El documento presenta información sobre el flujo de fluidos en medios porosos. Brevemente describe: 1) Los primeros estudios sobre la infiltración de agua en la tierra realizados por Vitrubio y Perrault; 2) El establecimiento de las leyes de infiltración por Darcy en el siglo XIX; 3) Conceptos clave como permeabilidad, gradiente hidráulico y transmisibilidad.
2. Flujo en medios Porosos
( antecedentes)
• Las primeras citas se remontan a Vitrubio (Siglo I AC) quien observa que el
agua fundida de las nieves se infiltra en los intersticios de la tierra, alcanza el
pie de los contrafuertes montañosos y contribuye a alimentar las fuentes.
• En 1674 Perrault mide para reconocer el origen de las fuentes subterráneas.
Postula hipotéticos ascensos o secreciones en estado liquido o vapor.
Reconoce la infiltración del agua de lluvia. Decide estudiar el caudal del Río
Sena en su cabecera y determina que es de 10 m3/a.Las lluvias entre 1668 y
1670 dan una medida de 530mm/a, la cuenca vertiente es de 121Km2 y el
volumen de lluvias es del orden de 60Mm3/a; es decir casi 6 veces el caudal
del Sena en sus cabeceras.
• En 1686 el Abate Mariotte extiende el balance a la cuenca aguas arriba de
Paris (60.000Km2) el volumen de lluvia es 8 veces mayor que el desagüe.
• En 1691 Ramazini explica por primera vez las fuentes surgentes de Modena,
su depósito esta situado por encima de ella.
• Darcy (1803-1858) estableció las leyes de la infiltración.
3. Flujos en medios Porosos
• Contexto: contenidos metodológicos y conceptuales del curso de Física. A
partir de la aplicación del Teorema de Bernoulli y con las modelizaciones
de:
– Fluido Ideal.
– Líneas de corrientes en flujos estacionarios.
• Enfoque más complejo, considera la “fricción” entre las laminas del fluido:
viscosidad.
• Se modeliza también el medio:
– las características de los poros,
– Las características de los clastos,
– Las texturas y estructuras de la formación.
4. Flujo en medios Porosos
Conceptos:
• ACUÍFERO: modelo de unidad geológica de estructura permeable que
permite recibir, almacenar y transmitir agua a través del material que lo
constituye.
• GRADIENTE HIDRAULICO: I = h1-h2/L. Donde I= dh/dl Es un
número adimensional (dh= diferencia de posicion en la vertical y
dl=longitud entre esos dos puntos)
• PERMEABILIDAD (K): caudal de agua que filtra a través de una sección de
terreno unidad, bajo una carga producida por un gradiente hidráulico
unitario.
• El caudal será: Q= K.S.I
• K: coeficiente de permeabilidad: depende del medio y del fluido: viscosidad
y densidad y del tamaño de los poros.
• C factor que considera la disposición de los granos, estratificación,
compactación .
• Llamada conductibilidad hidráulica k=(Ro/mu) C.d2
• Expresada en unidades de velocidad.
7. Velocidades
• Velocidad aparente: Deducida a partir de Darcy, es la relación del caudal
escurrido ( Q) a la sección( A).
• Va= Q/A = K.I
• Velocidad efectiva: es la velocidad real de escurrimiento según la porosidad
efectiva del medio.
• Ve= Va/Pefec = KI/Pefec
• Porosidad efectiva: Porosidad que tiene en cuenta únicamente el volumen de
los espacios porosos intercomunicados respecto al volumen total de la roca.
• Coef de forma: depende de la porosidad, empaquetamiento, relaciones y forma
de los clastos.
• K=k(K)
δ/μ δ: P esp μ: viscosidad
• k(K)
= C. d2
donde d2
diámetro medio de los clastos
8. Transmisibilidad
• Es el caudal que filtra a través de una sección unitaria
vertical del terreno y de altura igual a la del acuífero
saturado, bajo gradiente unitario y temperatura constante.
• En el grafico siguiente se ve la diferencia entre T y K
(Permeabilidad o Conductibilidad Hidráulica).
11. • En cada punto del medio poroso puede conocerse la presión
colocando un tubito vertical abierto. En el equilibrio, la
altura de fluido será la correspondiente a esa presión.
• Ese tubo se llama piezómetro. Para compararlos debemos
asociarlos a un plano de referencia cero, usualmente el nivel
del mar.
• En un acuífero libre (napa freática) despreciando los efectos
de capilaridad, podemos considerar que la superficie freática
está a presión atmosférica.
13. • Construcción de una red piezométrica, sus
registros piezométricos y confección de un mapa
de red de flujo del agua subterránea.
• El mapa es el documento cartográfico que
permitirá conocer gran parte del comportamiento
del agua subterránea de la zona y extraer
conclusiones.
Ejemplo de estudio
14.
15.
16. La Plata y alrededores,
contexto natural y antrópico
26. Algunas conclusiones:
• Estos estudios permiten conocer el estado de situación del agua
subterránea de la región, en toda la complejidad del sistema
subterráneo y su relación con la fase superficial.
• Las conclusiones muestran la situación a la fecha de la toma de
datos. En el transcurso del tiempo se esperan cambios
significativos en el sistema subterráneo.
• Las relaciones entre superficie y ámbito subterráneo pueden no
ser directas ni lineales. Lo que se haga en superficie podrá
repercutir de diversas maneras en el medio subterráneo.
• La disposición de los piezómetros adecuadamente diseñados
permitirá un seguimiento temporal, junto con las
correspondientes tomas de muestras para conocer el devenir del
medio subterráneo.
27. Conclusiones
• La fundamentación teórica de los modelos empleados
(físicos, geológicos, geomorfológicos e hidrogeológicos)
permite ajustar las interpretaciones de los datos ,
respaldar o rechazar argumentaciones interpretativas y
validar o no las conclusiones.
• Es fundamental explicitar
– el marco teórico,
– los supuestos implicados,
– El carácter temporario de las conclusiones.
28. Bibliografia
• Hidrogeologia Practica.Pulido JL.1978 Urmo SA
• Relatorio XVI Congreso Geologico Argentino.Auge M.
Hidrogeologia de La Plata. La plata 2005
• Agua Subterránea.Explotación y su uso agropecuario.Sainato,C.
Galindo G. Y Heredia O. Edit. Fac. Agronomía UBA.
• EASNE CFI PBA.Cuenca del Rio Lujan..Mapa Isofreatico.