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Aguas subterraneas



Resumen Subterráneas
Introducción
Agua subterránea es aquella que está bajo el nivel de superficie de terreno.

Nivel freático: cuando la presión del agua es igual a la atmosférica
Subsidencia: cuando al bajar nivel freático, el suelo se compacta, generando una disminución vertical a nivel de superficie.
Perfiles de humedad son del tipo Horton
Propiedades del agua y medios permeables
Densidad varía en función de temperatura y presión, se toma constante.
Viscosidad : resistencia del fluido a deformarse, varía con temperatura.


Presión del aire: interesa porque define el nivel freático.
Capilaridad  tensión superficial (depende de tamaño de poros)

La escala de estudio (micro (mm), macro (m), mega (km)) está asociada al comportamiento que quiera más estudios, pues al nivel más chico, las variaciones son muchas debido a que los suelos no son homogéneos e isotrópicos. Sin embargo, al mirar todo desde un punto de vista macro, se puede apreciar una tendencia de comportamiento que nos puede servir según sea el objetivo de estudio.
Porosidad (:
Índice de vacíos (:

Curva granulométrica: % de partículas que componen suelo según tamaño de granos.
Porosidad total y efectiva:
considera volumen intersticios, poros desconectados y poros conectados
considera solo el volumen de poros disponibles para el flujo

Valores de porosidad:
Grava 24 – 40 (32)
Arena 25 – 50 (39)
Limo 25 – 50 (46)
Arcilla 40 – 70 (42)

Contenido de humedad :
Índice de saturación S:
Según sea el suelose clasifica en 4 tipos:
1. Suelo cercano a saturación máxima: líquido es continuo y puede fluir, fase del aire es discontinua y no fluye.
2. Suelo en equilibrio en su contenido de humedad: agua continúa pero no fluye debido a la gravedad (capacidad de campo), fase de aire también es continua pero tampoco fluye.
3. Suelo parcialmente saturado: agua forma capa alrededor de granos (agua pendular). Fase líquida continua pero muy lenta. Fase gaseosa continua pero inmóvil.
4. Saturación irreductible: agua higroscópica (pequeñas capas muy difíciles de sacar sobre granos de arena).


Energía y Carga hidráulica
Energía de una masa de fluido es:
Considerando constante:
Potencial piezométrico:
Altura piezométrica: (se desprecia el término de velocidad)
En un pozo, si z es la cota de terreno, y d es la distancia al nivel del agua, entonces:

Flujo va desde mayores alturas piezométricas a menores.
Si no existen datos, la topografía puede dar una idea de la distribución de niveles piezométricos y de la dirección del flujo.

Compresibilidad del Acuífero
Se divide en:
Compresión agua en poros
Compresión granos que forman el suelo
Cambio distribución de granos de suelo (menos volumen)

Compresibilidad del agua:

Esfuerzo Efectivo:
Pero:
Suponiendo presión hidrostática:
Compresibilidad del medio:
Pero
En ensayo de consolidación:
Rangos: Arcilla
Arena
Grava
Ley de Darcy
Según experimento en régimen permanente:
Este valor se denomina carga específica ovelocidad de Darcy.
K: conductividad hidráulica

Al expresarlo n función del gradiente hidráulico:
Signo – es debido a variación de gradiente.
Fuerzas de fricción flujo – partículas, debe ser superado por fuerzas que lo producen.
Flujo debe ser laminar. Cuando es turbulento la ley no aplica.

Velocidad de poro:  velocidad real a la cual fluye el fluido en poros.
Ley de Darcy es empírica.
Ley de Darcy explica el flujo a escala MACRO, pues lo que pasa a escala micro se representa mediante el K.
Sólo es válida para agua

Por lo que la ley para fluidos generalizada es:


depende sólo del material, no del flujo como K.
Métodos para estimar K
Métodos directos (de laboratorio y terreno): son más caros, difíciles en suelos no cohesivos, y más precisos.
Métodos indirectos (granulometría): permiten aproximaciones, rápidos, errores pueden ser muy grandes.
*Acordarse del laboratorio! D: oh my God! No me acuerdo de nada!
Permeámetro de carga variable son para K muy pequeños (arcillas, limos, etc.)
Pruebas in situ (infiltración, agotamiento y recuperación)
Métodos directos
Ensayos de terreno:
Pruebas geotécnicas:
Ensayo de carga constante: se introduce un caudal conocido, para mantener un nivel constante.
Ensayo de carga variable: se introduce o se extrae de golpe un para variar el nivel. Luego se comienza a medir la variación en el tiempo.
Ensayo de Lefranc:
L: altura de tubo con perforación (donde hay flujo) [m]
* Si sondaje sólo estáabierto en el fondo
Ensayo de Gilg – Garvard :
Carga constante: se introduce Q para mantener nivel constante en el tiempo

Q: caudal infiltrado [L/min]
hm: diferencia de nivel c/r a nivel inicial [m]
A: si L>6
Si L

Si L es muy pequeño, se forma un vulvo
Si L es muy grande, el flujo es casi vertical

Carga variable: se introduce o extrae un volumen de agua y se monitorea la variación de niveles.

d: diámetro [m]
: diferencia de nivel [m]
: intervalo de tiempo [min]
A: si L>6
Si L
L: longitud zona infiltrante [m]

Prueba de trazadores:
Luego:
Trabas:
Cuando hay diferentes terrenos n l camino, s altera mucho los resultados (varía K)
Difícil medir, ya que si pozos están muy alejados, K de arcillas por ejemplo, harían que agua avanzara muy lento, por lo que el factor tiempo influye (ortas influencias en se periodo).
Métodos indirectos
Shepherd: con d: diámetro característico
Problema: muchas variaciones en materiales.
Kozeny – Karman: donde es la superficie de granos por unidad de volumen de sólidos expuestos al flujo.
Otra versión: esta depende de la uniformidad de la muestra, por lo que suelos con mismo pueden tener K muy diferente.
Bretjinski (arenas): con K en [m/día]
Fair & Hatch:

Para métodos indirectos:
Usar varios métodos para chequear rango
Reconocer incertidumbre
Intentar realizar pruebas de laboratorio
Realizar pruebas de bombeo en terreno
Consideraciones Darcy

Si : incertidumbre sobre flujo (para el curso se adopta que Re






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