resumen de estimacon de conductividad hidraulica

1. ESTIMACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA Y
CONTENIDO DE FINOS A PARTIR DE LEYES
EXPERIMENTALES QUE RELACIONAN
PARÁMETROS HIDRÁULICOS Y ELÉCTRICOS
DAVID JOEL ESPINOZA INGA

2.  En el presente trabajo, se utilizan dos leyes empíricas para determinar la
conductividad hidráulica (K) y el contenido de finos © en un medio
granular saturado. La primera ley relaciona la conductividad eléctrica (σo)
con el agua saturante (σw), considerando factores como el factor de
formación (F), la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y el contenido
de finos en el subsuelo. A partir de datos de 18 muestras de materiales de
6 pozos, se obtiene una ecuación que relaciona σo con σw y C, con un
valor de ajuste R=0.97.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
 Conocer el valor de la conductividad hidráulica es crucial en diversas
acciones relacionadas con el agua. Estas incluyen la explotación y
gestión de agua potable y riego, así como la definición de perímetros
de protección para las captaciones. Además, la conductividad hidráulica
es fundamental en modelos de simulación y gestión que regulan los
sistemas de explotación y monitoreo de aguas subterráneas

4.  PROBLEMA GENERAL
 ¿Lograre estimar la conductividad hidráulica y contenido de finos a
partir de leyes experimentales que relacionan parámetros hidráulicos y
eléctricos?
 PROBLEMAS ESPECIFICOS
 ¿Cómo se pueden estimar la conductividad hidráulica y el contenido de
finos en un medio saturado granular utilizando leyes experimentales
que relacionan parámetros hidráulicos y eléctricos?

5.  OBJETIVO GENERAL
Obtener la conductividad hidráulica (K) y el contenido de finos de un
medio saturado granular utilizando dos leyes empíricas que correlacionan
parámetros hidráulicos y eléctricos.
 OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Estimar Conductividad Hidráulica y Contenido de Finos.
 Relacionar Parámetros Hidráulicos y Eléctricos.
 Caracterizar Materiales del Subsuelo

6.  JUSTIFICACIÓN
 El proyecto de investigación propuesto tiene como objetivo obtener la
conductividad hidráulica (K) y el contenido de finos en un medio
saturado granular mediante el uso de leyes experimentales que
relacionan parámetros hidráulicos y eléctricos. Esta investigación es
crucial debido a la necesidad de optimizar la gestión del agua en áreas
agrícolas dentro de la zona de estudios. La aplicación práctica de los
resultados beneficiará a agricultores, comunidades locales y al medio
ambiente, al tiempo que contribuirá al conocimiento científico en
hidrología y agricultura..

7.  ESPACIAL El área de investigación
se ubica en el municipio de
Guasave, Sinaloa, México. Sus
coordenadas geográficas son 25°
34´ 37” de latitud norte y 108°
26´ 49.9” a 108° 28´57” de
longitud oeste. La superficie
abarcada es de 15.42 km2. Este
territorio se encuentra sobre un
acuífero sedimentario costero,
compuesto principalmente por
gravas, arenas, limos y arcillas,
que se formaron debido a la
erosión en el flanco occidental
de la Sierra Madre Occidental

8.  Acuifero
 El acuífero viene a ser toda formación geológica capaz de almacenar y
transmitir el agua subterránea a través de ella, pudiendo extraerse en
cantidades significativas mediante pozos u otras obras de captación

9.  Conductividad hidráulica en suelos totalmente saturados
 Aquí, el movimiento del agua en el suelo se controla por la resistencia de la
matriz del suelo para fluir agua y las fuerzas que actúan en cada elemento
o unidad de agua del suelo. Ante ello, la ley de Darcy relaciona la
proporción de flujo con estos dos factores. Es entonces que, el flujo
saturado ocurre cuando la presión del agua de poros es positiva, ósea que
el potencial matricial del suelo viene a ser cero. En ese sentido, la mayoría
de suelos se presenta con el 95% del espacio del poro totalmente lleno con
agua, y el 5% restante se encuentra lleno con aire atrapado.
 Conductividad hidráulica en suelos parcialmente saturados
 Esta situación se da cuando los poros se encuentran parcialmente llenos de
agua por lo que su contenido de agua es inferior a la porosidad y la presión
presión del fluido es menor a la atmosférica. En ese sentido, se puede
verificar que la ley de Darcy es 10 válida para flujo de agua en medios
parcialmente saturados, con la condición de que la conductividad hidráulica
hidráulica sea dependiente con el contenido de humedad.

10.  Variable independiente (X):
Conductividad Eléctrica del Medio Granular Saturado (σo): Representa la capacidad del
medio para conducir electricidad y está relacionada con la presencia de finos y la
conductividad del agua de saturación.
Contenido de Finos : Indica la proporción de partículas finas (arcillas, limos) en el medio
granular
 Variable dependiente (Y):
Conductividad Hidráulica (K): Representa la capacidad del medio para transmitir el
flujo de agua o fluidos. Depende de la estructura porosa, la permeabilidad y la presencia de
finos.

11.  MATERIALES • GPS portátil eTrex H: Para georreferenciar las perforaciones.
 • Equipo Hanna HI98130: Utilizado para determinar la conductividad eléctrica del agua en
cada pozo.
 • Resistivímetro: Un dispositivo propuesto por Shevnin et al. (2004) para medir la
resistividad eléctrica de las muestras de suelo saturadas.
 • Permeámetro de carga variable: Para determinar la conductividad hidráulica de las
muestras de suelo.
 • Acetato de amonio: Empleado para obtener la capacidad de intercambio catiónico (CIC)
de las muestras de suelo.
 • Arreglo tetraelectródico Schlumberger: Utilizado para realizar perfiles de tomografía de
resistividad eléctrica (TRE) y sondeos eléctricos verticales (SEV).

12.  POBLACIÓN La población de estudio incluye el área geológica en el
municipio de Guasave, Sinaloa, México, caracterizada por un acuífero
sedimentario costero formado principalmente por gravas, arenas, limos
y arcillas.
 MUESTRA Para la investigación, se realizaron seis perforaciones de 4
metros de profundidad, de las cuales se obtuvieron 18 muestras de
suelo (de 2 a 4 por cada pozo) para determinar sus características
petrofísicas y texturales en laboratorio.

13.  PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION
 Muestreo y Análisis: Se tomaron muestras de materiales de 6 pozos y se
analizaron para obtener datos petrofísicos y texturales en laboratorio.
 Mediciones Eléctricas: Se realizaron mediciones de resistividad eléctrica en
campo y en laboratorio utilizando un resistivímetro.
 Relaciones Empíricas: Se utilizaron dos leyes empíricas para relacionar la
conductividad eléctrica del medio granular saturado y el agua saturante
con la conductividad hidráulica y el contenido de finos2.
 Modelado Matemático: Se aplicó un modelo matemático para desarrollar
relaciones entre la conductividad hidráulica, el contenido de finos, la
porosidad y la capacidad de intercambio catiónico. 20 Este proceso
permitió caracterizar los materiales del subsuelo y estimar la conductividad
hidráulica y el contenido de finos de manera más rápida y menos costosa
que métodos tradicionales.

14. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Del análisis de la textura de las 18 muestras,
correspondientes a 6 perforaciones, se encontró que en el
52.8% de corresponder a arenas, el 31.9% a limos y en
menor porcentaje arcillas con un 15.3%. En el cuadro 1 se
muestra, las texturas de acuerdo a la técnica de
Bouyoucos, su correspondiente conductividad hidráulica,
porosidad y CIC. Obsérvese que los valores de K
coinciden con la clasificación propuesta por Juárez-
Badillo y Rico Rodríguez (1999), quienes indican que para
arenas muy finas, limos orgánicos e inorgánicos, mezcla
de arena, limo y arcilla y depósitos de arcilla, les
corresponde una K comprendida entre 8.64x10 5 y 0.864
mdía-1 y para arenas limpias, mezcla de grava y arenas
limpias el rango de K oscila entre 0.864 y 864 mdía-1.
Muestra Textura K (mdía-1)
Porosidad
(%) CIC (%)
1 Arena 0.432 30.5 12.8
2 Limo 0.256 25.2 9.3
3 Arcilla 0.072 40.1 6.7
4 Arena 0.648 28.7 11.2
5 Limo 0.192 26.8 8.9
6 Arena 0.864 31.3 10.5
7 Limo 0.324 27.4 9.7
8 Arena 0.576 29.8 11.8
9 Arcilla 0.108 38.2 7.4
10 Arena 0.792 32.1 10.1
11 Limo 0.216 25.9 8.3
12 Arena 0.936 33.7 11.5
13 Limo 0.288 26.3 8.6
14 Arena 1.008 34.9 12.1
15 Limo 0.360 27.6 9.0
16 Arena 1.080 35.5 12.4
17 Limo 0.432 28.1 9.4
18 Arena 1.152 36.3 12.7

15. La figura 3 muestra un ajuste exponencial
entre K y C, en la que se observa que a
medida que aumenta la concentración de
finos disminuye la conductividad
hidráulica, es decir, son inversamente
proporcionales. El coeficiente de
correlación del ajuste es de 0.965 y los
coeficientes del ajuste A y m tienen los
valores 0.1804 y -1.4054, respectivamente,
esto para una ecuación de la forma K . A C
m .

16. En la figura 4, se muestra la relación entre
el factor de formación aparente (F) y el
contenido de finos (C), encontrando que
existe un comportamiento exponencial de
la forma F m aC b , donde a, m y b son
constantes que dependen del tipo de suelo
y sus valores son 37.6549, -0.03924 y
35.273 respectivamente, con un valor de
ajuste R=0.904.

17. En la figura 5 se observa que la porosidad y
contenido de finos son directamente
proporcionales, es decir, en la medida en que
aumenta el contenido de finos también aumenta
la porosidad, por lo que el valor de ajuste es
R=0.837
En la figura 7 se observa la relación entre Ro y w para
diferentes contenidos de finos. La línea punteada vertical
corresponde a la conductividad eléctrica promedio del
agua acuífera de los pozos 4, 5 y 6 de 0.67 mScm-1. En
dicha figura se observa que la resistividad del medio
saturado depende de la conductividad eléctrica del agua
de saturación y del contenido de finos, disminuyendo
aquélla conforme aumenta ésta y, para una determinada
conductividad eléctrica del agua de saturación la
resistividad del medio acuífero disminuye conforme
aumenta el contenido de finos.

18. En la figura 8 se muestra una sección del subsuelo en la cual se puede observar la ubicación de tres pozos, la
distribución del contenido de finos y de la conductividad hidráulica. Tanto en la sección b como en la c se aprecia la
presencia de un medio arenoso a partir de los 2 metros de profundidad, por lo que en forma simplificada se puede
decir que el subsuelo está conformado por una primera capa de materiales finos (predominantes en limos y arcillas)
y una segunda que actúa como sustrato de la primera predominante por arenas. conformada Una vez obtenidas las
relaciones entre σo y σw en términos de C; K y C; Fa y C; mediante datos de pozos.

19. La figura 9 muestra cada una de las secciones. La figura 9a obtenida mediante mediciones
indirectas de la resistividad eléctrica de la formación saturada y la 8b obtenida por la relación de
Sen et al (1988), son muy semejantes, ambas definen la primera y segunda capa descrita en
párrafos anteriores. Respecto a las secciones de las figuras 9b y 9c las distribuciones del
contenido de finos y conductividad hidráulica, respectivamente corresponden a la delimitación de
la primera y segunda capa, la primera compuesta por materiales predominantemente finos y la
segunda subyacente por predominantemente arenosos.

20. CONCLUSIONES
La determinación de la conductividad hidráulica y el contenido de limos mediante
el uso de leyes empíricas en conjunto con los valores de la resistividad eléctrica
del subsuelo (obtenida mediante tomografía eléctrica) y la resistividad del agua
de la formación
constituyen un medio útil y practico para caracterizar los materiales del subsuelo
en lugares del área de estudio donde no hay pozos.
La relación empírica de Sen permitió toman en cuenta la presencia de arcillas y
sus efectos en la conductividad eléctrica del subsuelo.
El subsuelo del área de estudio se caracterizó considerando la distribución de la
conductividad eléctrica e hidráulica, así como la presencia de finos. Estas
determinaciones permiten, además de la caracterización reducir la ambigüedad
sobre el tipo de materiales y su distribución en el subsuelo.
En el caso del área de estudio se delimitó la primera capa del subsuelo la cual
tiene un grosor del orden de los dos metros, mismo que descansa sobre un medio
predominantemente arenoso.

21.  RECOMENDACIONES
 Utilización de Leyes Empíricas: Emplear las leyes empíricas presentadas para estimar la
conductividad hidráulica y el contenido de finos en medios granulares saturados, lo cual
puede ser útil para la gestión de recursos hídricos y estudios de contaminación.
 Aplicación Práctica: Considerar la aplicación práctica de las relaciones obtenidas entre la
conductividad eléctrica y la conductividad hidráulica para caracterizar materiales del
subsuelo en zonas donde no se disponga de pozos2.
 Modelado Numérico: Integrar los resultados del estudio en modelos numéricos para
predecir el comportamiento del flujo de agua o fluidos a través del suelo, lo que es crucial
para la planificación y gestión de proyectos hidrológicos.
 Investigaciones Futuras: Continuar la investigación para validar y refinar las leyes
empíricas en diferentes ambientes geológicos y tipos de suelo, mejorando así la precisión
de las estimaciones de conductividad hidráulica y contenido de finos.

22. GRACIAS