Flujos en medios porosos
Taller de Física
2014
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.
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.
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.
Valores de Permeabilidad
Flujo en medios Porosos
• Gravas
• Areniscas
• Arcillas
Velocidades
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•
•
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
•
k(K)= C. d2
δ: P esp
μ: viscosidad
donde d2 diámetro medio de los clastos
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).
Comparación Transmisibilidad y Permeabilidad
Esquema DARCY
• 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.
Piezometros
• Equipo de perforacion
• Piezometro, operarios
y sonda piezometrica.
Ejemplo de estudio
• 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.
La Plata y alrededores,
contexto natural y antrópico
La situación en
La Plata
2005
Mapa geomorfológico
Mapa geológico
Perfil Geologico
Aspecto de la Formacion
Pampeana en una cantera actual.
Perfil Hidrogeológico
Acuifero Pampeano Red de
Flujo
Acuifero Puelche
Acuifero Puelche red de flujo
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.
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.
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.
Muchas gracias
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