HIDROLOGIA SUPERFICIAL Y SUB TERRANEAUniversidad Nacional del AltiplanoFACULTAD DE INGENIERIA DE MINASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

CURSO: HIDROLOGIA SUPERFICIAL Y SUB TERRANEATEMA:ELABORACIN DE UN ESTUDIO HIDROLGICODOCENTE:Ing. AMERICO ARISACA AVALOSPRESENTADO POR:CUEVAS CONDORI EUDES ANGEL

CODIGO:113894SEMESTRE: VI

Puno - Per2014INDICECAPITULO II. INTRODUCCIONCAPITULO II II.OBJETIVOS:2.1 OBJETIVOS GENERALES2.2 OBEJETIVOS ESPECIFICOSCAPITILO IIIIII.UBICACIN:3.1 DESCRIPCIN GENERAL DE LA CUENCA DEL RIO YAUCA3.2 UBICACIN3.3 UBICACIN GEOGRFICA3.4 UBICACIN POLTICA3.5 ESTOS SON LOS PROYECTOS MINEROS QUE EXISTEN EN CARAVELI- AREQUIPAIV.CARACTERSTICAS FSICAS DE LA CUENCA4.1 RELIEVE4.2 HIDROGRAFA4.3 Ros4.3.1 Ro Majes4.3.2 Ro Quilca4.3.3 Rio ocoa V.DELIMITACIN DE LA CUENCA VI.CALCULO DE PROPIEDADES MORFOMETRICAS DE LA CUENCA VII.CALCULO DE PRECIPITACIONESVIII.CALCULO DE EVAPORACIONIX.CALCULO DE ESCURRIMIENTO

I. INTRODUCCION

La Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las caractersticas del movimiento del agua a travs de un medio poroso, propuesta hace ms de 155 aos, establece que la relacin entre la velocidad de descarga y el gradiente hidrulico del flujo del agua en arenas es una invariante del material llamada coeficiente de permeabilidad o conductividad hidrulica. Esta regla tcnica ha sido aplicada luego para predecir y evaluar el paso de fluidos diferentes al agua, a travs de materiales de diferentes granulometras y caractersticas, incluidas rocas fracturadas, limos, arcillas, gravas, o combinaciones de diferentes materiales. Surge de all la cuestin de la validez de la extensin de esta regla tcnica para materiales diferentes a las arenas, y fluidos diferentes al agua.Algunos autores han propuesto un conjunto de condiciones necesarias para que la Ley de Darcy, llamada en este trabajo regla tcnica de Darcy sea vlida, y otros han advertido que la relacin constante entre la velocidad de descarga versus el gradiente hidrulico, que constituye el meollo de la regla tcnica de Darcy, es vlido nicamente en un intervalo de tamao de grano limitado. Sin embargo, la proposicin ha sido planteada de una manera general, indicando simplemente que la regla tcnica no sera vlida para tamaos de grano demasiado grandes o demasiado pequeos, lo cual queda vaco de significado.Lo cual el inters que se puede obtener es que la Ley de Darcy puede discernir los limites de validez y a explorar la validez de su extensin a materiales rocosos, ya que fue propuesta como una generalizacin til para calcular el flujo de agua a travs de filtros de arena (Darcy, 1856), con base en un pequeo conjunto de experimentos sobre arena gruesa con grava fina del ro Saona.

II. RESUMEN

2.1. OBJETIVOS GENERALES

Determinar la permeabilidad absoluta en el laboratorio de suelos de las muestras empleando el permemetro.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Saber diferenciar los conceptos de porosidad, permeabilidad, capilaridad y la Ley de Darcy. Establecer conceptos bsicos de permeabilidad, clasificaciones de acuerdo al flujo y al sistema empleado. Estipular las restricciones en la utilizacin de la Ley de Darcy durante el desarrollo de la prctica. Manejar, aprender y aplicar la Ley de Darcy en la determinacin de la permeabilidad de una roca por medio del permemetro.

III. ELEMENTOS TERICOS

3.1. POROSIDADEs la medida del volumen de espacios porosos en la roca que tiene la capacidad de almacenar fluidos en cualquier condicin. Se expresa por el porcentaje de volumen de poros respecto al volumen total de la roca (porosidad total o bruta). La porosidad total es considera como el volumen poroso del total de poros estn o no interconectados (ver Ecuacin (4.3)).

Donde:: Porosidad Vp = Volumen Poroso VT = Volumen Total Vg = Volumen de granos

La porosidad se mide en laboratorio sobre muestras de ncleos de pozos acorazonados y esta medida se usa para calibrar los clculos de porosidad hechos desde registros elctricos. Sin embargo no todo el espacio poroso est disponible para almacenar fluidos, por esta razn cuando se cuantifica volumen de fluidos mviles se trabaja con porosidad efectiva. Dependiendo de cmo sea la comunicacin de estos poros, la porosidad se puede clasificar de la siguiente manera:

Porosidad Primaria (Original)Desarrollada al tiempo de la desopilacin Porosidad secundaria (inducida) Desarrollada como resultado de procesos geolgicos ocurridos despus de la desopilacin Porosidad Total o Absoluta. Mide el espacio poroso interconectado y no conectado

Porosidad Efectiva. Mide el volumen poroso interconectado

Vb = volumen de roca de reservorio Interconectada o efectiva: La porosidad efectiva se refiere al porcentaje de poros interconectados mediante gargantas que permiten la circulacin de fluidos (fluidos mviles). No interconectada o no efectiva. La porosidad no interconectada o no efectiva es aquella que representa la fraccin del volumen total de la roca que est conformada por los espacios que pueden contener fluidos pero no estn comunicados entre s (fluidos no mviles). La porosidad Total o absoluta se define como (ver Ecuacin (4.4)):

Esquema de los diferentes tipos de porosidad.

Modificado de Core Laboratories (1989).Los valores de porosidad oscilan entre:0% - 5% Despreciable 5% -10% Pobre 10% - 15% Regular 15% - 20% Buena 20% - 40% Excelente

Factores que afectan la porosidad La distribucin cbica de granos esfricos tiene una porosidad, = 47,6% (mxima porosidad y la distribucin menos compacta). La distribucin rombodrica de granos esfricos tiene una porosidad, =26%. La distribucin cbica de granos de dos tamaos diferentes tiene una porosidad, 12,5%.

3.2. PERMEABILIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRAULICAEl concepto de permeabilidad es un concepto genrico que hace relacin al paso de un material a travs de otro. En este trabajo nos limitaremos al examen del flujo de agua a travs de geomateriales corrientes. En geomateriales permeables saturados, el flujo unidimensional est gobernado por la regla tcnica de Darcy.En geotecnia es ms comn el uso del concepto de conductividad hidrulica o coeficiente de permeabilidad, el cual puede ser definido como la velocidad de descarga de agua en condiciones de flujo laminar a travs de un rea transversal unitaria de un medio permeable bajo un gradiente hidrulico unitario y en condiciones estndar de temperatura.Conviene distinguir entre la permeabilidad primaria, propia de un material, y caracterstica de los materiales naturales, y la permeabilidad secundaria, en la que el fluido se desplaza a lo largo de discontinuidades que es propia de materiales cohesivos y de macizos rocosos.

Esquema Sistema poral.

La conductividad hidrulica, es un parmetro esencial en la determinacin cuantitativa del movimiento del agua en el suelo para la solucin de problemas que envuelven irrigacin, drenaje, recarga, conservacin del suelo, y flujo a travs de presas y de vasos deembalses, entre otros. Por lo tanto al citar a Ramrez et al, (2006) se establece La conductividad hidrulica es afectada por la textura y estructura del suelo, siendo mayor en suelos altamente porosos, fracturados o agregados y menor en suelos densos y compactados.En particular, Terzaghi y Peck (1946) consideraron los efectos de la densidad y viscosidad de los fluidos e introdujeron el concepto deconductividad hidrulica, equivalente al concepto de permeabilidad, o coeficiente de permeabilidad en el informe de Darcy, diferente de la permeabilidad intrnseca (k); Louis (1969) propuso una expresin racional para calcular la conductividad hidrulica de masas rocosas en funcin del espaciamiento y abertura de las discontinuidades; ngel (1989), Bear (1988) y Fancher et al. (1933), relacionaron el flujo de agua en medios permeables con el nmero de Reynolds y propusieron criterios cuantitativos para delimitar el intervalo en el que ocurre el flujo estacionario.El aparato experimental de Darcy, que se muestra en la figura 3-1, le permiti variar la longitud (L) de una columna de arena y la presin del agua en las partes superior (h1) e inferior (h2) de la misma.La expresin original de Darcy;

Pueden presentarse en trminos actuales con la expresin:

Equipo usado por Henry Darcy en sus experimentos. (Darcy, 1857)

Donde: Q: Caudalk: Coeficiente de permeabilidadh1: altura, sobre el plano de referencia, entrada de la capa filtranteh2: altura, sobre el plano de referencia, salida de la capa filtranteL: Longitud del espcimen.Clases de permeabilidad Permeabilidad Absoluta (Ka). Ocurre cuando la roca se encuentra 100% saturada de un fluido( agua , aceite,,etc), esta permeabilidad se puede medir en el laboratorio Permeabilidad Efectiva (Ke). La capacidad de fluir de un fluido, cuando la saturacin del fluido dentro de la roca es menor a 100%. Permeabilidad Relativa (Kr). Es la relacin entre la permeabilidad efectiva y la permeabilidad absoluta

La permeabilidad relativa es una medida directa de la capacidad de un sistema poroso para conducir un fluido en presencia de uno o varios fluidos Permeabilidad in situ. Es la medida de la permeabilidad efectiva a condiciones de yacimiento. Tienen en cuenta las heterogeneidades, saturacin y esfuerzos de sobrecarga. No puede ser obtenida a partir de corazones y solo puede ser obtenida a partir de pruebas de pozo "Well Testing.La permeabilidad de las rocas del yacimiento pueden variar de 01, a 1000 milidarcies (md), la calidad de un depsito puede ser juzgada como:

Factores que influyen en la permeabilidad:El hecho de que una roca sea porosa no indica necesariamente que sea permeable, ya que la capacidad de tal roca porosa en permitir el movimiento de fluidos depende tambin de la continuidad de los poros y del grado de interconexin. La permeabilidad tambin es una funcin del tamao y forma de los poros y, a su vez, stos dependen de las propiedades geomtricas de los granos minerales y de su distribucin. Adems recientes estudios de laboratorio incluyen los efectos de la temperatura del reservorio sobre las permeabilidades relativas. Por lo tanto la permeabilidad tambin es funcin de: Arreglos de los granos de la roca. Forma y tamao de los granos de la roca. Presencia de arcilla. Temperatura.

3.3. CAPILARIDADLacapilaridades un proceso de losfluidosque depende de sutensin superficialla cual, a su vez, depende de la cohesin del lquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por untubo capilar.Cuando un lquido sube por un tubo capilar, es debido a que lafuerza intermolecularo cohesin intermolecular entre sus molculas es menor que laadhesindel lquido con el material del tubo; es decir, es un lquido quemoja. El lquido sigue subiendo hasta que la tensin superficial es equilibrada por el peso del lquido que llena el tubo. ste es el caso delagua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de lasplantas, sin gastar energa para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la cohesin entre las molculas de un lquido es ms potente que la adhesin al capilar, como el caso delmercurio, la tensin superficial hace que el lquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

Efectos de la capilaridad3.4. LEY DE DARCYEl flujo de agua a travs de medios porosos est gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Darcy en 1856, quien investigo las caractersticas del flujo a travs de filtros de material terreo. Utilizando determinados dispositivos de diseo. Darcy encontr que para velocidades sufivcientemente pequeas el gasto o caudal es:

Donde:Q:caudal o gasto (cm3/seg):variacin del volumen en un diferencial de tiempo:diferencial de tiempo k: coeficiente de permeabilidad (cm/seg)i: gradiente hidrulico (adimensional)A:seccin transversal del filtro (cm2)Si se considera la ecuacin de continuidad:

Donde:Q:caudal o gasto (cm3/seg)v: velocidad (cm/seg)A:rea transversal (cm2)Es posible relacionarlos de forma tal que:

Expresin conocida como la ley de Darcy.

Figura 4-52: Esquema Ley de Darcy.

3.5. EFECTOS DEL AGUA SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO EN LABORES MINERASLa diversidad de macizos rocosos en los que se desenvuelven las labores mineras a cielo abierto y subterrneas, hace que se tengan que resolver numerosas situaciones para resolver condiciones geomecnicas que condicionan los proyectos mineros. Entre los problemas principales a resolver (influencia de la litologa y estructura geolgica, riesgos geolgicos, medioambiente, etc.)se encuentran los relacionados con la presencia de agua, pues es uno de los factores que ms incidencia tiene en el comportamiento mecnico de los materiales. El agua influye en la respuesta geomecnica del macizo rocoso y, por tanto, en su respuesta a las fuerzas aplicadas y a los esfuerzos resultantes. Entre los efectos ms significativos en este sentido cabe mencionar: Juega un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de los materiales meteorizados. Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas. Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia. Las zonas alteradas y meteorizada, las discontinuidades importantes y las fallas son caminos preferentes para el flujo del agua. Produce meteorizacin qumica y fsica en la matriz y en los macizos rocosos. Es un agente erosivo muy importante.Es conveniente recordar que la resistencia es el mximo esfuerzo que puede soportar el macizo rocoso para unas condiciones determinadas, en funcin de sus propiedades resistentes c(cohesin) y (ngulo de rozamiento interno), y se puede evaluar por el criterio de rotura de Mohr -Coulomb que expresa la resistencia al corte a lo largo de un plano en un estado triaxial de tensiones

3.6. EJEMPLO DE COMPORTAMIENTO HIDRULICO DE MACIZOS ROCOSOS Y SU INCIDENCIA EN MINERAUna vez analizados en detalle los factores que controlan el comportamiento hidrulico del macizo rocoso, dedicamos el apartado final de este captulo a exponer un ejemplo del mismo y su incidencia en labores mineras.Los temas de inters se clasifican de la siguiente forma (por orden de prioridad): El agua en el comportamiento de las excavaciones Trabajos subterrneos bajo el nivel piezomtrico Drenaje y achique del agua Agresividad y ataque qumico del agua de mina Reutilizacin del agua Trabajos especiales de impermeabilizacin Aporte de aguas superficiales Irrupciones acuferas bruscas Desage de minas abandonadas Eliminacin subterrnea de aguas residuales Problemas del agua en las explotaciones de sal Explotacin por lixiviacinToda esta problemtica deriva de: dificultades para trabajar bajo el nivel piezomtrico comportamiento de las explotaciones como "receptores y acumuladores" de agua necesidad de eliminar pronto las agua acumuladas en las explotaciones mineras.Por tanto, parece evidente la justificacin de realizar estudios hidrogeolgicos desde el inicio de los trabajos de reconocimiento minero. Estos estudios se apoyan en una serie de tcnicas: a) Prospeccin geofsica b) Sondeos de investigacin, utilizables para: reconocer la hidrologa y geometra del acufero realizar ensayos dimensionales para determinar la k emplear trazadores para conocer la direccin del agua c) Red de piezmetros para controlar la evolucin de niveles durante y despus de la construccin del pozo d) Sondeos de captacin, utilizados primero para realizar ensayos de bombeo y luego para drenajeDe los resultados de estas tcnicas se derivar el inters de las mismas relacionado con:IV. PRUEBA DE LABORATORIO

4.1. Equipos y reactivos Permemetro de gases. Cronometro. Medidor de volumen (Probeta). Fuente de aire y nitrgeno. Manmetro. Cilindro de desplazamiento. Transmisor de presin. Bomba de presin. Aire. Agua. Aceite (Tersol).

4.2. Tabla de datos.

Datos de la muestra insitu: arenisca

Peso humedo661 gr

Peso seco653 gr

Dimetro 54.2 mm

Longitud 108.4 mm

Presin de confinamiento5 Mpa

Presin vertical a la muestra500 Mpa + 1000 Mpa

Datos a introducir la muestra (probeta)Dimetro 1 cm

rea de la seccin transversal0.7854 cm2

4.3. ProcedimientoEn el caso de la determinacin de la permeabilidad absoluta al lquido, se procede a inyectar fluido al ncleo, dispuesto con todos los requisitos necesarios en el coreholder y la bomba de desplazamiento, a diferentes caudales registrando en cada caso el diferencial en presin estabilizado en el ncleo. Lo anterior para diferentes presiones de confinamiento, lo cual ms tarde permitir analizar el efecto de la misma sobre la propiedad petrofsica del macizo rocoso en cuestin.4.4. Muestra de clculos.Usando la formula de darcy, determinaremos la cantidad de agua que atraviesa el macizo rocoso por unidad de tiempo considerando los datos analizados en la probeta,para 5 cm de variacin

Datos: A: 0.7854 cm2L: 1 cmh:5 cm K:0.2 cm3/hV:5cm/h

4.5. Tabla de resultados4.6. Anlisis de resultados.El resultado nos brinda que la muestra es permeable a uan velocidad de: 4.7. Fuentes de error.La fuente de error que se puede obtener con ms relevancia en este proceso de anlisis, son los por los errores humanos que se puedan realizar en momento de toma de dato y/o en la recoleccin de los mismos.

V. CONCLUSIONES Para el ingeniero de petrleo la porosidad y permeabilidad son las dos propiedades petrofsicas ms importante Una buena porosidad efectivca, nos indicara que hay la posibilidad de tener una buena recuperacin de hidrocarburos Es muy importante tener claro cada propiedad petrofsica y para que nos sirve, eso nos servir a conocer mejor nuestro yacimiento.

VI. RECOMENDACIONESSe recomienda realizar la recoleccin de datos con mayor precisin y realizarla en.

VII. BIBLIOGRAFA

Tesis de investigacin,Jhon Francisco Romaa Garca (2014), Los Lmites de la Ley de Darcy, Medelln, Colombia. Silvia Angelone,(2006), Permeabilidad de suelos, Rosario. Arsenio Gonzlez Martnez, HIDRULICA DEL MACIZO ROCOSO, Huelva Espaa. Jader David Uparela abad, Grupo De Investigacin Estabilidad De Pozo, Texas USA. Andrs Alberto Carvajal (20099, laboratorio de yacimientos, Colombia. Fabin Hoyos Patio, La Ley de Darcy acotada, Academia.edu.

EUDES A. C.CPgina 1