01.03 porosidad y permeabilidad

CURSO:

AGUAS SUBTERRANEAS

DOCENTE:

ING CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad (m).

Se define como el porcentaje de espacios vacos, o igual a la cantidad de huecos que tiene la roca. La porosidad se expresa como porcentaje en volumen de roca total. m = P

.*100

.

Vol huecoP

Vol total

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad (Variaciones):

Los huecos de una roca pueden estar conectados entre s, o no estar conectados. La cantidad de huecos interconectados se denomina POROSIDAD EFECTIVA, O EFICAZ. Una roca puede ser muy porosa, pero si los huecos no estn conectados, no ser productiva hidrulicamente = Este es el caso de las arcillas.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad

ARCILLAS

Molcula de arcillas Partcula de agua

En las arcillas el agua adherida a las molculas y tiene dificultad para fluir entre ellas

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad.

ARENAS

La porosidad de una roca puede ser PRIMARIA si se adquiri en el momento de formacin de la roca

Granos de Arena Agua Las arenas tienen una porosidad primaria que permite que el agua tenga espacio suficiente para fluir libremente. El agua no se adhiere a los granos

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad.

ROCAS FRACTURADAS

La porosidad de una roca puede ser SECUNDARIA si se ha adquirido posteriormente por disolucin o/y fisuracin (como en los materiales karstificados = CALIZAS)

Bloque de Caliza Agua Las calizas pueden tener porosidad secundaria por dilusin y/o fracturacin. Esta porosidad permite que el agua fluya.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad. El suelo est constituido por tres fases: slida, lquida y gaseosa (figura 2.1). La fase lquida se denomina agua del suelo o solucin del suelo; la gaseosa es el aire del suelo. Estas dos fases, lquida y gaseosa, ocupan los poros del suelo, es decir, el volumen no ocupado por la fase slida)

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad. Al volumen total de poros del suelo, se llama porosidad total o simplemente porosidad, su clculo se realiza con la siguiente frmula: Donde: n = Porosidad (%) Dap = Densidad aparente (gr/cm, Kg/dm, T/m) Dr = Densidad real (gr/cm, Kg/dm, T/m)

100 1ap

r

Dn

D

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad. Densidad aparente (Da) Representa la relacin que existe entre el peso de suelo seco o peso slido (Ps) y el volumen total (Vt) de una muestra no disturbada, cuyos valores se expresan generalmente en gr/cm, Kg/dm, T/m. Su clculo se efecta mediante la siguiente relacin:

Donde: Dap = Densidad aparente (gr/cm, Kg/dm, T/m) P = Peso suelo seco en gr, Kg, T

Vt = Volumen total de muestra no disturbada cm, dm, m

ap

PsD

Vt

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad. Densidad aparente (Da) Los valores representativos de la densidad aparente, para diferentes clases textuales, son:

Textura Densidad aparente (gr/cm)

Suelo arenoso 1.51 -1.70

Suelo franco 1.31 -1.50

Suelo arcilloso 1.00 - 1.30

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.1 Porosidad. Densidad real o densidad de las partculas (Dr) Representa la relacin que existe entre el peso de una unidad de volumen real del suelo (Ps) y el volumen de las partculas slidas (Vs) en estado compacto, sin considerar el volumen de los poros, sus valores se expresan tambin en gr/cm3, Kg/dm3,T/m3. Se usa la siguiente frmula

Varan en un rango de 2.5 2.7 gr/cm

Donde: Dr = Densidad real (gr/cm, Kg/dm, T/m) P = Peso de unidad de volumen real suelo gr, Kg, T

Vt = Volumen partculas slidas cm, dm, m

r

PsD

Vs

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.2 Retencin del agua por el suelo. En la retencin de la humedad por la fase slida del suelo, fundamentalmente intervienen tres clases de fuerzas:

1. Fuerzas de adhesin: consiste en la atraccin entre molculas de distinta naturaleza, debida a fuerzas elctricas. Por este procedimiento, las partculas slidas retienen enrgicamente una fina pelcula de agua, de solamente tres o cuatro molculas de espesor.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.2 Retencin del agua por el suelo.

2. Fuerzas de cohesin: consiste en la atraccin entre s de las molculas de agua, es tambin debido a fuerzas elctricas y es posible debido al carcter dipolar de las molculas de agua. De esta manera se forma una segunda capa rodeando las partculas, con un espesor de varios cientos de molculas, que son retenidas ms dbilmente que las de la primera capa.


3. Fuerzas del efecto de las contracciones adsorbidos sobre la superficie slida cargada, la cual induce a una presin osmtica en las partculas de agua cercanas a la superficie slida, la cual tiene el mismo efecto que la succin capilar, es decir retencin de humedad.

El efecto combinado de estas tres fuerzas actuantes es denominado seccin de la humedad del suelo o tensin de humedad del suelo.


Las lecturas de los tensimetros se expresan en atmsferas o bares. En suelos salinos puede tambin existir succin del soluto, proveniente de la presencia de las sales disueltas en la humedad del suelo (presin osmtica).

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.3 pF.

La succin de la humedad del suelo, es comnmente expresada en cm de altura de la columna de agua, atmsfera o bares. Los valores de la succin varan desde 0 en la napa fretica hasta 107 cm en una muestra de suelo disecado en estufa. Dada la magnitud de estas cifras, se suele utilizar el pF, como unidad para expresar la succin de la humedad del suelo. Se denomina pF al logaritmo de la succin de humedad del suelo en cm de columna de agua, es decir:

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.3 pF.

pF = log (succin de humedad del suelo en cm. de columna de agua)

Los valores de PF varan desde a 7 La fuerza con que el agua es retenida por cada poro es funcin de su dimetro. Los poros pequeos retienen el agua con ms fuerza que los grandes. Entre el pF y el dimetro en cm de los poros existe la siguiente relacin:

0.30logpF

d

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.4 Macro porosidad o permeabilidad drenable. La cantidad de agua que puede ser drenada en un suelo saturado, por efecto de la gravedad, cuando la tabla de agua es deprimida, se expresa:

_ _

_ _

_ _ ( )*

_ _ ( )*

Volumen agua drenadaS

Volumen del suelo

Altura de agua R AS

Altura del suelo h A

RS

h

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.4 Macro porosidad o permeabilidad drenable. Esto quiere decir, que si en un suelo a Capacidad de Campo (CC) se infiltra una altura R de agua, el nivel fretico se eleva a una altura h, o tambin si en un suelo saturado por efecto de la gravedad, se drena una altura de agua R, entonces, se deprime una altura h de suelo. La relacin entre la porosidad drenable (S), la porosidad total y la retencin especfica es: Donde: S = Porosidad drenable en % de volumen

Sr = Retencin especfica, contenido de humedad en % de volumen, retenida contra la gravedad

n = Porosidad

r

r

n S S

S n S

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.4 Macro porosidad o permeabilidad drenable. Cuando no se dispone de datos suficientes, se puede estimar el valor de la macroporosidad segn: Donde: S = Macro porosidad en decimales

K = Conductividad hidrulica en cm/da

Segn Johnson, los valores usuales de S se indican en la siguiente tabla:

S K

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.4 Macro porosidad o permeabilidad drenable. Segn Johnson, los valores usuales de S se indican en la siguiente tabla:

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.5 Conductividad hidrulica (k).

Conductividad Hidrulica (k)

Es la capacidad que tiene una roca de transmitir el agua. En el caso de las arcillas podramos decir que son unos materiales muy porosos pero poco permeables, por que sus espacios vacios no estn conectados entre si.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.6 La porosidad, permeabilidad y el ciclo hidrolgico.


Imaginen como puede variar las conexiones del agua entre la atmsfera, la superficie y el sub suelo, en el Ciclo Hidrolgico, para cada tipo de

acufero


La funcin de la Hidrogeologa es encontrar la relacin entre las formaciones geolgicas, las estructuras y los acuferos


El agua en varias presentaciones. Cristales de agua congelada y flujo del agua en estado lquido

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.7 Curvas de retencin de humedad. La relacin entre el contenido de humedad de un suelo, expresado en volumen y los valores de pF correspondientes, se expresa mediante una curva denominada, curva de retencin de humedad (figura 2.3), cuya forma es caracterstica de cada tipo de suelo, ya que depende de su textura y de su estructura.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.7 Curvas de retencin de humedad. Ejemplo 1:

Se tiene un suelo con las siguientes caractersticas fsicas:

Dap = 1.32 Dr = 2.64 CC = 28.52 % en base a volumen PMP = 14.53 % en base a volumen

Si este suelo se encuentra a CC y ocurre una lluvia de 40 mm que se infiltra en el terreno. Indicar cuanto se eleva el nivel fretico.

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.7 Curvas de retencin de humedad. Ejemplo 1: Solucin De la frmula de la porosidad, se tiene: De la relacin de la porosidad total se obtiene: De la frmula de porosidad drenable se tiene: Por consiguiente la napa fretica se eleva 19 cm.

1.32100 1 100 1 50

2.64

ap

r

Dn

D

50 28.52 21.48% 0.21

S n Sr

S n CC

40190

0.21

R R mmS h mm

h S

INTRODUCCION A LAS AGUAS SUBTERRANEAS 4.0 Porosidad y Permeabilidad 4.7 Curvas de retencin de humedad. Problemas propuestos:

01.03 porosidad y permeabilidad

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