2. Procese mecanice. Formarea, dinamica si acumularea clastelor.

Proprietatile mecanice ale curgerilor.

Conf dr. Relu D. ROBAN

Genezaclastelor

Procese mecanice(physical weathering)

Procese chimice(chemical weathering)

Procese biotice

Relaxare barica

Termoclastie

Crioclastie

Umectare-uscare

Haloclastie

Solubilizare (dizolvare)

Hidroliza-Hidratare

Oxidare

BioturbatieExcavatii (burows)

Sfredelire (borings)

Radacini

dudy

τ µ=

dydu /τµ =

ρµν =

τ- stres tangenţial,μ=vascozitate dinamică, ν = vascozitate cinematicăρ= densitatea fluidului

Proprietatile mecanice ale fluidelor

Cheel (2005)

Clasificarea curgerilor

• newtoniene – nu prezintă modificări de vâscozitate când rata deformărilor creşte

• nenewtoniene (Bingam) – incep sa curga dupa depasirea varorii tensiunii tangentialecritice (yeld stress). Pana la acel moment au comportament solid (plug flow)

τ c= tensiunea de forfecare critica = yield stress

in realitate fluidele prezinta vascozitate variabila în funcţie de rata deformărilor

cτ

in realitate fluidele prezinta vascozitate variabila în funcţie stress ( ) si rata deformarilor (dU/dy)

Shear thickening liquids, whose viscosity increases with the rate of shear strain.Vascozitatea creste cu cresterea deformarii(strain)Shear thinning liquids, whose viscosity decreases with the rate of shear strain.Vascozitatea scade cu scaderea deformariiThixotropic liquids, that become less viscous over time when shaken, agitated, or otherwise stressed.Rheopectic liquids, that become more viscous over time when shaken, agitated, or otherwise stressed.Bingham plastics that behave as a solid at low stresses but flows as a viscous fluid at high stresses.

τ

Fluidele care curg gravitaţional pot fi împarţie în mai multe categorii în funcţie de o serie de numere adimensionale determinate empiric.- Nr. Lui Reynolds- Nr. Lui Froudeµ

ρ=

UDRν

=UDR

undeμ=vascozitate dinamică,ν = vascozitate cinematică,ρ= m/V [g/cm3]- densitatea fluidului,U= viteza curgerii,D= adâncimea apei;τ- stres tangenţial

;

curgeri: laminare R<1000

de tranzitie 1000<R<2000

turbulente R>2000

Nr. Lui Reynolds (R)

Cheel (2005)

Nr. lui Froude (F)

Celeritatea (viteza de propagare) a valurilorgravitationale pe suprafata apei

F<1 regim subcriticF=1 regim critic F>1 regim supracritic

gDUF =

unde g = acceleraţia gravitaţională

gD

Deplasarea sedimentelor

• Curgeri fluidale (acvatice, eoliene) unidirectionale

• Curgeri fluidale acvatice oscilatorii sicombinate

• Curgeri gravitationale

Evaluare

• Definiti notiunile: • stress• strain • vascozitate• curgere fluidala• curgere plastica• curgere laminara• curgere turbulenta• regim de curgere subcritic si critic

3. Curenţi fluidali unidirectionali, acvatici si subaerieni.

Structuri sedimentare specifice.

Lect dr. Relu D. ROBAN

Distributia vitezelor in curgerile laminare si turbulente (Cheel, 2005)

Curent liber- free stream

Stratul limita (boundary layer)=limita deformarilor interne.In zona de curent liber, τ=0

Subdiviziunile unei curgeri turbulente

(Cheel, 2005)

Structuri ale curgerii la scara mare in stratul extern

i) Curgeri secundare- cicloide

Cheel, (2005)

ii) Eddies- vortexuri

Separarea curgerii:s- punctul separariia- punctul atasarii - eroziune

Structuri la scara mica in substratul vascos

i) Streaks – striatii, dungi

ii) Bursts and sweeps

Burst: Ejectarea unor portiunide viteza mica din substratulvascos in substratul extern

Sweep:.Injectia fluidului din substratul extern in substratul vascos

Cum pot fi clastele antrenate in miscare?

vitezapresiune

In timpul curgerii, deasupra unui clast, viteza fluidului creste iar prin compensarepresiunea scade. Apare o forta portanta care antreneaza particulele in miscare

Principiul conservarii masei

presiunea totală în lungul unei linii de curent într-un fluid incompresibil și lipsit de vâscozitate, aflat în curgere staționară, este constantă

Modalitatea deplasării clastelor în mediul fluid – curenti tractivi- unidirectionali

Segmentele liniare pe curba cumulativă şi semnificaţia acestora în termenii dinamicii sedimentelor, Visher, (1969) din Mc. Manus (1988).

Diagrama Hjulstrom. Se poate vedea viteza critică necesară pentru granulometia dată. Diagrama estevalabilă pentru adâncimi de max. 1 m. După Sundborg (1956), în Miall (note de curs)

Pragul antrenării în mişcare a sedimentelor

Pentru a mentine clastele in suspensie este necesar caV (componenta verticala a turbulentei) sa fie mai mare sau egala cu ω(viteza de decantare)

Efecte asupra substratului si structuri specifice:

Ruditelor

Lutitelor

Arenitelor

Tipuri de structuri sedimentare

Criteriul descriptiv: • structuri interne• structuri ale suprafetelor de strat

Criteriul genetic (modul formarii): • structuri erozionale• constructionale (interne)

Criteriul genetic (momentul formarii): • sindepozitionale• postdepozitionale (deformationale)

Acumularea clastelor

agradare

progradare

retrogradare

acretie laterala

Strat si lamina

Boogs Jr. (2006)

10

3

1

0.3

0.1

lamina

Limite

Stratificatii-laminatii incrucisate - terminologie

Cheel, 2005

Structuri interne: strat, layer, diviziune, banda(terminologie)

Cheel (2005)

Structuri ruditice

Imbricatia

Bara arcuitaAcretie laterala

Detaliu bara arcuita domeniu fluviatil: > 15 grade inclinare imbricatie plan dL-dI

Bara de bioclaste -plaja- < 15 grade inclinare imbricatie plan dL-dI

Biocaste imbricate – plaja (photo by J. Sents - 2011)

Tipuri de imbricatie a galetilor

pseudoimbricatieimbricatie inversa

imbricatie normala Fara imbricatie

Anastasiu si Jipa (1973)

Nichols (2007)

Structuri erozionale conservate ca mulaje pe substrat malos (lutit +silt)- Caneluri de eroziune (flute marks)- Urme de dragaj (grooves)

Structuri lutitice si siltice

Caneluri de eroziune(pastrate pe suprafata inferioara a stratelor)

Structuri erozionale – suprafata de strat (mulaje)

Structuri erozionale – suprafata de strat (mulaje)

Creste de dragaj (grooves)

Urme de lovire (bounce marks)

Structuri erozionale – suprafata de strat (mulaje)

Bed forms are not in phase with the water surface.

Bed forms are in phase with the water surface.

Structuri areniticeforme de fund (bed forms)

F– Froude nr.

Formele de fund ale curentilor unidirectionali si diagramele de stabilitate

termenii folosiţi în descrierea formelor de fund asimetrice, (Cheel, 2005)

Geneza ondulatiilor: separarea curgerii

AvalansaDecantarefallout

Punct de separarePunct de atasare

eroziune

Termenii folosiţi în descrierea formelor de fund (vedere în plan) asimetrice (ondulaţii şi dune). După Allen, (1968), Blatt, Middleton şi Murray

(1980) în Cheel (2005).

2D 3D

Ondulatii de curent

Dunele

Diferenţa dimensională înălţime vs spaţiere (lungime de undă) dintre ondulaţii şi dune în Cheel (2005)

Relaţia dintre adâncime şi formarea dunelor 2 D şi 3D

Miall, note de curs

Cheel (2005)

Arkansas River near Tulsa, Oklahoma

Approximately two-dimensional dunes, formed at relatively low flow velocity. The superimposed ripples probably formed during waning flow.

2D 3D

Dune

Miall, note de curs

Platte River

Pat plan superior- parting lineation

Miall, note de curs

Formarea stratificatiei-laminatiei incrucisate

Cheel (2005)

De ce percepem laminatia?-contrast granulometric (A, B) -contrast litologic (C)

Tipuri de stratificatii incrucisate

Cheel, 2005

Semnificatia stratificatiilorincrucisate

Angulare: avalansa

Tangentiale: avalansa +decantaredin suspensii

Sigmoidale: avalansa+ decanare+ rata de sedimentare>

Cheel, 2005

Forme de stratificaţii/laminatii interne construcţionaleîncrucişaterezulate ca efectal agradării şimigrării lateraleale ondulaţiilor2D, în Cheel(2005).

Structuri arenitice constructionale – ondulatii 2D

Miall, note de curs

Cross lamination ,climbing ripples, Quaternar, Ottawa, în Miall, note de curs

Forme de stratificaţie încrucişată la scară mare rezultate prin migrarea şi agradareadunelor 2D şi 3D. După Allen, (1970) în Cheel (2005).

Large-scale planar cross-bedding Miall, note de curs

Trough cross beddingMiall, note de curs

Regim de curgere superior – arenit cu laminatii paralele

Laminatii paralele in regim superior - upper plane bed (traction carpet):- nu exista forme de fund sau neregularitati mai mari decat diametrul granulelor- granulele se deplaseaza continuu- grosime: de la una la cateva particule

True antidunes (upstream migrating waves) have the following cyclical behavior:

Antidune:- granulometrie– nisip, de la fin la grosier- forme de fund- in faza cu suprafata curentului (F=1, sau F>1)- Standing waves – valuri stationare, sedimentul migreaza in aval sau creste

agradant- Breaking waves – valuri in spargere -migrare in amonte a sedimentului- inaltime: milimetri pana la 50 cm- lungime ~ 12x inaltime- se pastreaza rar

Breaking WavesStanding Waves

Modern river in AlaskaShowing standing waves and breaking waves

Antidunes on modern beach,S. Carolina

Flow direction(both pictures)

Antidunes

Evaluare

• Subdiviziunile unei curgeri turbulente• Curgere pe pat rugos si fin• Ciclurile burst and sweep• Separarea curgerii• Antrenarea clastelor in miscare. Principiul

conservarii masei. Efectul Bernoulli• Eroziunea substratului- Diagrama Hjulstrom• Forme de fund generate de curenti fluidali

unidirectionali• Anatomia unei ondulatii• Mecanism de micrare si agradare a

ondulatiilor. Procese si morfologii structuralede detaliu

• Structuri sedimentare generate de curentiunidirectionali fluidali: rudite, lutite, arenite