TEMA 8. HIDROLOGÍA. AGUA EN EL TERRENO

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María Ángeles Herrera Olivares
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1 TEMA 8. HIDROLOGÍA. AGUA EN EL TERRENO Hidrlgía es la ciencia que estudia el agua subterránea. El agua que se encuentra entre ls huecs del terren y que puede circular. El agua subterránea se utiliza para abastecimient, regadí industria. Esta agua existente en el terren puede perjudicar en las bras civiles: Altera las prpiedades físicas del terren: - Disminuye la chesión. - Prduce hinchamient (yess). - Altera la presión (murs de carga). - Prducen dislución. Perturba la ejecución de las bras: - Cimentacines (rebajar el nivel freátic). - Túneles. - Presas. - Taludes. Ecuación de balance hídric: P = E + EVT + I + ΔR PRECIPITACIÓN (P): Se mide en litrs/ m^2 = mm de altura. Ls dats se presentan mediante isyetas, medidas de la P en una cuenca. Media aritmética: Pm = P1+P2+P3 Pn n Plígns de Thyessen: Pm = P1.S1+P2.S2+P3.S3+ Pn.Sn Métd de las isyetas: Pm = P1+P2 2 ESCORRENTÍA (E): Se mide en afrs. Existen fórmulas empíricas (Cutagne): S1+S2+S3+ Sn.S1+ P2+P3.S2+ Pn 1+Pn.Sn S1+S2+S3+ Sn E = β. P 2/3 Siend cncid β= (znas secas) (znas muy lluvisas). EVAPOTRANSPIRACIÓN (EVT): Pérdidas de agua pr evapración transpiración. Se estiman pr cálculs btenids en experiments. Thrnthwaite (EVP ptencial): EVTp = N. d. d. ε N: nº hras al sl d: nº días del mes. ε: evaptranspiración ptencial medida. P: precipitación E: escrrentía EVT: evap-transpiración I: infiltración ΔR: variación de reservas ε = 16(10. t I )a (mm/día) T: temperatura media del día. I: índice calr anual a= cncid.

TURC ( EVP real): EVTr = P 0.9+ p2 L 2 P: precipitación en mm/añ L: 300+ 25t + 0.025 t 2 t: temperatura media anual. INFILTRACIÓN (I): El agua que se infiltra. Recurss.

Origen de las aguas subterráneas: - Prcede de la precipitación del agua de la lluvia, que se infiltra.

La zna que está saturada pr el agua cnstituye el acuífer. El tech se denmina nivel freátic y esta a presión atmsférica. Ac.

- En la zna capilar (pr absrción). - En la zna saturada ( ispiezas). Ls acuífers pueden ser: - Acuífers: gravas, arenas y calizas.

2 TURC ( EVP real): EVTr = P 0.9+ p2 L 2 P: precipitación en mm/añ L: t t 2 t: temperatura media anual. INFILTRACIÓN (I): El agua que se infiltra. Recurss. I = P E EVT RESERVA DE LOS ACUÍFEROS (±ΔR): Puede que sea 0 si esta n varía. Depende de si se expltan ls recurss. Origen de las aguas subterráneas: - Prcede de la precipitación del agua de la lluvia, que se infiltra. - La expltación de las aguas subterráneas se realiza pr: pzs, galerías y sndes. ACUÍFEROS: El agua infiltrada (I = P - E - EVT) pasa a frmar parte de ls acuífers. La zna que está saturada pr el agua cnstituye el acuífer. El tech se denmina nivel freátic y esta a presión atmsférica. Ac. LIBRE El agua del acuífer se mueve: - En el suel (a l larg de la capacidad de camp). - En la zna n saturada (pr la gravedad, hacia abaj). - En la zna capilar (pr absrción). - En la zna saturada ( ispiezas). Ls acuífers pueden ser: - Acuífers: gravas, arenas y calizas. - Acuitards: gravas limsas y arenas arcillsas. Ac. Cnfinad - Acuicluds: arcillas. - Acuifugs: granit y gneis (trabaj Peñalara). Clasificación de ls acuífers: Según su textura: Acuífers prss (materiales detrítics) Acuífers cárstics y fisurads ( calizas y yess) Acuífers cárstics y prss ( calcarenita) Según su hidráulica y estructura: Acuífers libres. Acuífers semicnfinads. Acuífers cnfinads cautivs. Ac. Semicnfinad

FUNCIONAMIENTO HIDRODINÁMICO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ACUÍFEROS PARÁMETROS HIDROLÓGICOS: - Prsidad (n) - Permeabilidad (K) - Transmisibilidad (T) - Ceficiente de almacenamient (S) Prsidad (n): es

La prsidad dependerá del terren: la frma y tamañ del gran, fisuración, dislución, n = Vhuecs Vt Vs x100 = x100 Vttal Vt agua extraible pr gravedad - Prsidad eficaz (n e): ne = - Prsidad específica

3 FUNCIONAMIENTO HIDRODINÁMICO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ACUÍFEROS PARÁMETROS HIDROLÓGICOS: - Prsidad (n) - Permeabilidad (K) - Transmisibilidad (T) - Ceficiente de almacenamient (S) Prsidad (n): es el cnjunt de huecs del terren en %, en relación cn el vlumen ttal. La prsidad dependerá del terren: la frma y tamañ del gran, fisuración, dislución, n = Vhuecs Vt Vs x100 = x100 Vttal Vt agua extraible pr gravedad - Prsidad eficaz (n e): ne = - Prsidad específica (Re): agua de cnstitución + agua inhibición - Prsidad ttal (n t): nt = ne + Re Vt x100 Permeabilidad (K): se mide en [m/día], es la capacidad del terren para dejar pasar agua a su través. *Ceficiente de permeabilidad: es el caudal (Q) que se filtra a través de una sección unidad de terren, cn un gradiente unidad (i=1), entrand el agua a Tª fija. Transmisividad (T): se mide en [m 2 /día], es el caudal (Q) que se filtra a través de una sección unidad del terren, de anch la unidad y altura la del acuífer; cuy gradiente es la unidad a una temperatura fija. T = K. b siend b: altura del acuífer. ** LEY DE DARCY: rige el mvimient del agua en un acuífer y establece que el fluj a través de un medi prs es prprcinal a la perdida de carga, a la sección cnsiderada, y a la cnductividad hidráulica (permeabilidad K). h1 h2 Q = v. S ; v = k. i ; Q = k. i. S i = L

4 Ceficiente de almacenamient (S): - En acuífers libres: el vlumen de agua extraíble de una unidad de acuífer saturad. Prsidad eficaz. - En acuífers cmbinads: el vlumen de agua extraíble de una clumna vertical de terren que tiene pr base la unidad y altura la media del acuífer (b), para rebajar el nivel una unidad. MEDIDA DE LA PERMEABILIDAD: 1. Tablas: 2. Ensays en labratri: - Permeámetr de carga fija: se usa para arenas, ya que sn muy permeables y si n se mantiene la carga absrberían tda el agua de carga rápidamente. - Permeámetr de carga variable: se usa para arcillas, que sn pc permeables y pr l tant ns vale cn la carga que tenems y n hace falta suministrar más. 3. Ensays in situ : - En excavacines (suels): cargas cnstantes cargas variables. - En pzs: ensays pr bmbe. Métd de Haefeli: se basa en llenar una excavación cn agua hasta una altura cualquiera. Pudiend dejar el nivel del agua cnstante y midiend el caudal necesari para ell; manteniend la velcidad de descens del nivel cnstante. Kcte = Q b 2. 1 (27 h b + α) ; K = Vcte b: lad base inferir (cm) h: altura agua (cm) α: capacidad del terren (3) V: velcidad de descens

Métd de Matsu: se realiza en el interir de excavacines en suels saturads y semisaturads.

de canaleta (cuya lngitud debe ser much mayr que la anchura).

Q: caudal necesari para mantener llena la canaleta. H: altura canaleta.

$Ln R H2 P: prfundidad perfración. E: entubación. H: tram ensayad.$

5 Métd de Matsu: se realiza en el interir de excavacines en suels saturads y semisaturads. La permeabilidad (K) se determinará a partir del caudal infiltrad en la excavación cn frma de canaleta (cuya lngitud debe ser much mayr que la anchura). B = Q K Ensays Lefranc: 2H K = Q N+2H B: anch canaleta. Q: caudal necesari para mantener llena la canaleta. H: altura canaleta. Cn carga fija: Cn carga variable: K = [ Ln(2h d ) 2πh ]. Q H K = r 2 2. l. (t2 t1). Ln l H1. Ln R H2 P: prfundidad perfración. E: entubación. H: tram ensayad. H: carga piezmétrica H1: altura de la clumna de agua en tiemp 1 (t1) H2: altura de la clumna de agua en tiemp 2 (t2) En sndes: ensay para macizs rcss sin acuífers pr encima del nivel freátic. K = Q 5,5. R. H

6 Ensay Lugen: en sndes, para rcas. Cnsiste en ensayar un tram de 5m inyectand agua cn presión de hasta 10 kg/cm 2 durante 10 minuts. Httal= Hbmba+ H1 H2 P = Q C [ l m x min ] Q: caudal en 10 min. C: tram ensayad (5 m) FORMULA DE THIEM: Ac. Libre: Q = 2π.K.m Ln( r2 r1 ) (s1 s2) Q: caudal K: permeabilidad (K= T/m) Ac. Cnfinad: Q = 2π.K.m Ln( r2 r1 ) (s1 s2)

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