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7/25/2019 282369_MATERIALDEESTUDIOTALLERPARTEIIIDiap43-121

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Dr. Roberto Poncela Poncela - Consultor Intercade

La ecuacin general del flujo de agua subterrnea se deriva de unbalance de masas junto con la aplicacin de la Ley de Darcy,conociendo que los gradientes piezomtricos son el motor deldesplazamiento del agua en el terreno.

Para ello se considera un volumen de control definido en un sistema decoordenadas rectangulares X, Y, Z, determinando qu cantidad de aguaentra, qu cantidad sale y como vara el almacenamiento.

As pues, la expresin cuantitativa que permite relacionar y cuantificarlos flujos de agua subterrnea con la piezometra y las caractersticasdel terreno, en ausencia de recargas exteriores, viene definida por:

ECUACION GENERAL DEL FLUJO DE AGUASUBTERRANEA

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En estado estacionario (rgimen permanente) la ecuacin general delflujo de agua subterrnea queda como:

Si se supone flujo horizontal, sin componente vertical z, se tiene que:

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Si adems K es istropa (Kx= Ky= K) y el espesor del acufero tambin,siendo T = Kb y S = Ssb, se tiene que:

Si existen recargas externas (verticales, lluvias, etc.) se aade untrmino fuente F, quedando la ecuacin en su forma simplificada comosigue:

El primer trmino representa la suma de entradas y salidas en elvolumen elemental de control por razones de diferencia de potencial

entre el mismo y las zonas inmediatas; el segundo trmino representalas recargas de agua exteriores al sistema y, el tercero, representa lavariacin de almacenamiento de agua en ese volumen elemental decontrol.

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Se define un medio no saturado aquel en el cual no todos los porosestn totalmente llenos de agua. En un acufero, la zona no saturada(ZNS) se extiende desde la superficie del terreno hasta la profundidaddel nivel fretico, a partir del cual el terreno est saturado y todos losporos estn llenos de agua. Esto incluye el suelo edfico y la litologainfrayacente.

ECUACION DEL FLUJO DE AGUASUBTERRANEA EN MEDIO NO SATURADO:ECUACION DE RICHARDS

En la ZNS coexisten tres

fases: agua, aire y slido.

Elevacin Z Suelo seco en superficie( sa tu ra ci n i rr ed uc ib le ) S up er fi ci e de l s ue lo

Estadotransitrio

Suelo humidificadodespus de una lluvia

(infiltracin agua gravifica)

Perfil en equilibrio(esttico)

Franja capilar(saturacin 100%)

100% Saturacin

Superficie piezomtricaobservada en un pozo

0 Presin

Presin umbralo de entrada de aire

Presin negativa(succin)

AZona con

pocavariacin

de contenidoen agua

B

Line

adeequilib

riodepresin

0

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Se define la curva caracterstica o de succin como la que relaciona elcontenido de agua con la presin capilar o el potencial de succin.

El fenmeno de histresis refleja que la curva de retencin obtenida en eldrenaje es diferente de la curva de retencin obtenida en el proceso deadicin de agua al suelo. Un suelo seco tiene una succin muy alta que

disminuye a medida que el contenido en agua aumenta, hasta que se llegaa la saturacin, momento en que la succin es cero.

h

h

s ss

c

cc

min max0.60.40.30.20.1

10

1010

10

10

10

10

0.5

Arcilla

Succin(Pa)

Arena

Grava3

44

5

6

7

8

Contenido en agua del suelo

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Esta disimetra es consecuenciade que en un proceso de drenaje,parte del agua tiende a serretenida por las fuerzas capilares,aunque por debajo haya porosms grandes. En un proceso dehumidificacin, el ascenso capilarno se produce hasta la mismaaltura si se encuentran poros demayor dimetro, aunque porencima existan poros mspequeos, ocurriendo lo opuesto

al proceso anterior, es decir, lavelocidad es mayor en los porosde seccin menor y menor en losporos de seccin mayor.

Curva limitante de secado

Curvas entre estadosintermedios

Curvas limitantede hemedecimiento

Solucin

h

Contenido en agua cCs (saturacin)

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La ecuacin que gobierna el flujo no saturado viene definida por laecuacin de Richards, que en funcin del contenido en agua queda:

En funcin de la carga hidrulica queda:

k

z

h

Conductividad hidrulica no saturada (funcin del contenidode humedad) en unidades homogneas.

Contenido en humedad.

Cota del punto en unidades homogneas.

Succin o presin capilar en unidades homogneas delongitud.

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COMPORTAMIENTO HIDRAULICODEL MACIZO ROCOSO

El macizo rocoso, medio soporte de la mayor parte de la actividadminera y, entendido como roca consolidada (no se va a tratar ni desuelos ni deformaciones detrticas tpicamente porosas), resulta de graninters dado que puede combinar tanto porosidad como fisuracin por laque conducir el agua. El estudio del agua en el macizo ha tenido unaatencin especial desde el punto de vista de la mecnica de rocas y de

la ingeniera geolgica, as como de la minera, dado que muchosyacimientos se encuentran por debajo del nivel piezomtrico o coninfluencia directa de l, considerando unproblema a resolver.

As pues, el comportamiento hidrulico de los diferentes tipos de rocasconsolidadas es muy variable y, generalmente, dependiente de losesfuerzos tectnicos, as como de la meteorizacin.

CONSIDERACIONES GENERALES Y TENDENCIAS ACTUALES EN LACARCATERIZACION HIDRAULICA DEL MACIZO ROCOSO

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Los principales mtodos utilizados para la caracterizacin hidrogeolgica de unmacizo son:

Recopilacin previa de informacin: territorial, ambiental y tcnica.

Mtodos geolgicos: Cartografa geolgica, fotogeologa, geomorfologa,estratigrafa, petrologa, geologa estructural, tectnica, etc.

Mtodos geofsicos: De superficie (mtodos ssmicos, elctricos,magnticos, gravimtricos), en el interior de sondeos (testificacingeofsica, ssmica en sondeos, tomografa ssmica, etc.).

Mtodos de hidrologa superficial y estudios climatolgicos: Anlisisde precipitaciones y cuencas, recarga y balance hdrico.

Mtodos hidrogeolgicos: Piezometra, ensayos de bombeo, ensayos de

inyeccin con agua (Lugeon, de pulso, etc.) o trazadores, sistemas de flujo,zonas de recarga y descarga.

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Los principales mtodos utilizados para la caracterizacin hidrogeolgica de unmacizo son:

Mtodos hidroqumicos: Calidad del agua subterrnea, contaminacin yvulnerabilidad.

Tcnicas especiales: Radioistopos, istopos ambientales y teledeteccin.

Aplicacin de modelos matemticos de simulacin para flujo y/otransporte.

Integracin enbases de datos y soporte SIG.

Portal WEB-Internet: Salvo informacin clasificada, es conveniente quetoda la informacin generada se recopile en los informes y estudiospertinentes y, adems, pueda ser de consulta pblica.

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Zona de descarga por bombeos

Zona de recarga porriego

Mina

Presasubterrnea

ValorDel nivelpiezomtrico

ZONA DE INFLUENCIA

Recarga

Isopieza

Orientadordel flujo

ZONA DE EFLUENCIABombeo

CIRCULACION DEL AGUA SUBTERRANEA

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Fuente: Figura extrada de FCIHS (2009)

Isopieza

Linea de flujo

d) Esquema piezomtrico de laMancha Septiembre 1988

20 km0

ALCAZAR DESAN JUAN

VILLARROBLEDO

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En el suelo y subsuelo existen varias zonas donde el movimiento del aguatiene caractersticas propias y se rige por leyes particulares. En general sedistinguen cuatro zonas: suelo o zona edfica, zona no saturada, franja capilary zona saturada.

Fuente: IGME(2001)

COMPORTAMIENTO HIDRAULICO DE LOSACUIFEROS

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Ya en la zona saturada, se pueden dar los siguientes tipos deacuferos principales en funcin de su comportamiento hidrulico(circunstancias hidrulicas + estructura)

Fuente: Figuras extradas deGONZLEZ DE VALLEJO, L.I. (2002)

NP acuferoconfinado

NPacuferolibre

Acuferolibre

Acuitardo

Acuferoconfinado

Impermeable

semiconfin

ado

acufe

roImpermeable

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POSIBLES ENTRADAS DE AGUA EN LOS ACCESOS MINEROS

Las principales vas de entrada de agua a las labores mineras pueden serdebidas o estar influenciadas por:

La litologa atravesada, en funcin de su porosidad y permeabilidad,especialmente si est por debajo del nivel piezomtrico.

Infiltracin de aguas de escorrenta superficial (o incidencia directa). Infiltracin de aguas hipodrmicas a travs de zonas meteorizadas de la

roca.Filtraciones o aportes entre niveles de estratificacin.Presencia de fracturas y/o discontinuidades abiertas, principalmente

subverticales.

Presencia de cavidades o conductos krsticos, volcnicos y/o por disolucinde evaporitas.Influencia de antiguas labores mineras.Influencia de antiguos (u otros usos) del territorio.

EFECTOS DEL AGUA SOBRE ELCOMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO

EN LAS LABORES MINERAS

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INCIDENCIA DEL AGUA SOBREEL MACIZO ROCOSO

Las principales incidencias que provoca el agua a las labores minerasson: Losaccesosson el primer punto de contacto con elacufero. El frente (o los diferentes frentes) de avance es otro punto de

afeccin directa. Necesidad dedrenaje continuo(o impermeabilizacin, en su caso)

para evitar la inundacin de la zona de labores y/o de la mina. El agua drenada suele ser de mala calidad (especialmente en

minera metlica y de evaporitas). No son infrecuentes acuferosinterceptados conaguas subterrneas de buena calidad. Afeccin directa a lapiezometra localy a la disponibilidad de agua

subterrnea en el entorno. La mina acta como sumidero de aguas, especialmente si la

porosidad, permeabilidad, discontinuidades y meteorizacin delmacizo rocoso lo permiten.

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INCIDENCIA DEL AGUA SOBREEL MACIZO ROCOSO

Las principales incidencias que provoca el agua a las labores minerasson:

Afeccin a laestabilidad geotcnica del macizo rocoso.

Generacin decargas hidrulicasiguales a la depresin creada.

La seleccin de los equipos de bombeo debe adecuarse a lacalidad de las aguas drenadas, en general, mala.

Dichos equipos y sistemas deben permitir las labores extractivas,minimizando lainterferenciaen su desarrollo:

Tamao reducido.

Ubicaciones en otros ramales o accesos.

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LOCALIZACION

Accesos. Frentes.

Taludes.

Otros

GEOLOGIA Y GEOTECNIA

Estabilidad de taludes y bermas.

Estabilidad de escombreras y apiles.

Estabilidad de galeras y pozos.

Estabilidad de terraplenes y pistas deacceso.

Otros

HIDROGEOLOGIA

Drenaje continuo.

Sumidero de aguas.

Piezometra.

Aguas de mala calidad.

Otros

EMPRESARIALES

Equipos de bombeo.

Instrumentacin.

Riesgos laborales.

Interferencias.

Aumento de costes.

Otros

SOCIALES Y AMBIENTALES

Afecciones a terceros.

Dao ecolgico.

Concienciacin social.

Indemnizaciones.

Otros

CALCULO DE APORTE DE AGUA

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EXPLOTACIONES MINERAS A CIELO ABIERTO

Erosin: Taludes de excavacin y corta, pistas de acceso, zanjas dedrenaje y arrastre de material erosionado. Formacin de depsitos de acumulacin (conos o apilamientos

caticos) de materiales erosionados en zonas no previstas o nodeseadas, lo que conlleva aumentos de costes por retirada ylimpieza.

Incremento de la presin hidrulica en fracturas comoconsecuencia de la variacin tensional del macizo rocoso en funcinde la carga hidrulica.

Reblandecimiento de pistas y formacin de zonas heladas enclimas fros o en poca invernal.

Reduccin de los rendimientos de las unidades de carga ytransporte debido a la circulacin por pisos embarrados y/o conpresencia de baches.

Incrementos de costes de mantenimiento por aumento delporcentaje deaveras mecnicascomo consecuencia de la accinabrasiva del barro, corrosin de la humedad e influencia de stasobre los sistemas elctricos.

AGUAS SUPERFICIALES

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Aumento de costespordrenaje. Necesidad de construccin deplantas de tratamiento de agua. Implementacin demedidas correctoras de la contaminacin de

las aguas. Canon de vertido.

AGUAS SUBSUPERFICIALES

Reduccin de la resistenciadel suelo y de la roca. Reduccin de la estabilidad de los taludes, requirindose ir a

taludes tendidos. Deformacinde los taludes y fondos de corta. Filtraciones en talud: riesgo asociado de erosin y congelacin. Incremento de los costes de voladura al necesitarse explosivos

resistentes al agua. Aumento del peso especficodel material por saturacin en agua. Aumento de los costespordrenaje. Necesidad de construccin deplantas de tratamiento de agua. Implementacin demedidas correctoras de la contaminacin de

las aguas. Canon de vertido.

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Aumento de la migracin y contaminacin por materialesfinos.

Aumento de la contaminacin por metales y/o elementostxicosmovilizados.

Aguas cidas o casticas. Lavado de rellenos arcillososde discontinuidades y fracturas. Incremento de loscostes de voladuraal necesitarse explosivos

resistentes al agua. Aumento del peso especfico del material por saturacin en

agua. Posible aumento de la siniestralidad laboral. Aumento de los costespordrenaje. Necesidad de construccin de plantas de tratamiento de

aguas. Implementacin demedidas correctoras de la contaminacin

de las aguas. Canon de vertido.

EXPLOTACIONES MINERASSUBTERRANEAS O DE INTERIOR

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EXPLOTACIONES MINERASSUBTERRANEAS O DE INTERIOR

Inundaciones repentinas, a veces de grandes dimensiones, querequieren de muchos recursos para su neutralizacin.

Produccin de daos: humanos y materiales, que requieren decostosos equipos de control y evacuacin.

Reduccin de la vida til de los sostenimientos, lo que implicatambin la reduccin de la vida til de tneles y obras subterrneas.

Reduccin de los rendimientos de las unidades de carga ytransporte debido a la circulacin por pisos embarrados y/o conpresencia de baches.

Incremento de lacorrosin de sistemas. Reduccin de productividad como consecuencia del trabajo en

entornos hmedos: confortabilidad. Incrementos de costes de mantenimiento por aumento delporcentaje deaveras mecnicascomo consecuencia de la accin

abrasiva del barro, corrosin de la humedad e influencia de stasobre los sistemas elctricos.

Necesidad deinstalaciones elctricas y sistemas electrnicos aprueba de corrosin y humedad.

Reduccin de la estabilidad geotcnica del macizo: disminucinde la cohesin.

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UnVERTEDEROse define como un dique o una pared que intercepta la

corriente, causando una elevacin del nivel aguas arriba, y que seemplea para control de nivel (vertederos de presas o embalses) o paramedicin de caudales (vertederos de medida).

Con carcter general:

Aguas arriba del vertedero el canal ha de tener seccin uniforme y lapared debe estar bien lisa.

Puede existir una vlvula de drenaje en el fondo. En los vertederos rectangulares sin constriccin lateral debe existir

ventilacin o comunicacin con la atmsfera. La cresta del vertedero debe de ser de material resistente y con

arista viva.

La regleta graduada debe situarse a una cierta distancia de la crestadel vertedero para facilitar lecturas en flujo laminar. Dicha distanciadepende del tipo de vertedero.

VERTEDERO65


A: vertedero de lminalibreB: vertedero de lminasumergida

A B

A: vertedero depared delgada

A BPrincipales tiposde vertederos de

A: vertedero normalB: vertedero inclinadoC: vertedero quebradoD: vertedero curvilneo

A B C D

hha

3a

Zc

Zc

Z

ZZ

Z

h

h

(a)

(d) (e)

(b) ( c)

h

h hv v v

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Primero se define elradio hidrulicose corresponde a la relacin existenteentre el rea transversal ocupara por la corriente y su permetro mojado:

Area transversal

Permetro mojado de la seccin transversal

Rh =

VELOCIDAD EN UN CANAL

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La velocidad en un canal con movimiento uniforme se define como:

FORMULA DE CHEZY

Para el clculo de C se utiliza la Frmula de Bazin (muy utilizada enFrancia), expresada por:

[L] (T) ).

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Tambin puede utilizarse la Frmula de Kutter, expresada por:

.

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Es considerada como la frmula mssatisfactoria para flujo uniforme enconducciones abiertas. En canal deseccin uniforme, la velocidad deManning equivale a la Chzy. Laexpresin que calcula la velocidad es:

FORMULA DE MANNING

Coeficientede Manning

Cunetas y canales sin revestir0,020-0,025

0,025-0,035

0,035-0,045

0,040-0,050

0,028-0,033

0,030-0,035

0,035-0,045

0,013-0,017

0,016-0,022

0,020-0,030

0,017-0,020

0,023-0,033

0,013-0,016

0,027-0,033

0,033-0,040

0,035-0,050

0,060-0,080

0,100-0,200

0,030-0,200

0,050-0,080

1

1

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa

En tierra ordinaria, superficie irregular

En tierra con ligera vegetacin

En tierra con vegetacin espesa

En tierra excavada mecnicamente

En roca, superficie uniforme y lisa

En roca, superficie con aristas e irregularidades

Hormign

Hormign revestido con gunita

Encachado

Paredes de hormign, fondo de grava

Paredes encachadas, fondo de grava

Revestimiento bituminoso

Corrientes Naturales

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura delamina de agua suficiente

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura delamina de agua suficiente, algo de vegetacin

Limpias, meandros, embalses y remolinos de pocaimportancia

Lentas, con embalses profundos y canalesramificados

Lentas, con embalses profundos y canalesramificados, vegetacin densa

Rugosas, corrientes en terreno rocoso de montaa

Areas de inundacin adyacentes al canal ordinario

Tabla tomada de S.M. Woodward and C.J Posey

Hydraulic of steady flow in open channels

Cunetas y canales revestidos

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De entre posibles metodologas, se presenta aqu la correspondiente a lacomprobacin entre el Mtodo Racional para caudales de avenida y la

capacidad de desage calculada por la Frmula de Manning. Elprocedimiento es el siguiente:

Del estudio hidrolgico se tiene la precipitacin mxima diaria Pd, quepara el caso de cunetas se fijar para un periodo de retorno T = 25 aos.

Clculo del coeficiente de escorrenta segn tabulacin del mtodo. El tiempo de concentracin se fija en 5 minutos, es decir, Tc = 0,083

horas. Clculo del caudal de avenida por la frmula del Mtodo Racional. Comprobacin de la capacidad de desage de la cuneta por la Frmula

de Manning, para un calado del 95% del terico (lado de la seguridad)obtenido para el diseo de la cuneta.

Si QManning QMR, la cuneta se da por vlida. En caso contrario, o se

modifica el diseo, o se proyectan arquetas colectoras o tuberascolectoras.

CALCULO DE CUNETAS

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MEDIANTE UN AFORO

Caudal ptimode explotacin. Curva caractersticadel pozo. Un primer valor de la eficiencia

del pozo. Una estimacin de la

transmisividaddel acufero. Datos preliminares sobre el

acufero: barreras, drenajediferido, semiconfinamiento, etc.).

En casos favorables, unaestimacin del coeficiente de

almacenamiento del acufero si alos descensos observados se lesresta las prdidas de carga en elpozo obtenidas de la curvacaracterstica.

MEDIANTE UN ENSAYO DEBOMBEO O DE

INTERFERENCIA

Transmisividaddel acufero. Coeficiente de almacenamiento

del acufero. Caractersticas del acufero

propias o en relacin con sucontorno: semiconfinamiento,recarga, drenaje diferido).

Presencia y situacin de lmites:barreras, fallas, lneas de recarga,

etc.) En pozos sometidos a larga

explotacin extrapolacinrazonable dedescensos futuros.

Eficienciareal del pozo.

INFORMACION QUE PUEDE OBTENERSE

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Si adems se conoce la disposicin de los diferentesmateriales del sistema acufero, y los piezmetros estncorrectamente instalados, mediante un ensayo de bombeo o deinterferencia se puede llegar a obtener:

Elgrado de anisotropaen un plano horizontal y un planovertical.

Elgrado de heterogeneidad. El coeficiente de goteo, resistencia hidrulica de los

acuitardos,coeficiente de drenaje diferido, etc. Elcoeficiente de almacenamientode losacuitardos.

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No existe una uniformidad en cuanto a los tiempos de medida, porcuanto sern las respectivas normas y protocolos los que puedanreflejar esta circunstancia. No obstante, y con carcter general,deberan respetarse los siguientes tiempos:

t (minutos): 0, 0,5, 1, 2, 3, 4, 7, 10, 15, 20, 30, 45. t (horas): 1, 1,5, 2, 4, 8, 12, 18. t (das): 1, 1,5, 3.

En un plan ms reducido:

t (minutos): 0, 0,5, 1, 2, 4, 10, 15, 30. t (horas): 1, 2, 4, 8, 12. t (das): 1, 2, 3.

INTERVALO DE MEDICIONES

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El PARTE de BOMBEO es un documento perfectamente organizado,tanto para el bombeo como para la recuperacin donde se anotan todoslos intervalos de medidas, las caractersticas del punto de media ycualesquiera otras incidencias u observaciones de inters.

Una informacin clara permite una representacin grfica fcil y, engeneral, se facilitan las interpretaciones (depende de la complejidad delos casos) en el caso de que la persona que interprete el ensayo no seala misma que ha realizado dicho ensayo.

En los casos en los que se prevea oscilacin cclica (mareas u otros) esconveniente previo al ensayo tomar mediciones no influenciadas por elbombeo por lo menos durante 3 das, para poder evaluar correctamentelos resultados y tener en consideracin los mrgenes de variacin

natural. En la actualidad, independientemente de la existencia deequipos medidores automatizados, conectados a un sistema informtico,es imprescindible la comprobacin manual de las medidas.

PARTES DE BOMBEO

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INTERPRETACION DE ENSAYOSDE BOMBEO A CAUDAL CONSTANTE

Se parte del supuesto de un acufero de extensin infinita, asumiendo lassiguiente hiptesis de base para la formulacin que se detalla msadelante:

El acufero es homogneo e istropo y el agua es de densidad yviscosidad constante.

El espesor del acufero es constante y la base del mismo eshorizontal.

No existe flujo natural, luego los niveles iniciales son horizontales. Las superficies equipotenciales son cilindros verticales de seccin

circular y concntricos: flujo radial y horizontal. En todo momento se cumplen las condiciones de validez de la Ley de

Darcy. El coeficiente de almacenamiento es constante en el espacio y en el

tiempo.

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Toda el agua liberada del almacenamiento aparecesimultneamente y proporcionalmente a la disminucin delnivel piezomtrico.

No existen otras captaciones que interfieran el bombeo.El pozo es completo (totalmente penetrante en el acufero).En rgimen variable se admite que el radio del pozo es

suficientemente pequeo y la variacin de volumenalmacenado en el mismo no influye en el caudal debombeo.

No existe prdida de carga de penetracin del agua en elpozo.

El caudal de bombeo es constante.

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Hiptesis de partida:

Sin recargas externas. Acufero homogneo e istropo en cuanto a K. Acufero infinito. El pozo atraviesa completamente la formacin permeable. El agua bombeada produce un descenso inmediato del nivel y no se

reintroduce en el acufero. Flujo radial y horizontal hacia el pozo. El caudal de bombeo es constante.

Acufero confinado

Np Dinmico

Np inicial

Flujo Radial

ACUIFEROS CONFINADOS

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FORMULA DE THIEM (1906)

REGIMEN PERMANENTE O ESTACIONARIO

Planta del cilindrode radio r y altura b.

r

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Fuente: Gonzlez de Vallejo ( 2002).

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FORMULA DE THEIS (1935)

Otras representaciones utilizadas:d-log t; d-log(r2/t) y d-log(r2)

Tiempo

Curva patrn de TheisPunto de ajuste

1/u

escensos.

SW(u)

REGIMEN VARIABLE O TRANSITORIO

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1/uW(

u)

W(

u)

1/u

1u

1u

5.10 10 10 10 10 103.10

10

10

1010101010105.10

3 4 5 6 7 8

1

1

0

-1

43210-1


T =

S =

QW(u)

4Tt

4 d

r2 .1u

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APROXIMACION LOGARITMICA DE JACOB (1946)

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1

1 2 3 4 5 6 7

Periodo de No validez de JacobDepresin(m)

Recta

ajusta

da

Perodo de validez de Jacob

t

t

0

v

Tiempo (min)

8 910 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 23 34 45 56 67 78 89 910 102 3 41

2 3 4 5 6 7 8 910 2 2 23 3 34 4 45 5 56 6 67 7 78 8 89 9 910 10 101 2 3 4


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Existe un acufero superior bien alimentado. El nivel de partida es el mismo en el

acufero superior al igual que el inferior. El acufero superior no cede agua a travs

del pozo. Al deprimir el nivel del acufero inferior, se

crea un gradiente hacia el mismo,obligando al acufero superior a recargarlo

a travs de la formacin semipermeable. Son aplicables las hiptesis generales

anteriormente descritas, siempre que no seespecifique otra cosa.

ACUIFEROS SEMICONFINADOS

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FORMULA de DE GLEE (1930)

Cuando r/B < 0,1 , Ko(r/B) se puedesustituir por 1,123B/r, quedandouna expresin ms simplificada.

REGIMEN PERMANENTE O ESTACIONARIO

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11

1 1

-1

-3 -2 -1 0 1

-2

2

2 2

2 2

9 9

9 9

8 8

8 8

7 7

7 7

6 6

6 6

5 5

5 5

4 4

4 4

3 3

3 3

2 2

2 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 78 8 8 89 9

r / B

K

(r/B)

9 910 10 10 10

10

2

0

2

10 10

10 10

10

10

2 2 210 3

3 3

3 3

3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 78 8 8 89 9 9 910 10 10 10-2 -1 0 1-3


88


24/40

45

INTERCADE


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**

**

*

**

10

2

3

6

8

10

12

10

r(m)

s(m)

100 1000r

El factor de goteo B se calcula obteniendo el punto de corte de la recta con eleje de abscisas. Ese valor r se divide entre 1,123, hallando B.

89



FORMULA DE HANTUSH (1964)

Vlida cuando:

rp/B < 0,1

y

90


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2-10

10

W(u,r/B)

10

10 10

10

10

10

1

u

10 10 10

10

101010

2-10

10

10

1

0

0 1

5

1

2 3 4 5

1

876

-1

-1

-2

1

10 10 10 7.10

7.10

0.0010.005

0.001

0.01

0.030.05

0.1

0.150.20.3

0.40.50.60.70.8

r/B=1

8

8

105 7 86


91


ACUIFEROS LIBRES


Sin recargas externas. Acufero homogneo e istropo en cuanto a K. Acufero infinito. El pozo atraviesa completamente la formacin

permeable. El agua bombeada produce un descenso

inmediato del nivel y no se reintroduce en el

acufero. El flujo no es radial y se crean gradientesverticales hacia el pozo.

El caudal de bombeo es constante.

Acufero libre

Np . Inicial

Np . dinmico

Flujo no radial

92


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REGIMEN PERMANENTE O ESTACIONARIOFORMULA DE DUPUIT (1964)

Si el descenso es pequeo en relacin alespesor saturado (d < 10 a 15% de Ho)puede aplicarse la Frmula de Thiemdirectamente.

En caso contrario, debe aplicarse Thiemcon la siguiente correccin:

93


300

200 curva real

2,3 Q10

=2

k( H )

100

H

-H

en

m

2

2

2

0

01 10

r distancia al pozo de bombeo en m

10

curva real

R2rp

Sp

94


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FORMULA DE DUPUIT (1964)

El problema es bastante complejo pero puede simplificarsesiempre que los descensos sean pequeos en relacin alespesor saturado del acufero o caso contrario, aplicar lacorreccin de Dupuit. En esa situacin, pueden aplicarserazonablemente los mtodos de Theis y Jacob, vistosanteriormente.

d (r, t) =Q 2,25KH t Q 2,25KH t0, 183 log

4 KH 0ln =

r S r SKH

0 0

0

2 2.

95


Los descensos en un acufero libre tienen un comportamiento no lineal debido aque el descenso de niveles va ligado a una desaturacin de la superficie, de modoque aparece una recarga adicional producida por la desaturacin. La parte delcono que deja de estar saturada va drenando agua y lo hace con mayor lentitud amedida que pierde humedad, fenmeno conocido como drenaje diferido.

La curva log(d)-log(t) presenta tres tramos:

Un primer tramo tipo acufero confinado que responde a una reaccin elsticapor descenso instantneo de presin (el acufero cede agua por la expansinde sta y compactacin del medio). El parmetro de este fenmeno es el

coeficiente de almacenamiento S, siendo aplicable la Frmula de Theis. Un segundo tramo, donde empiezan a estabilizarse los niveles (drenajediferido), no siguiendo la curva de Theis, sino que se est por debajo de ella.

Un tercer tramo (ya estabilizado el sistema) vuelve a recuperar su nivel,producto de los aportes de recarga del acufero. En este punto se genera unnuevo coeficiente de almacenamiento (S), producto de los aportes diferidos enel tiempo.

DRENAJE DIFERIDO EN UN ACUIFERO LIBRE

96


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Al realizarse un bombeo en un acufero finito con un lmite o borde cercano,los descensos son los mismos que se produciran si el acufero fueseinfinito, pero si existiese otro pozo idntico situado simtricamente respectoal lmite, bombeando un caudal idntico y en el mismo tiempo. Si el bordees impermeable (borde negativo) el efecto es la suma de los dosbombeos. Si el borde es de recarga (borde positivo) el efecto final ser ladiferencia de los descensos producidos (el bombeo menos la recarga).

nivel fijo

pozo imagen pozo real

AQQ

acufero

Descensos tericos debidos al pozo realAscensos tericos debidos al pozo imagenDescensos reales

Nivel sin bombeo

Ascensos tcnicos debidos al pozo imagen

impermeable acufero

pozo realpozo imagen

Q

Q Q

A

descensos tericos debidos al pozo real

descensos tericos debidos al pozo imagen

nivel sin bombeodescensos reales

f f2 1

QA

ACUIFEROS FINITOS. TEORIADE LAS IMAGENES

97


Si se supone un acufero cautivo se tiene que:

pendiente = 2m

pendiente = m

Descenso,s

1 10 100 1000 10000

tiempo, t

************

******

borde de recarga

pozo sin influencia debordes

barrea impermeable

98


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El ensayo de recuperacin de niveles en un pozo de bombeo en rgimenvariable, una vez que se ha finalizado dicho bombeo es una herramienta

que suministra valiosa informacin, referente a las propiedades delacufero.

Si se supone que un pozo ha estado bombeando un caudal constante Q,durante un tiempo tB, la parada del pozo equivale a continuar el bombeocon Q. Pero iniciando en el momento del paro un pozo similar en el mismositio, que recargue el mismo caudal constante Q.

Los descensos a distancia r del pozo, referidos al nivel del agua antes deiniciarse el bombeo y transcurrido un tiempo t desde el paro, siendo d eldescenso residual referido al nivel del agua en el acufero, anterior al inicio

del bombeo, pueden expresarse como:

d = Q Z(r, tB+ t) Q Z(r, t). .

ENSAYOS DE RECUPERACION

99


Para un acufero libre, con descensos importantes respecto al espesorsaturado, puede escribirse:

Para un acufero cautivo, con descensos importantes respecto al espesorsaturado, puede escribirse como (Frmula de Recuperacin de Theis):

100


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5

12

4

3

1 2 10 100 1000

t +t

descensosresisduales

S`,

1. Recuperacin en acufero cautivo o en acufero

libre no recargado y con descensos pequeos.2. Efecto de una posible disminucin del coeficientede almacenamiento.

3. Efecto de una recarga (acufero semiconfinado,

T = 0.183. Q

(d)10

101


Es un ensayo a caudal variable muy utilizado para ladeterminacin de las curvas, caractersticas de un pozo y de sueficiencia.

Se desarrolla mediante:

Varios bombeos sucesivos, continuos y de igual duracin. No existe recuperacin de niveles entre los bombeos. El caudal es creciente pero constante en cada intervalo o

escaln. En general tres o cuatro escalones de una hora cada uno

suelen ser suficientes. Es recomendable acabar el ensayo con la recuperacin final de

niveles de duracin igual a la duracin total del bombeo.

ENSAYOS ESCALONADOS

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0

2

S = BQ + CQ

S = BQ + CQ

S = BQ + CQ

1

2

3

1

2

3

1

2

3

Q

Q

Q

1

2

3

descensos

4

6

8

10

tiempo

t

t = t = t

t

S

S

S

t1

1 2 3

1

2

3

2 3

Fuente: FCIHS (2009).

d2= d1+ d2d3= d2+ d3

103


Segn Rorabaugh (1953), el descenso en un pozo puede escribirse como:

Q

s/Q

s/Q= B + (B+C)Qt

x

x

x

BI

Criterio de Walton para n=2

Observaciones

Bien desarrollado. Buena construccin

Principio de incrustacin en la rejilla

Incrustacin o taponamiento importante

Incrustacin muy fuerte

Rehabilitacin muy difcil o imposible

C(das /m )

C < 2,5 . 10

2,5 . 10 < C < 50.10

50.10 < C < 200.10

C > 200.10

2 5

-7

-7 -7

-7

-7

-7

dp = B Q + C Qn. .

Q Caudal de bombeo en unidades homogneas.

Exponente que vara entre 1 y 3,5.Jacob lo fija en n = 2 en su formulacin.

Coeficiente de prdidas en el pozo, independiente deltiempo en unidades homogneas [ T L ]. Secorresponde con la pendiente de la recta.

Coeficiente de prdidas de circulacin en la formacin,variable con el tiempo de bombeo en unidadeshomogneas [T L ]. Es la ordenada en el origen.

B

C

n

. -2

2 -5

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Curvas caractersticasobtenidas en ensayosescalonados realizados en unmismo pozo en diferentes aos.Localizacin: Prat de Llobregat(Barcelona, Espaa).

Fuente: Curso Internacional de Hidrologa Subterrnea (Barcelona, Espaa). Figura extrada de FCIHS(2009).

90

80

70

60

50

40

30

30

25

20

q(l/s/m)

15

10

5

0

0 5

ensayo inicial 1991

ensayo XXVII CIHS (23-4-93)ensayo XXVIII CIHS (19-5-94)ensayo XXIX CIHS (10-5-98)

10 15 20

s(m)

(b)

20

10

0

0 5 10s(m)

(a)

Q

(l/s)

15 20

105


Determinacin de parmetros fsico-qumicosin situ (sonda multiparamtrica, equipoporttil, kits, monitorizacin en continuo,telecontrol, etc.).

Muestreo para un anlisis fsico-qumicocompletodel agua.

Medicin decaudales (aforos). Medicin de la variacin de los niveles

piezomtricos.

Clculo delbalance hdrico. Muestreo para anlisis fsico-qumico de

suelospotencialmente contaminantes.

Los principales tipos de control y seguimiento recomendados parauna ptima monitorizacin de la calidad de las aguas son:

PREFERIBLE

MENTE

A

DIFERENTESPRO

FUNDIDADES

BASE DE DATOS SOPORTE SIGINFORMES DE SEGUIMIENTO

PRINCIPALES TIPOS DE CONTROL

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Determinacin in situ (sondamultiparamtrica, equipo porttil,kits, etc.) de:

Conductividad elctrica pH Eh O2 Temperatura (aire y agua)

Muestreo para un anlisis fsico-qumico completo del agua: Elementos mayoritarios y

minoritarios (aniones y cationes) Metales pesados Elementos txicos nocivos o

peligrosos

107


Medicin de caudales (aforos): Sondeos. Pozos.

Manantiales.

Cauces superficiales. Otras captaciones y/o sistemas

de transporte.

Medicin de la variacin de losniveles piezomtricos.

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37/40

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200

0

2 3 4 5 1

Cloruro

Sulfato

Bicarbonato

Sodio

Magnesio

Calcio

400

600

800

Grfico de Collins

0

meq

2.F-1 (Poceta D)3.F-2 (Poceta F) 5.F-4 (S. S-0)

4.F-3 (F.Roques)1. Agua del mar

+80

-80

+60

-60

+40

-40

+20

-20-80 -60 -40 -20 +20 +40 +60 +80

X

1. Agua del mar

2. F-1 (Poceta D)

3. F-2 (Poceta F)

4. F-3 (F. Roques)

5. F-4 (S. S-0)

(%rCa + %rMg )-(%rNa + %rK )Y

Y

GRAFICO DE CHADHA

(%rCO

+%rHCO

)-(%rCI

+%rSO

)

X

12 34

5

2+ 2+ + +

3

4

3

-2

2-

-

-

115


PRACTICA 1

En un terreno aluvial se ha dispuesto de datos de la geologa del subsuelo y sesabe que existen 8 capas dispuestas horizontalmente.

Se ha acondicionado el terreno de forma tal que se puede ensayar lapermeabilidad in situ de todo ese material.

Determinar para el conjunto:

La permeabilidad horizontal. La permeabilidad vertical.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

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40/40

61


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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

282369_materialdeestudiotallerparteiiidiap43-121

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