T2-Propiedades hidráulicas elementales

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1HIDROGEOLOGÍA

Licenciatura en Ciencias AmbientalesLuis F. Rebollo

Departamento de Geología -UAH

Tema 2Tema 2

PROPIEDADES HIDRPROPIEDADES HIDRÁÁULICAS ULICAS ELEMENTALES DE LOS MEDIOS ELEMENTALES DE LOS MEDIOS

SSÓÓLIDOSLIDOS

Luis F. RebolloLuis F. Rebollo

HidrogeologHidrogeologííaa

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T2. PROPIEDADES HIDRT2. PROPIEDADES HIDRÁÁULICAS ULICAS ELEMENTALES DE LOS MEDIOS SELEMENTALES DE LOS MEDIOS SÓÓLIDOSLIDOS

1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.

2.2. Medios porosos y fisurados.Medios porosos y fisurados.

3.3. ParParáámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos de sticos de los medios porosos y fisurados.los medios porosos y fisurados.

3.1. Porosidad total y efectiva.3.1. Porosidad total y efectiva.

3.2. Permeabilidad.3.2. Permeabilidad.

3.3. Transmisividad.3.3. Transmisividad.

3.4. Coeficiente de almacenamiento.3.4. Coeficiente de almacenamiento.

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El medio sólido en que se alojan y a través del cual circulan las aguas subterráneas constituye el marco o soporte físico en el seno del cual se producen los fenómenos hidrodinámicos, hidroquímicos e hidrogeológicos en general.

El medio hidrogeológico está constituido por los depósitos, rocas y, en general, el conjunto de materiales que forman parte del suelo y subsuelo. En él el agua encuentra distintas alternativas:

agua agua gravgravííficafica: puede moverse con libertad (bajo el simple efecto de la gravedad);

agua higroscagua higroscóópica y pelicularpica y pelicular: está fuertemente retenida por atracción eléctrica a la superficie de los granos minerales del medio;

agua capilaragua capilar: está sometida también a succión, retenida por fenómenos de tensión superficial.


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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.

Dependiendo del origen y tipo de los huecos se distinguen diversos medios:

Medios porososMedios porosos (s.s.): son aquéllos formados por agregados de partículas minerales, que dejan intersticios o poros entre ellos, en los cuales se aloja y por los que, eventualmente, circula el agua subterránea. Los poros suelen tener tamaños muy pequeños (micras a milímetros, generalmente), dependiendo de la granulometría de las partículas. Son medios constituidos por depósitos tales como arenas, gravas, arcillas o limos, entre otros.

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Medios fisuradosMedios fisurados: son los formados por rocas que presentan superficies de discontinuidad (diaclasas, fallas, planos de estratificación, pizarrosidad, etc.) por los que circula el agua, como ocurre en las pizarras, cuarcitas o granitos fisurados, por ejemplo. Estas discontinuidades pueden estar abiertas y limpias o, al contrario, rellenas por material poroso. Si están abiertas el agua se moveráfácilmente a través de ellas, y si están rellenas dependerá de la permeabilidad del material de relleno.

Medios Medios kkáársticosrsticos: son un tipo de medios originalmente fisurados sobre roca soluble (yeso, caliza o dolomía, fundamentalmente). Las fisuras se amplían por disolución, pudiendo llegar a formar conductos de tamaño centimétrico o mayor, por los que el agua se mueve con extremada facilidad.

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Medio poroso (s.s.)Medio poroso (s.s.)

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Medio fisurado Medio fisurado

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Medio Medio kkáársticorstico

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Es frecuente la existencia de fisuras en medios porosos, asícomo de cierta porosidad en la roca compacta de los medios fisurados, por lo que debe tenerse en cuenta que muchos medios presentan características comunes a ambos. Son también características inherentes a la mayor parte de los medios sólidos:

la heterogeneidad (variación del valor de ciertas propie-dades del medio de un sector a otro);

la anisotropía (variación del valor de algunas propiedades en función de la dirección considerada).

Sin embargo, por simplificar, habitualmente se consideran los medios como homogéneos e isótropos. No obstante, cualquier cálculo o estimación rigurosa debe introducir dichas singularidades entre los factores a considerar, so pena de incurrir en errores de gran envergadura, especialmente en estudios de detalle.

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Tomado de Freeze & Cherry, 1979

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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.

Los principales parámetros hidráulicos de los medios porosos y fisurados son precisamente aquéllos que los capacitan para almacenar y transmitir el agua en su seno.

Porosidad (m)Porosidad (m)Relación entre el volumen de huecos de un material (Vh) y su volumen total (Vt):

Es una propiedad adimensional, y se expresa normalmente en tantos por ciento. Su valor oscila entre el 1% (rocas muy compactas) y el 50% (en algunos depósitos de grano fino).Los medios sólidos pueden presentar una porosidad primaria(medios porosos s.s., con porosidad intergranular o intersticial), adquirida durante su formación o depósito, o bien una porosidad secundaria (medios fisurados y kársticos, con porosidad por fisuración y por disolución), adquirida con posterioridad a su formación.

m = Vh / Vt

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Tomado de Heath, 1987


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Adquisición de porosidad secundaria por reducción de la porosidad primaria inicial (A) por cementación (B)

y compactación (C) del material.


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Argilitas

Areniscas

Areniscas


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En Hidrogeología tiene gran interés distinguir entre porosidad total y porosidad eficaz o efectiva.

La porosidad efectiva (me) difiere de la anterior en que ésta se refiere exclusivamente a la parte de los huecos que resulta útil para la libre circulación del agua. Relaciona, por tanto, el volumen de agua extraíble del medio -agua gravífica (Vag)- con el volumen total de material:

Es evidente, pues, que el valor de la porosidad total de un determinado medio se reparte entre la porosidad eficaz y la retención específica (re) (volumen o parte del agua que queda retenida en los poros y fisuras del terreno) -equivalente a la capacidad de campo de dicho medio-, siendo ambos valores muy variables en función, sobre todo, del tamaño medio de los granos minerales.

me = Vag / Vt


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Tomado de UK Groundwater Forum


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Tomado de Sanders (1998) y Custodio y Llamas (1983).


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Permeabilidad (K)La permeabilidad o conductividad hidráulica de un material expresa la facilidad que éste presenta para que el agua circule a través de él.

Depende tanto de las características del medio (sobre todo del tamaño medio de los poros, d) como de las propiedades del fluido en cuestión (de la viscosidad, µ, y del peso específico, γ). La permeabilidad intrínseca o específica, o coeficiente de permeabilidad (k0), es un parámetro característico de cada medio en particular, que no depende del fluido:

La permeabilidad tiene dimensiones de velocidad [LT-1], expresándose normalmente en m/día o en cm/seg. Existen materiales con una permeabilidad de diez o más órdenes de magnitud mayor que la de otros considerados "impermeables".

K = C . d2 . γ / µ = k0 . γ / µ

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Tomado de Davis y De Wiest (1971).

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Relación entre la permeabilidad y la compactación del material


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Medios “impermeables”

Medios permeables y muy permeables

Medios “semipermeables”

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Medios permeables

Medios muy permeables

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Medios permeables

Medios muy permeables



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KK

mmtt

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Transmisividad (T)

La transmisividad de un acuífero o medio poroso expresa la facilidad para que el agua circule a través del espesor total de dicho medio. Su valor equivale al producto de la permeabilidad (K) del material por el espesor saturado (b) del acuífero:

Habitualmente, la transmisividad de un medio se expresa en m2/día o en cm2/seg, ya que tiene dimensiones [L2T-1].

T = K . b

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Coeficiente de almacenamiento (S)Coeficiente de almacenamiento (S)

El coeficiente de almacenamiento expresa el volumen de agua que puede ser liberado de un prisma vertical de material poroso de sección unidad y altura igual a la del medio saturado, si se produce un descenso unidad de la superficie piezométrica.

Es un parámetro adimensional, que en los acuíferos libresequivale a la porosidad eficaz, si bien no ocurre así en los acuíferos cautivos y semiconfinados, debido a los efectos mecánicos de compresión del terreno y del agua. En éstos el coeficiente de almacenamiento adquiere valores sensiblemente más bajos (normalmente dos o tres órdenes de magnitud inferiores).


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Acuífero libre

Acuífero confinado

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