta velocidad y baja viscosidad Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito2. Comportamiento de los fluidos y de las particulas en los fluidos.

Nmeros adimensionales de Reynolds y Froude. Con ambos se caracterizan tipos de flujos Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito Re o nmero de Reynolds

Es un parmetro que determina cuando un flujo es laminar y cuando es turbulento. Este nmero se obtiene a partir de la frmula:

Re = v l / Donde: v = velocidad del flujol = densidad del flujo = viscosidad del flujo

Si Re < 500 flujo laminar ( debris flow, hielo, lava, agua a baja velocidad flujos con baja velocidad y alta viscosidad)Si Re > 2000 flujo turbulento ( aire, agua flujos con alta velocidad y baja viscosidad)

Si dos flujos presentan similar Re, de aqu deducimos que ambos flujos tienen el mismo grado de turbulencia, aunque la velocidad, densidad y viscosidad sean distintos en ambos flujos.

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Tambin se puede entender como la relacin entre fuerzas inerciales (numerador), que dotan al sistema de inercia creada por la aceleracin de la gravedad, y fuerzas viscosas (denominador) que resisten el movimiento del flujo:Re = v l / Donde: v = velocidad del flujol = densidad del flujo = viscosidad del flujoRe o nmero de Reynolds

Dominio de Finerciales Re grande (F. turbulento);Dominio de Fviscosas Re pequeo (F. Laminar). Si Re < 500 flujo laminar ( debris flow, hielo, lava, agua a baja velocidad flujos con baja velocidad y alta viscosidad)Si Re > 2000 flujo turbulento ( aire, agua flujos con alta velocidad y baja viscosidad)

Transicin del flujo laminar al turbulento: Re entre 500 y 2000

Fr o nmero de Froude: Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Fr mayor que 1: F. Rpido;Fr menor que 1: F. Tranquilo (en este caso la velocidad de la onda producida en una corriente de agua es mayor que la velocidad de esta ltima y la onda se propaga corriente arriba).

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito3. Transporte de partculas en los fluidos

La accin de los mecanismos erosivos tiende a dar origen dos tipos de productos:

fragmentos de minerales o rocas (que reciben el nombre de clastos o partculas con tamaos de granos desde Cg a limos) e

iones en disolucin. Los iones viajan en solucin, y para que se produzca su precipitacin qumica han de quedar sometidas a condiciones especficas como:- Sobresaturacin (como las que ocurren en las salinas). Los aniones y cationes sean fijados por organismos para construir sus caparazones, como es el caso de muchos moluscos, algunas algas microscpicas (diatomeas), u otros microorganismos, que fijan el carbonato clcico de las aguas. Tambin es posible que la mezcla con otros fluidos produzca la precipitacin de determinados compuestos. Por ejemplo, en relacin con las emisiones volcnicas submarinas se produce la salida de abundantes metales pesados y formas qumicas del azufre, provocando la precipitacin de sulfuros de esos metales.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito3. Transporte de partculas en los fluidos

En el lecho (carga de fondo): rodando o saltandoNecesitan velocidadEn suspensin, limos y arcillas, baja velocidad.La suspensin puede ser continuada o intermitenteEn el aire es similar pero debido a la baja densidad y viscosidad de este medio comparndolo con el agua, necesita velocidades mayores para mover partculas. (por eso en el desierto no se mueven rocas)Y como viajan las partculas?

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoVelocidad crtica es la velocidad a partir de la cual las partculas son arrastradas o empiezan a desplazarse dentro del flujo.4. Tamao del grano y velocidad del flujoDeposito de carga de fondoDeposito de carga en suspensinEl diagrama de Hjlstrom muestra la relacin entre la velocidad del agua y los procesos de erosin, transporte y sedimentacin de partculas sueltas.

Comentar entre todos las curvas

Deposito de carga de fondoDeposito de carga en suspensin- Una vez que los granos se han asentado se requiere ms energa que la necesaria para que continen en movimiento.- La cohesin de las partculas de arcilla hace que se requiera una alta velocidad para removerlas una vez que se han sedimentado Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito- Para dimetros < 0.06 mm la velocidad crtica vara para arcillas cohesionadas o no cohesionadas. - Utiliza una escala logartmica dobleZ. Transporte y Z. Deposito: diferencia dos subzonas: Carga de fondo (arenas y gravas)Carga en suspensin (limos y arcillas)

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5. Tipos de flujo:El transporte de sedimento puede producirse por:

movimiento o flujo fluido (transporte en aguas claras) o por movimiento de sedimento (i.e., flujos en masa o flujos de sedimento por gravedad), en el cual el fluido participa secundariamente.

En el primer caso (al que se refiere principalmente lo expuesto hasta este punto), el sedimento se mueve por la accin fluido aguas abajo, siendo el fluido el actor principal del movimiento.

En el segundo caso, es la mezcla sedimento-fluido la que se mueve por la accin de la gravedad (principalmente sobre el sedimento), es decir, la gravedad acta sobre el sedimento o el peso de las partculas (desde tamao bloque a arcilla) mueve el flujo de la masa formada por stas.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoEl sedimento se mueve por la accin de la fuerza del fluido, el cual se mueve por efecto de la gravedad que acta sobre l provocando el movimiento aguas abajo. 5.1. Flujos fluidos (transporte en aguas claras) : El sedimento se mueve por la accin de fuerzas del fluido: Se produce erosin + arrastre del sedimento del lecho

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5.2 Flujos en masaLa mezcla sedimento-fluido se mueve por la accin de la gravedad pero en este caso la gravedad acta sobre el sedimento. O lo que es lo mismo, es el peso de las partculas (desde tamao bloque a arcilla) el que mueve el flujo de la masa formada por stas. En este caso el fluido tiene un papel secundario o nulo.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito rotacional (slump)5.2 Flujos en masa

5.2 Flujos en masa

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoDistinguiremos entre:

5.2.1.-Debris flow5.2.2.-Corrientes de turbidez(turbiditas)5.2.3.-Flujos de granos5.2 Flujos en masa s.s.:

Sedimentologa Tema 1.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5.2.1 DEBRIS FLOW (mud flow): Flujos de fragmentos o de detritos - Constituyen una forma extrema de flujos hiperconcentrados en los cuales los granos de tamao limo a bloque aparecen inmersos en una matriz arcillosa con agua.- Los flujos de detritos (debris flow) son mezclas densas y viscosas de sedimento y agua en los cuales el volumen y la masa del sedimento supera a la de agua con creces.http://youtu.be/NhbD1jhvAVo

http://youtu.be/WR61KUcSr3A

- Dependiendo de la proporcin de la matriz con respecto a los clastos, podemos encontrar dos extremos de una gradacin casi continua. Desde depsitos en los que los bloques se hallan suspendidos totalmente por la matriz cohesiva (mud flows), hasta aquellos en los que existe gran cantidad de clastos que se hallan lubricados por una matriz de menor tamao (generalmente luttica) debris flow

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito- Una mezcla densa y viscosa de estas caractersticas, tpicamente tendr un nmero de Reynolds bajo, por lo que el flujo tender a ser laminar.

- Los depsitos de flujos de detritos en la superficie terrestre son tpicamente conglomerados matrizsoportados aunque tambin pueden encontrarse depsitos clastosoportados.- Son depsitos muy mal clasificados y presentan un aspecto catico.- Las partculas mayores son soportadas por una matriz que es una mezcla de fluido intersticial y sedimento fino con la suficiente cohesin como para impedir que las partculas mayores caigan (flotan en esa matriz), permitiendo que el flujo contine. - Son comunes tanto en medios subareos como submarinos, siendo su dinmica similar en ambos casos. - Pueden alcanzar grandes velocidades (> 10 m/s) y su gran densidad (1.800 a 2.300 kg m-3) los capacita para arrastrar grandes bloques que encuentran en su camino

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitohttp://www.youtube.com/watch?v=r6Lt0oPJFwA

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5.2.2 CORRIENTES de TURBIDEZ = TURBIDITAS

http://www.youtube.com/watch?v=zHId82eT6uMAvalanchas submarinas de barro y rocas

Las corrientes de turbidez se originan principalmente por:

a partir de slumps y deslizamientos en escarpes inestables;

la entrada de aguas dulces cargadas de material en suspensin, que forman corrientes hiperpcnicas;

recogida de sedimento de deriva litoral en las cabeceras de los caones submarinos Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Las corrientes de turbidez dan lugar a Ciclos de Bouma que presentan una subdivisin en 5 tramos (generalmente incompletas)Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoSecuencia de Bouma : Es la sucesin granodecreciente de diferentes niveles sedimentarios con texturas y estructuras especficas en cada uno.Es el resultado de una corriente de turbidez con desaceleracin progresiva, que adems puede variar su velocidad en su camino.Durante el movimiento turbiditico las partculas finas se separan de las partculas grandes. Es decir abajo llegan primero las partculas grandes, despus las medianas y como ltimo las partculas pequeas

Secuencia de Bouma

Se reconocen 5 subdivisiones:

Ta la parte ms baja, consiste en una arena sin estructuras pobremente clasificada. La deposicin sobre la base erosiva ocurre rpidamente por suspensin. Los restos de turbulencia inhiben la formacin de formas de lecho (laminaciones).Tb arena con laminacin paralela caracteriza esta capa, tamao de grano ms fino que en Ta y mejor clasificado. La laminacin paralela se forma por la separacin de granos en un rgimen de flujo de alta energa.

Tc arena fina a media con laminacin cruzada y ripples de rgimen de flujo de baja energa. Esto indica velocidades de flujo moderadasDentro del campo de formacin de ripples y altos ratios de sedimentacin. Puede presentar laminacin convolute (estructuras de escape de agua).

Td arena fina y limo, son el resultado de flujos ondulantes en la corriente de turbidez, suele presentar laminacin horizontal peor desarrollada que en la capa b.

Te La parte superior de la turbidita consiste en arcilla y limo bien gradados. Se deposita por suspensin despus de que la turbidita haya parado y por tanto es un depsito hemipelgico (= sedimentacin marina profunda).

Bajo condiciones donde la densidad del material es mayor, la turbidita es ms densa y presentan en su base una capa ms potente de material grueso.

Se suele dividir en 3 partes:S1 material grueso con gradacin inversaS2 material grueso sin estructuras (flujo en masa)S3 material ms fino con estructuras de escape de agua (rpida deposicin del sedimento)

Es a partir de ah cuando empezara a sedimentar Ta.

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Turbulento las partculas se mueven en todas las direcciones

Turbiditas: apilamientos de Ciclos de Bouma

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5.2.3 FLUJOS GRANULARES:

- En este tipo de flujos las partculas se mueven libremente a partir de la presin dispersiva generada por las sucesivas colisiones e impactos entre las propias partculas.-Mecanismo de transporte en masa pendiente abajo que se da en zonas con pendientes importantes que dependen del tamao de las particulas y del tipo de medio (p.ej. Para arenas en medios subacuticos a partir de 18-20 y en medios subaereos pendientes del orden 25-35). -Este mecanismo es ms efectivo en materiales bien clasificados que caen por gravedad por una pendiente, como por ejemplo la cara sotavento de una duna elica. -Cuando las partculas en el flujo estn temporalmente en suspensin, las partculas finas tienen tenencia a caer entre los agujeros que se dan entre las partculas ms gruesas. Este proceso se denomina tamizado cintico, que produce una leve gradacin inversa en la capa cuando esta se deposita. Este tipo de flujos es muy comn en partculas de tamao arena, tambin puede ocurrir en partculas ms gruesas.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoTurbulento las partculas se mueven en todas las direcciones

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoConclusin - resumenIndependientemente del nombre que se le de al flujo, lo importante es entender los procesos que han actuado para la formacin del depsito que se estudia ; es decir la reologa del flujo. Los procesos que controlan el transporte y la deposicin dependen de la presencia o ausencia de agua y de la proporcin relativa sedimento/ fluido.

En funcin de esto los procesos que actan son:- Flujo laminar, flujo turbulentoDispersin de granos y tamizado cintico

Es muy difcil encontrar un flujo en el que solo acte uno de los procesos, ya que suelen darse simultneamente varios de ellos.Cada uno de los diferentes procesos quedar reflejado en unas determinadas estructuras.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito6. Remociones en masa en ChileRemociones en masa se refiere a todos los procesos de movilizacin lenta o rpida de un determinado volumen de suelo, roca o ambos

Son procesos gravitacionalesNo son procesos excepcionales sino que forman parte natural del paisaje, es el hombre quien le asigna una connotacin catastrfica.

Pueden darse a

Alta velocidad : flujos detrticos, de barro, deslizamientos, desprendimientos.Bala velocidad : reptacin, solifluxin

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoClasificacin de los procesos de remociones en masaRemocionesEn masa FlujosBarro o lodoDetritos (detritic flows)LaharesSolifluxin o reptacin lentaColapso de depsitos mineros (Tranques de relaves) DeslizamientosLaminares traslacionalesRotacionalesMultirotacionalesBloques rocososDetritosDesprendimientos, Avalanchas y aludes, Jkulhlaups, subsidencia y hundimiento

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoA diferencia de otros riesgos geolgicos y climticos naturales como sismos, volcanismo, huracanes, tsunamis e inundaciones, los fenmenos de remocin en masa admiten cierto manejo y control, si se conocen los ambientes geogrficos, climticos, geomorfolgicos, geolgicos y tectnicos.

En la zona andina la pobre ocupacin del terreno, unido a la escasez de obras de infraestructura contribuyen a atenuar los efectos de las remociones en masa, sin embargo las instalaciones sometidas a mayor riesgo son las explotaciones mineras y actividades recreacionales, en auge en los ltimos aos.

Como ocurre en las regiones montaosas de Europa, Asia y Sudamrica, en Chile, los procesos de remocin en masa, especialmente los flujos de detritos, barro y laharicos cobran particular importancia.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoFLUJOS

Movimientos de masas de mayor o menor velocidad propios de materiales sin cohesin, que tienen lugar en suelos muy susceptibles de experimentar una considerable prdida de resistencia con el movimiento.

Flujos de barro o lodo En la zona altiplnica y parte del sector andino del norte y centro del pas los trminos bajadas, coladas y avenidas son utilizados para designar flujos de barro. Estos cusan daos en caminos, sendas, conductos de agua, telecomunicaciones, etc. Se ha estudiado que hay una estrecha relacin entre el invierno boliviano (diciembre-marzo) y estos flujos.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito2. Flujos detrticos (debris y mud flow)

Las variables que controlan el origen y magnitud de los flujos de detritos son :- Superficie de la cuenca de drenaje- Perfil hidrulico- Suministro de detritos- Condicin climtica

Estas condiciones se dan en las cabeceras de las cuencas hidrogrficas en las zonas andinas de Chile, prximas a glaciares en proceso de retroceso

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito3. Flujos lahricosEl trmino lahar (origen indonesio) hace referencia a un flujo de barro conteniendo detritos y bloques angulares de origen mayoristamente volcnico. Las caractersticas y el potencial destructivo de los lahares dependen de sus procesos de iniciacin y de como estos cambian, en la medida que avanzan ladera abajo, tambin del contenido en agua y de la granulometra del flujo.

Los volcanes: Llaima, Villarica y Calbulco conforman un ambiente favorable al desarrollo de lahares.

Los lahares pueden ocurrir debido a:- Perodos de lluvia intensos, no necesariamente coincidiendo con perodos de actividad volcnica- Fusin de glaciares en las partes altas de un volcn, durante actividad volcnicaVaciado de un lago hospedado en la cumbre de un volcn- Desplome de ladera debido a prolongada alteracin hidrotermal o sismoA diferencia de las avalanchas de detritos, los lahares son depsitos hmedos donde el agua influye tanto en la gnesis como en el transporte de la masa removilizada.

4. Creep o reptacin lenta y solifluxin

Creep: Proceso de inestabilidad de ladera caracterizado por deformaciones superficiales que pueden dar lugar a deslizamientos bajo la influencia del agua y la gravedad.Afectan a suelos residuales, rocas blandas (arcillosas arenosas) y coluvios con abundante matriz arcillosa. Se desarrollan a niveles superficiales y afectan a volmenes reducidos de materiales, no es fcil de identificar en terreno: leves inclinaciones de rboles, deformaciones en muros de contencin y ondulaciones en el suelo.

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsitoLa solifluxin es el proceso geomorfolgico caracterstico de zonas de clima periglaciar (aunque puede darse incluso en los trpicos), consistente en el desplazamiento masivo y lento (ms rpido que el creep) por gravedad de formaciones arcillosas u otros tipos de suelo sobre el permafrost a causa de la plasticidad y fluidez adquirida por aqullos cuando absorben gran cantidad de agua.La solifluxin es propia de los suelos que han sido debilitados por la accin recurrente de heladas y en consecuencia, las caractersticas originales del terreno a menudo estn muy alteradasAbundantes en el Sur del pas, sobre todo en la XI Regin

Sedimentologa Tema 1. Transporte y depsito5. Flujos asociados al colapso de depsitos de residuos mineros

Estos depsitos son estructuras artificiales y estables que albergan los materiales liberados de los procesos de extraccin y tratamiento del mineral.Los relaves son depositan en medios acuosos que sismos pueden alterar y adquirir la consistencia de un flujo.En Chile, 7 de los mayores yacimientos cuprferos ( Chuquicamata, Mantos Blancos, El Salvador, El soldado, La Andina, Los Bronces y El Teniente) producen al ao 73x106 metros cbicos de residuos o relaves, la mayora se ubican en ambientes montaosos andinos, donde las estructuras de almacenamiento se ubican en los cauces de los valles fluviales (para optimizar espacio). Si la estructura se rompe el depsito acumulado se desplaza como un flujo de gran energa, devastando todo lo que se antepone a su paso.

NOTA: Un tranque de relaves est formado por un muro de contencin, construido normalmente con la fraccin gruesa del relave, y una cubeta. En la cubeta los slidos finos sedimentan y en la superficie se forma una laguna de aguas claras.

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