unalm as propiedades del acuifero
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Aguas subterráneasAguas subterráneas
2012-12012-1
Sebastián Santayana Vela
Propiedades del acuíferoPropiedades del acuíferoUUNNAALLMM
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Propiedades físicas Propiedades físicas
Requeridas para cuantificar velocidad de flujo del agua subterránea, estimación de reservas diseño de pozos.
Porosidad. Permeabilidad. Compresibilidad de material
sólido y de fluido. Densidad del fluido y viscosidad.
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Densidad aparenteDensidad aparente
Masa por unidad de volumen Masa por unidad de volumen
vb =
mass in volume vvolume v
= Mvs
vt [2.1]
V = volumen particular usados = sólidos, sin fluidounidades: gr/cm3; kg/m3; (lb/ft3 )
V = volumen particular usados = sólidos, sin fluidounidades: gr/cm3; kg/m3; (lb/ft3 )
Relación de masa de suelo seco por unidad de volumen del suelo (seco 110°C). Incluye volumen de partículas sólidas y espacio poroso.
ap= masa suelo seco g/cm3 ó Mg/m3
Vol. suelo (+poros)
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Densidad real o de sólidosDensidad real o de sólidos
Frecuentemente reportada como “gravedad específica” (s), Frecuentemente reportada como “gravedad específica” (s), relación entre densidad de sólidos y del aguarelación entre densidad de sólidos y del agua
s = s = ss//ww
Frecuentemente reportada como “gravedad específica” (s), Frecuentemente reportada como “gravedad específica” (s), relación entre densidad de sólidos y del aguarelación entre densidad de sólidos y del agua
s = s = ss//ww
Es masa por unidad de volumen de sólidos. A diferencia de ap no incluye espacio poros.
sólidos (p) = masa sólidos (Ms) = g/cm3 ó Mg/m3
vol. sólidos (Vs)
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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55
Densidad real o de sólidosDensidad real o de sólidos
Valores típicos de gravedad especifica:o 2.65 para cuarzo (comúnmente asumida)o 2.54 para feldespatoso 2.72 para calcitas o 5.0 para piritas.
Valores típicos de gravedad especifica:o 2.65 para cuarzo (comúnmente asumida)o 2.54 para feldespatoso 2.72 para calcitas o 5.0 para piritas.
Mineral p (g/cm3 o Mg/m3)
Magnetita 4,9 a 5,2Limonita 3,4 a 4,0Hematita 4,9 a 5,3Hidróxidos de Fe y Al 2,4 a 4,3Silicatos arcillosos 2,0 a 2,7Fe(OH)3 3,73Cuarzo 2,65Caolinita 2,50Montmorillonita 2,50Humus 1,37Materia orgánica (I razú) 0,51 a 2,17
VALOR PROMEDI O = 2,65 g/ cm3
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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66
PorosidadPorosidad
n Vv
Vt
Vw
Vw Vs
Saturado:Saturado:
Vw + Va
Vw + Va + Vs
No saturado:No saturado:
n
Relación del volumen de vacíos al volumen total. Es adimensional, se expresa en porcentaje.
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Acuífero: medio porosoAcuífero: medio poroso
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Tipos principales de porosidadTipos principales de porosidad
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Arenas y gravas Rocas ígneas Caliza
Intergranular Fisuras Cavernas
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99
Porosidad totalPorosidad total
n n = V = Vvv/(V/(Vvv + V + Vww + V + Vss))
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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1010
Volumen del cilindro = 100 cm3 = VV
Volumen de agua adicionada = 35 cm3 = VVvv
n = 100Vn = 100Vvv/V/V
n = 100(35)/100 = 35%n = 100(35)/100 = 35%
Ejemplo de porosidadEjemplo de porosidad
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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1111
Variación porosidadVariación porosidad
Porosidad varía por tamaño y forma de partículas y por manera de acomodo.
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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1212
En materiales acuíferos desuniformes (pobremente graduados), granos pequeños ocupan espacios vacíos, reduciendo porosidad.
Forma de granos también afecta porosidad.
Variación porosidadVariación porosidad
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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1313
Si el suelo inicialmente está seco, se mide el volumen de agua necesaria para saturar suelo.
Cómo se mide la porosidad?Cómo se mide la porosidad?
1 - rb/rs
Granulometría.Otras formas de estimar porosidad:
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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1414
Otras propiedades del acuíferoOtras propiedades del acuífero
Porosidad efectiva (nPorosidad efectiva (nee) ) o rendimiento rendimiento específico (Sespecífico (Syy): ): porcentaje de poros interconectados a través de los cuales se produce flujo del agua subterránea. Relación entre volumen de agua drenada por gravedad y volumen total del medio poroso.
Razón de vacíos (e): Razón de vacíos (e): es un parámetro relacionado con porosidad:
ee = V = Vvv/V/Vss
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Porosidad efectivaPorosidad efectiva
1515ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Relacionado con volumen de agua que se puede extraer por unidad de volumen de un acuífero.
Volumen de agua que se libera de un volumen prismático de acuífero, de sección unitaria, cuando nivel piezométrico desciende un metro.
Es adimensional, se expresa en porcentaje (%).
Coeficiente de almacenamiento (S)Coeficiente de almacenamiento (S)
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Coeficiente de almacenamientoCoeficiente de almacenamiento
Acuífero libre Acuífero confinado
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
S ~ 0.02 a 0.30S ~ 0.02 a 0.30 S < 0.005S < 0.005
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1818
Coeficiente de almacenamientoCoeficiente de almacenamiento
En acuíferos libres:S = porosidad eficaz (acuífero se “desatura”)
En acuíferos confinados:S << porosidad eficaz (acuífero se “descomprime”)
Es suma del agua liberada por acuífero como consecuencia de dilatación que éste sufre al descomprimirse y agua que cede terreno al compactarse armazón por tener que soportar en mayor parte peso del terreno suprayacente.
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Coeficiente de almacenamientoCoeficiente de almacenamiento
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2020
Razón entre volumen de agua retenido y volumen total.
Dado que capacidad específica capacidad específica representa volumen de agua que una muestra de suelo puede drenar debido a fuerza de gravedad, es fácil mostrar que porosidad total es igual a suma de capacidad y retención específica:
n n = S = SYY + S + SRR
Retención específica (SRetención específica (SRR))
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2121
Propiedades del acuíferoPropiedades del acuífero
Valores de porosidad y rendimiento específicoValores de porosidad y rendimiento específico
Material Porosidad Porosidad efectiva (%) (%)
Arcilla 45 3Arena 35 25Grava 25 22Grava y arena 20 16Arenisca 15 8Calizas y esquistos 5 2Cuarcitas y granitos 1 0,5
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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RocasRocas
2222ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
Granito
Caliza
Arenisca
Arenisca
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2323
Porosidad y granulometríaPorosidad y granulometría
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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GranulometríaGranulometría
Material acuífero se clasifica en base a diámetro de partículas que lo componen.Acuífero está constituido por partículas de diverso tamaño, por lo que su distribución granulométrica puede ser representado en papel semilogarítmico (curva granulométrica).Información de distribución granulométrica se obtiene mediante análisis granulométrico, utilizando mallas de diferente tamaño de abertura.
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2525
Fracciones granulométricasFracciones granulométricas
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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Curva granulométricaCurva granulométrica
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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2727
Granulometría por tamizadoGranulometría por tamizado
Ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa, distribución de partículas del suelo de acuerdo a su tamaño.
Distribución de partículas con tamaño superior a 0.075 mm se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.
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2828
HidrometríaHidrometría
Para partículas < 0.075 mm, su tamaño se determina observando velocidad de sedimentación en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas.
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2929
Curva granulométricaCurva granulométrica
Tamaño de partículas (mm) retenidas en cada tamiz se representa en escala logarítmica horizontal. Escala, generalmente, decrece de izquierda a derecha.
En escala vertical se coloca: 1) porcentaje retenido acumulado ó 2) porcentaje acumulado de material que pasó tamiz, en escala de 0 a 100%.
En curvas granulométricas existen magnitudes, consideradas más o menos al azar, que pueden tomarse como valores característicos:Diámetro eficaz o de Hazen (D10);
Coeficiente de Uniformidad o de Hazen (D60/D10).
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3030
Utilidad de granulometríaUtilidad de granulometría
Variación de tamaños de partículas del acuífero. Definición del diámetro efectivo. Diseño de filtros de grava para pozos. Determinación de permeabilidad y/o
conductividad hidráulica. Definición del dx = diámetro para el cual x% son
menores. Coeficiente de uniformidad: (D60/D10)<4,
materiales bien clasificados; >6, mal clasificados o desuniformes.
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3131
Curva granulométricaCurva granulométrica
d60d10
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3232
Curva granulométricaCurva granulométrica
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3333
Curva granulométricaCurva granulométrica
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3434
Conductividad hidráulica (K)Conductividad hidráulica (K)
Propiedad relacionada con facilidad que ofrece medio poroso al movimiento del agua. Flujo de agua a través de un área unitaria perpendicular a dirección del flujo, bajo acción de un gradiente hidráulico unitario, a temperatura de 20°C.
Se expresa en m/día.
Capacidad de un acuífero de dejar pasar agua
Grava ~ 1x102 cm/s
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3535
Mayor o menor facilidad conque agua fluye por poros del suelo. Depende de:
o Tipo de suelo;o Granulometría: graduación, forma de granos;o Relación de vacíos;o Grado de saturación;o En arcillas: doble capa.
Conductividad hidráulica (K)Conductividad hidráulica (K)
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3636
Valores típicos de KValores típicos de K
K (m/d) Calificación Comportamiento
K<10-2 Muy baja Impermeable
10-2<K<1 Baja Acuífero pobre
1<K<10 Media Acuífero regular
10<K<100 Alta Acuífero bueno
K<100 Muy alta Acuífero muy bueno
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3737
KK: conductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidadconductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidad Sólo depende del material acuífero, a través del cual se mueve el
agua, a determinada temperatura y presión. kk: permeabilidad intrínsecapermeabilidad intrínseca Depende de características del medio y del fluido.
µ = viscosidad dinámica = densidad g = aceleración de gravedad
Conductividad hidráulicaConductividad hidráulica (K) y permeabilidad (K) y permeabilidad intrínseca (k)intrínseca (k)
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3838
Puede expresarse en darcys; Darcy: permeabilidad que permitirá una descarga específica, q, de
1 cm/s para un fluido con una viscosidad de 1 centipoise bajo un gradiente hidráulico, según:
Asi:
Darcy = 1 x 10-8 cm2
Permeabilidad intrínseca (k)Permeabilidad intrínseca (k)
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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3939
Variaciones en conductividad hidráulicaVariaciones en conductividad hidráulica
Si suelo no tiene misma K en todas direcciones, se puede encontrar una K equivalente considerando estratificación del suelo.Flujo paralelo a la estratificación:
Flujo perpendicular a estratificación:
K1
K2
K3
b1
b2
b3
BQ
K1 K2 K3
b1 b2 b3
B
Q
n
1iiibKB
1K
n
1i i
i
K
b
BK
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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4040
Transmisividad (T)Transmisividad (T)
o Definida como flujo de agua a través de un área perpendicular a dirección del flujo, de ancho unitario y que se extiende sobre todo espesor del acuífero, bajo acción de un gradiente hidráulico unitario, a temperatura de 20°C.
T = mKT = mK
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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4141
Transmisividad (T)Transmisividad (T)
T (m2/d) Calificación
T<10 Muy baja
10<T<100 Baja
100<T<500 Media
500<T<1000 Alta
T>1000 Muy alta
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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4242
Homogeneidad e isotropíaHomogeneidad e isotropía
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.
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4343
Homogeneidad e isotropíaHomogeneidad e isotropía
Homogéneo, isotrópicoHomogéneo, isotrópico
Kz
Kx
Homogéneo, anisotrópicoHomogéneo, anisotrópico
Kz
Kx
Heterogéneo, isotrópicoHeterogéneo, isotrópico
Kz
KxHeterogéneo, Heterogéneo, anisotrópicoanisotrópico
Kz
Kx
Homogéneo = KHomogéneo = K no cambia con posición en acuífero; Heterogéneo = KHeterogéneo = K cambia con posición; Isotrópico = KIsotrópico = K no cambia con dirección; Anisotrópico = K Anisotrópico = K cambia con dirección.
ASubt. Acuífero. S. Santayana V.ASubt. Acuífero. S. Santayana V.