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Silte e argila em suspensão

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Apresentação em tema: "Silte e argila em suspensão"— Transcrição da apresentação:

1 Silte e argila em suspensão
Sistemas Costeiros (Mestrado em Geociências UC) TEMA 6 - Movimento de sedimentos Silte e argila em suspensão Materiais dissolvidos vão em solução Areia e areão são transportados, geralmente por saltação Seixos a blocos são arrastados no leito Pedro Proença Cunha Dep. Ciências da Terra da Univ. Coimbra

2 TEMA 6 - Movimento de sedimentos
1 - Introdução 2 - Limiar de extracção 3 - Limiar de selecção 4 - Extracção e tipos de transporte 5 - Transporte potencial em carga de fundo 6 - Dinâmica das formas de fundo

3 Forças actuando sobre partículas num fluxo fluido:
1 - Introdução Forças actuando sobre partículas num fluxo fluido: Forças inerciais, FI, induzem imobilidade FI = gravidade + fricção + electrostáticas Forças cinéticas, Fm, induzem mobilidade de grãos Fm= força de arraste + efeito de Bernoulli + flutuação

4 1 - Introdução FI (forças inerciais)
Gravidade como função do tamanho e densidade do grão ( ρ ) Equivalência hidráulica: ρ1 *v1= ρ2*v2 [ρ=densidade do grão; v=volume do grão] ρ1 > ρ2 e v2> v1 ; “Placers” e concentrados de minerais pesados Electrostáticas: área superficial relativamente ao volume As partículas finas têm grandes superfícies electrostáticas, com propriedades atractivas ou repulsivas. Fricção

5 1 - Introdução Fm (forças cinéticas)
Componente de arraste: vector de fricção paralelo ao fluxo São componentes maiores nos fluxos turbulentos. Efeito Bernoulli: alta velocidade=baixa pressão Flutuação: A força de extracção por flutuação depende do contraste de densidades entre grão e fluido. A alta densidade do sedimento saturado em água apresenta pouco contraste e gera maior mobilidade dos grãos.

6 2 - Limiar de extracção Numa situação em que um grão está quase a mover-se por acção de um fluxo: - O fluxo deve fornecer a energia suficiente para ultrapassar a inércia estática do grão - O início do movimento depende do balanço entre o esforço viscoso aplicado pelo fluido e a inércia do grão a - Na inércia do grão influenciam o seu peso, o coeficiente de roçamento com o fundo e o ângulo de aplicação das forças

7 2 - Limiar de extracção Diagrama de Hjulström
Fm     >    Fi Diagrama de Hjulström Relação empírica entre o tamanho do grão (para grãos de quartzo) e a velocidade da corrente (em água clara a 25ºC) Define o limiar de velocidade crítica, a partir do qual as partículas saltam Para areias e areão, o limiar mínimo incrementa com o tamanho Para partículas finas, a electrostática incrementa a velocidade de extracção.

8 2 - Limiar de extracção Θcr = ηo,cr/(δs – δ) g D
- O parâmetro de Shields (θ) Θcr = ηo,cr/(δs – δ) g D Θcr = esforço viscoso adimensional ηo,cr = esforço viscoso no limiar de extracção δ = Densidade do fluido (g/cm3) δs = Densidade do sedimento (g/cm3) g = gravidade = 981 cm/s2 D = Mediana textural (mm) Esta equação mostra a Θcr como função do tamanho de grão, a partir da qual se derivou uma curva experimental

9 2 - Limiar de extracção Para tamanhos inferiores a 63 micras, a coesão electrostática entre grãos aumenta o limiar requerido para iniciar o movimento Para dimensões de areia e areão o limiar aumenta com o tamanho do grão

10 3 - Limiar de selecção

11 VS = [(ρg - ρf)g/18 F]d2 = viscosidade do fluido
3 - Limiar de selecção VS  =  [(ρg - ρf)g/18 F]d2 VS : velocidade de selecção ρg = densidade do grão ρf = densidade do fluido = viscosidade do fluido d = diâmetro do grão (mm) Lei de Stokes de selecção

12 VS (cm/sec) = Cd2 3 - Limiar de selecção Lei de Stokes simplificada
[C = (ρg - ρf)g/18 F] (para grãos de quarzo na água) Curva de Ruby: Stokes  +  Newton A curva de Newton considera só arraste turbulento dos grãos A selecção de Stokes é inválida para areias > 1 phi (5mm); e considera só fluxo laminar

13 Fm > Fi ; inicia-se o movimento
4 - Extracção e tipos de transporte Com tamanho de grão fixo e aumento da velocidade Fm   >  Fi ; inicia-se o movimento Suspensão (para tamanhos pequenos, geralmente <0,01mm) Quando Fm  >  Fi U (velocidade do fluxo) >>> VS (velocidade de selecção) Suspensão constante a U (velocidade do fluxo) relativamente baixa

14 Fm > Fi ; inicia-se o movimento
4 - Extracção e tipos de transporte Con tamanho de grão fixo e aumento da velocidade Fm    >   Fi ; inicia-se o movimento Saltação : para grãos maiores (areia e areão) Quando Fm  >  Fi  U   > VS  , mas no tempo e espaço U < VS Suspensão intermitente Transporte em carga de fondo

15 4 - Extracção e tipos de transporte
Com tamanho de grão fixo e aumento da velocidade Fm     <    Fi, mas a componente de arraste causa rolamento. Tracção : para grãos muito grosseiros (seixos e maiores) Superfície normal (da água) as correntes têm U demasiado baixa para a extracção do grão Transporte em carga de fundo

16 4 - Extracção e tipos de transporte
Extracção/Transporte Suspensão Saltação Tracção Selecção/Deposição

17 4 - Extracção e tipos de transporte
A variação no tempo de “U” e “d” no meio sedimentar tem como resultado a Laminação Sedimento acumulado sob condições físicas e químicas constantes.

18 5 - Transporte potencial em carga de fundo
Parâmetros: Qb = Carga de fundo (Kg/metro de secção) U* = Velocidade no fundo (m/s) Uz = Velocidade à profundidade z (m/s) Z = distância ao fundo (m) D = Mediana textural (mm) D10 = Centil 10 Ks = Rugosidade de Nikuradse = 3 D10 δ = Densidade do fluido (g/cm3) δ s = Densidade do sedimento (g/cm3) g = gravidade = 981 cm/s2 K = Constante 0,4

19 5 - Transporte potencial em carga de fundo
FÓRMULAS : Meyer-Peter & Müller (1948) Qb = δ U*3 8√1-(0,047/ (δ U*2/(δs- δ )gD)) U* = (K Uz)/ln(30z/Ks). Bagnold ( ) Qb = (Ks δs U*3 )/dg d = (δ s - δ) / δ Yalin ( ) Qb =0,635 δs DU*s(1-l (n(1+as)/as) Van Rijn ( ) Qb = 0,053 δs (T2,1/D0,3) √(δ g D3)

20 6 - Dinâmica das formas de fundo
CONCEITO DE REGIME DE FLUXO Variações na Velocidade de fluxo - experiências em Flumes (areia média e 20 cm de profundidade) Uma velocidade de fluxo concreta (> que o limiar de extracção) produz uma configuração particular do fundo (bedform) que, em consequência, gera uma estrutura sedimentar particular

21 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas de fondo comunes debidas al flujo fluido (en fondos no consolidados) Flujos Unidireccionales Flujo transverso, formas asimétricas ripples y dunas 2D y 3D Flujos Bi-directionales (oscillatorios) Ripples simétricos de cresta recta Flujos combinados Hummockies

22 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas unidirecionais Regime baixo Sem movimento: velocidade inferior ao limiar crítico de extracção Ripples: de crista rectilínea (2d) a sinuosos e linguóides (3d) com o aumento da velocidade do fluxo Dunas: (2d) sand waves com crista rectilínea a (3d) megarripples com cristas e sulcos sinuosos ou semilunares

23 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas unidirecionais

24 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas unidirecionais Regime alto Fundo plano: as partículas movem-se de forma contínua num fundo arrasado e sem releve Antidunas: formas de fondo com baixo releve; movimentos de grãos constantes e as formas de fondo movem-se contra-corrente ou são estáticas (geram upstream lamination)

25 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas unidirecionais Com variações no tamanho do grão e velocidade do fluxo Para areia <~0,2 mm: Sem dunas Para areia ~0,2 a 0,8 mm Sequência ideal de morfologias Para areia > 0,8 mm Sem ripples (rugas)

26 6 - Dinâmica das formas de fundo
Macroformas unidirecionais

27 6 - Dinâmica das formas de fundo
Macroformas unidirecionais

28 6 - Dinâmica das formas de fundo
Formas de fundo geradas pela ondulação


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