UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA UNIDAD DE POSTGRADO FIGMM UNI MAESTRIA EN MINERIA Y MEDIOAMBIENTE
HIDROGEOLOGIA (MEM-205)
Ing. Ramiro Santiago
[email protected]
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Areniscas de Nubia en África: 150,000 km 3 Gran Cuenca Artesiana en Australia: 65,000 km 3 Acuífero Guaraní en Arg. Bra. Urug. Parag.: 37,000 Km3
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Porosidad (): capacidad de la roca a tener poros.
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Densidad seca aparente ( ): se seca la muestra en un horno, se obtiene el valor
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de la masa (peso/gravedad) y se divide contra el volumen original de la muestra (volumen vacío + volumen solidos). Densidad de sólidos ( ): la masa seca del horno se divide entre el volumen de la muestra (volumen sólidos). Se expresa en porcentaje: Volumen total de Vacíos/Volumen total de la roca. =
=1
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Porosidad de sedimentos es el espacio vacío entre los fragmentos sólidos. Extremos de porosidad: Fragmento esférico, igual diametro. Arreglo cubico
Arreglo romboide
= 47.65%
= 25.95%
El diametro no influencia la porosidad. La porosidad de sedimentos redondeados e igual tamaño: porosidad: 26-48%. Sin poros no habria agua para los pozos ni manantiales.
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Sedimentos con mezcla de diferentes tamaños, la porosidad será baja. La partículas mas pequeñas llenaran los espacios vacíos de las grandes. Cuanto menos uniforme es el tamaño, menor es la porosidad. Viento, oleaje, corrientes de agua: generan sedimentos de igual tamaño. Acción glaciar y deslizamientos: generan sedimentos con variedad de tamaño. La porosidad depende de la forma. Las esféricas tienen menor porosidad debido a que pegan más.
Menor porosidad
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Coeficiente de uniformidad: es una medida que describe la uniformidad de tamaños del sedimento.
d 60 = el diámetro o tamaño por debajo del
cual queda el
d 10 = el diámetro o tamaño por debajo del
cual queda el
60% del suelo, en peso
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10% del suelo, en peso
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< : ñ
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> : ñ
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Rocas sedimentarias son el resultado de la diagenesis (proceso químico y físico después de la deposición) en los sedimentos. Compactación reduce el volumen de poros (re-acomodo y re-modelo del sedimento). Deposición: calcita, dolomita o sílica reduce la porosidad (excepto si hay disolución). Porosidad primaria de la roca sedimentaria será menor que del sedimento original (arcillas y limos).
Sedimento con porosidad
Reducción de porosidad debido a
Mas reducción de porosidad debido
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Porosidad secundaria se forma debida a fracturas (juntas espaciadas- roca triturada o brechas). Agua subterránea puede ser encontrada en los poros o fracturas. Suelos Cohesivos (arcillas y limos) •
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Suelos No Cohesivos (arenas y gravas) •
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fracturas debido al encogimiento fracturas debido a actividad tectonica.
Calizas y dolomitas: •
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Origen químico y biológico. Carbonato de calcio y carbonato de calcio-magnesio. El material inicial fue una solución acuosa. Precipitación proceso reversible, la roca puede ser re-disuelta. Agua subterránea se mueve por poros, fracturas y planos de estratificación. Porosidad Calizas y Dolomitas: 1 -30%
Las cavernas Carlsbad, Nuevo México
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Formadas por aplicación de calor y presión a rocas pre-existentes sedimentarias o igneas. El acuífero se forma en la zona alterada superficialmente, fracturas por fallas y diaclasas. Son permeables en la zona donde están las fisuras abiertas. Las calizas (carbonatos) metamórficas cristalinas son propensas a sufrir karstificación (agua subterránea kárstica)
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Formadas por procesos de enfriamiento del magma en la corteza terrestre. Rocas típicas: granito, sienita y diorita. Minerales: cuarzo, feldespato, micas, piroxenos y anfíboles Rocas ricas en cuarzo (ej. granito), son propensas a sufrir fisuración, debido a la meteorización mecánica. Los depositos de aluviones arenosos en la superficie son permeables Rocas pobres en cuarzo (sienita) son propensas a sufrir meteorización química, generando minerales arcillosos que son menos permeables que obturan las fisuras de la roca subyacente. Son permeables donde la roca esta abierta.
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Formada por enfriamiento del magma y lava, depósitos de ceniza. La burbujas de gas quedan atrapadas por el enfriamiento (huecos en la roca) pero no se interconectan. Rocas volcánicas con alta porosidad no significa alta permeabilidad. Rajaduras debido al contracción crea grietas. Las lavas modernas son más permeables que las antiguas.
Porosidad
Basalto: 1-12% Pumita o Piedra Pomez:87% Depósitos Piroclásticos: 14-40% Cenizas recientes: 50%
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Porosidad eficaz : relación entre el volumen de agua que drena de una zona saturada debido a la gravedad y el volumen total de la roca. Porosidad Eficaz = Vol. De vacíos Interconectados / Vol. Total de la Roca •
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Contenido humedad = ⇒ drenaje por gravedad cesa Granos finos retienen mas agua (área superficial mayor)
Retención Específica : relación entre el volumen de agua que una roca retiene a Volumen pesar de la gravedad y el volumen total de la roca. drenado •
Tamaño partícula decrece ⟹ aumenta Volumen retenido
Porosidad
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Henry Darcy (1800): movimiento de agua sobre el medio poroso (agua a través filtros de arena). Experimentalmente encontro que el flujo (Q ): Q ℎ ℎ
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Q ∆
Combinando las fórmulas (Ley de Darcy): =
ℎ ℎ
=
∆
ℎ
∆
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Gradiente hidráulico: i = ∆
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Constante de proporcionalidad: K
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Q
Signo negativo: flujo en dirección del decrecimiento de alturas piezométricas.
A: sección transversal
ℎ > ℎ : flujo fluye de 1 a 2 ℎ < ℎ : flujo fluye de 2 a 1
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Conductividad hidráulica (K):
=
ℎ
Algunos textos: coeficiente de permeabilidad Unidades K: (cm/seg.)
= : Descarga específica o velocidad darcy: K es una función de las propiedades del medio poroso y del fluido que circula. Ley Darcy: Experimento con esferas de vidrios D: diámetro de la esfera. C: factor de forma
: peso específico del fluido : viscosidad dinámica = . •
Permeabilidad intrínseca o específica (Ki): depende del medio poroso (industria
del petróleo):
Ki [Unidades Darcy]
1 Darcy = 9.87 × 10−cm2 = 10−cm2
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Tabla de conversion para valores de conductividad hidráulica
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Sedimentos de tamaño uniformes: ∝ Conductividad hidráulica de sedimentos arenosos (Método Hanzen, 1911): K: conductividad hidráulica
: tamaño efectivo de la partícula
C: Coeficiente (ver tabla) Válido para partículas 0.1-3mm
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Conductividad hidráulica puede ser relacionada al diámetro de la partícula del sedimento (Shepherd, 1989):
K: conductividad hidráulica
: tamaño medio de la partícula
C: Factor de forma j: exponente
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La permeabilidad intrínseca depende: aberturas primarias (roca) y secundarias (después de la formación de la roca). Tener en cuenta: tamaño de las aberturas, el grado de interconexión y la cantidad de espacios abiertos. Rocas sedimentarias clásticas o fragmentadas: tienen la porosidad primaria de la roca casi intacta. La porosidad secundaria se ve afectada por la diagenesis (cementación y compactación). Rocas cristalinas (origen igneo, metamórfico y químico): permeabilidad primaria baja (baja porosidad). La estructura cristalina tiene pocas aberturas. La porosidad secundaria se forma por fracturación.
La permeabilidad intrínseca de una roca consolidada es 2.7 × 10−3 . ¿Cual es la conductividad hidráulica para el agua a 15℃? •
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A 15℃ se tiene: Permeabilidad intrínseca en cm 2: Conductividad hidráulica:
= 2.6610−
