EL AGUA EN EL TERRENO EL AGUA EN EL TERRENO

Transcripción

1 EL AGUA EN EL TERRENO Formas de ocurrencia: En estratos permeables del terreno, que pueden almacenar transmitir el agua. Eisten diferentes tipos de formaciones en el terreno que presentan distinta capacidad de almacenar transmitir el agua. Los cuatro grupos principales se clasifican como: Acuíferos: Graas, arenas, materiales calios, con gran capacidad de almacenar transmitir (drenaje alto) Acuitardos: Limos, arenas limosas, arenas arcillosas, con gran capacidad de almacenar, pero con dificultad para transmitir (drenaje medio a bajo) Acuiclusos: Arcillas, arcillas plásticas, limos arcillosos, con gran capacidad de almacenar, pero no tiene posibilidad de transmitir (drenaje dificultoso). Acuifugos: Rocas compactas, granitos gneises, no almacenan ni trasmiten agua, salo que eistan fracturas que permitan flujos. EL AGUA EN EL TERRENO 1

2 EL AGUA EN EL TERRENO EL AGUA EN EL TERRENO

3 EL AGUA EN EL TERRENO Tipo Capacidad de almacenar Capacidad de drenar Capacidad de transmitir Formaciones características Acuíferos Alta Alta Alta Graas, arenas, calias Acuitardos Acuiclusos Alta Alta Media/Baja Mu Baja Baja Nula Limos, arenas limosas arcillosas Arcilllas Acuifugos Nula Nula Nula Granitos, gneises, mármoles MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS ACUIFEROS En el suelo el subsuelo el agua se muee de acuerdo a características propias lees particulares. Se pueden identificar cuatro onas con diferentes características 3

4 MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS ACUIFEROS Moimiento en el Suelo superficial: Corresponde al estrato superficial que está en contacto con la atmósfera, en general son suelos de alta porosidad con abundancia de materia orgánica que pueden presentar altos contenidos de umedad. El moimiento del agua está caracteriado por fenómenos de almacenamiento, eaporación transpiración. En este estrato es posible almacenar una cantidad de agua que depende de la capacidad de campo (umedad máima que puede almacenar), punto de marcites permanente (umedad mínima necesaria para que las plantas puedan sobreiir), profundidad radicular media densidad aparente. Cuando el suelo se satura, el ecedente escurre superficialmente /o desciende por efecto de la graedad en un proceso de filtración acia la ona saturada. MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS ACUIFEROS Moimiento en la ona no saturada: En esta ona el moimiento del agua está determinado por la fuera de graedad, por lo tanto, su componente ertical descendente es la más importante. Moimiento en la ona capilar: En esta ona de transición el moimiento se debe a la absorción capilar de la parte de la formación acuífera situada sobre la ona saturada. Moimiento en ona saturada: Corresponde al estrato donde el agua satura totalmente los poros. El agua en esta ona se muee desde puntos de maor niel pieométrico a puntos de menor niel pieométrico, es decir de onas de maor a menor energía. Por lo tanto, en esta ona el agua puede moerse en sentido oriontal ertical ascendente o descendente. 4

5 MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS SUELOS Los conceptos de flujo en un medio poroso permiten eplicar el moimiento del agua en los suelos. La forma de epresar la energía en un determinado punto del fluido en moimiento se define a partir del Teorema de Bernoulli: : H = + u/γ w + /g H = Es la carga idráulica de un determinado punto del fluido Z = Es la altura geométrica del punto del fluido, que se mide desde un plano de referencia elegido arbitrariamente (=0) u/γ w = Es la altura de presión, siendo u la presión del agua en el punto del fluido /g = Es la altura de elocidad, donde es la elocidad del flujo en el punto del fluido Los términos Z u/γ w representan energía de posición (potencial) el término /g el tercer término corresponde a energía cinética. MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS SUELOS Para el caso de un fluido perfecto e incompresible sujeto a un flujo permanente estacionario, la carga idráulica se mantiene constante. Entre dos puntos cualquiera del fluido en moimiento se mantiene la energía global dada por la carga H, transfiriéndose dica energía de unos términos a otros, altura geométrica, de presión o de elocidad A + u A /γ w + A /g = B + u B /γ w + B /g 5

6 MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS SUELOS Cualquier obstáculo que se oponga al paso del agua (partículas de suelo), entre dos puntos, produce una pérdida de carga H. Para que eista flujo de agua en el suelo es necesaria una diferencia de carga idráulica, de manera que el agua circula desde puntos de maor carga idráulica acia puntos de menor carga idráulica. El trabajo inertido para encer la resistencia del obstáculo queda representado por: H = H A -H B PRESIONES HIDROSTATICAS Para el caso de un fluido en reposo en un recipiente estanco, cua elocidad de flujo es nula, el teorema de Bernoulli queda reducido a: = + u/γ w Donde se denomina altura pieométrica. 6

7 PRESIONES HIDROSTATICAS Asumiendo que es constante en toda la masa líquida, se puede determinar la presión de agua en cualquier punto del fluido. Para determinar la altura pieométrica en un punto A ubicado en la superficie del recipiente se aplica el teorema de Bernoulli: A = A + u A /γ w PRESIONES HIDROSTATICAS Para determinar la altura pieométrica en un punto B ubicado en una ona intermedia del recipiente se aplica el teorema de Bernoulli: B = B + u B /γ w Asumiendo que u A está a la presión atmosférica, su alor es nulo que por el teorema de Bernoulli se sabe que: A = B Entonces la presión idrostática en el punto B se puede despejar a partir de: B = B + u B /γ w = A = A Quedando: u B = γ w ( A B ) = γ w c Por lo tanto se demuestra que la presión idrostática en un punto de un fluido situado a una profundidad bajo su superficie libre es igual al producto de la densidad del líquido por la profundidad del punto. 7

8 PERDIDAS DE CARGA El paso del agua a traés del suelo ocurre entre los poros interconectados. En consecuencia el flujo de agua se recorre un camino serpenteado con gran cantidad de obstáculos, que producirán pérdidas de carga idráulica. La granulometría del suelo incide directamente en la facilidad o la dificultad para que se produca un flujo de agua. Los suelos granulares presentan tamaños de poros que ofrecen facilidad para el flujo de agua pérdidas de carga moderadas. Los suelos finos, especialmente las arcillas que presentan tamaños de poros mu pequeños, del orden de las micras, que ofrecen dificultades para el flujo de agua grandes pérdidas de carga. MOVIMIENTO DEL AGUA EN LOS SUELOS Cualquier obstáculo que se oponga al paso del agua (partículas de suelo), entre dos puntos, produce una pérdida de carga H. Para que eista flujo de agua en el suelo es necesaria una diferencia de carga idráulica, de manera que el agua circula desde puntos de maor carga idráulica acia puntos de menor carga idráulica. El trabajo inertido para encer la resistencia del obstáculo queda representado por: H = H A -H B 8

9 PERMEABILIDAD DEL SUELO La facilidad de paso del agua a traés de los poros interconectados del suelo se mide mediante el parámetro denominado coeficiente de permeabilidad k. La permeabilidad del suelo depende de factores como: La granulometría del suelo La densidad del suelo La forma orientación de las partículas del suelo El coeficiente de permeabilidad (k) fue planteado por Darc en 1856 se mide en unidades de elocidad m/s; m/día; cm/s. PERMEABILIDAD DEL SUELO El agua circula en el terreno desde un punto A de maor altura pieométrica a un punto B de menor altura pieométrica ( A > B ), produciéndose un pérdida de carga. Esta pérdida de carga se produce en una longitud L, que representa la distancia que separa los puntos seleccionados a lo largo de una línea de corriente. El gradiente idráulico se puede definir como la pérdida de carga (altura pieométrica) por unidad de longitud: i = L i = gradiente idráulico = pérdida de carga L = longitud de suelo recorrida por el agua 9

10 LEY DE DARCY El caudal (Q) que es capa de atraesar un medio permeable, es proporcional a la sección del medio permeable (A) al gradiente idráulico de entrada salida en el medio (i) La elocidad media del agua () a traés de una sección macroscópica de suelo es proporcional al gradiente idráulico (i). Q = kai = k = ki L La le de Darc es álida para el caso de régimen de flujo laminar (Re < 4) FLUJO ESTACIONARIO EN UN MEDIO ISOTROPO La le de Darc generaliada puede epresarse a partir de las siguientes epresiones: = k = k = k Asumiendo que: El agua es incompresible u son función eclusia de la posición ; ;. El suelo tiene densidad constante está saturado 10

11 11 FLUJO ESTACIONARIO EN UN MEDIO ISOTROPO Se puede establecer matemáticamente la ecuación de conseración de la masa, que define para un régimen de flujo estacionario en el cual el agua que entra en una unidad de suelo por unidad de tiempo es igual a la que sale. Quedando: = La le de Darc generaliada a tres dimensiones puede epresarse a partir de:, k =, k = k = sustituendo: 0 = + + k k k FLUJO ESTACIONARIO EN UN MEDIO ISOTROPO si el medio es isótropo (k = k = k ): 0; = = Que corresponde a la Ecuación de Laplace que puede ser aplicada a problemas de flujo como el del agua en un medio poroso. Esta ecuación puede ser resuelta gráficamente utiliando dos familias de curas ortogonales entre sí, bajo ciertas condiciones.

12 FLUJO ESTACIONARIO EN UN MEDIO ISOTROPO 1