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