conductividad Hidraulica
-
Upload
jairo-julca -
Category
Documents
-
view
230 -
download
2
Transcript of conductividad Hidraulica
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
I. INTRODUCCIÓN
En el diseño y funcionamiento de un sistema de drenes depende en gran
medida de la conductividad hidráulica o conductividad saturada del suelo
(K). Todas las ecuaciones para determinar espaciamiento entre drenes
consideran este parámetro. Consecuentemente, para diseñar o evaluar un
sistema de drenaje es necesario determinar el valor de la conductividad
tan preciso como sea posible.
Se empleara el método “AUGER-HOLE” que es un método rápido y sencillo
para medir la conductividad hidráulica del suelo que se encuentra por
debajo del nivel de una capa freática, y por lo tanto, tiene todo sus huecos
ocupados por agua.
En nuestra práctica realizamos y determinamos la conductividad
hidráulica en presencia de manto freático.
El Grupo
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
II. OBJETIVOS
Entender el comportamiento de los suelos saturados
Calcular el valor de la conductividad hidráulica mediante la técnica
del AUGER-HOLE.
III. MARCO TEÓRICO
3.1. La conductividad hidráulica varía espacialmente debido a:
La interacción del fluido con el medio poroso (por las características
mineralógicas de las partículas y el agua que percola a través del
suelo).
El bloqueo de los poros (debido al aire atrapado y a la destrucción de
los agregados).
Los microorganismos (su multiplicación y la consiguiente
descomposición de la materia orgánica puede obstruir los poros).
Las grietas y cavidades (resultante de la actividad de las lombrices y
descomposición de las raíces) y e) la heterogeneidad del medio poroso
(variaciones en las características físicas de distintos estratos
conduce a diferencias entre la conductividad hidráulica horizontal y
vertical).
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
3.2. Determinación de la conductividad hidráulica.
Existe una serie de técnicas destinadas a la obtención de un valor
puntual de la conductividad hidráulica. Estos métodos se pueden
clasificar de la siguiente forma:
a) Métodos de laboratorio.
a.1. Permeámetro de altura constante
a.2. Permeámetro de altura variable
b) Métodos de terreno.
b.1. Con nivel freático presente
- Método del pozo- Método del piezómetro
- Método del doble pozo
- Método de la prueba de bombeo
- Método de drenes paralelos
b.2. Sin nivel freático presente
- Método del pozo invertido
- Método del cilindro de infiltración
- Método del doble tubo.
c) Métodos de correlaciones.
c.1. A partir de la curva de retención de humedad del suelo
c.2. A partir de la curva de distribución del tamaño de partículas
c.3. A partir de la clase textural
Tanto los métodos de laboratorio como los de terreno, se basan en
imponer ciertas condiciones al flujo de agua, en una muestra de suelo o
en el suelo mismo, para la aplicación de una fórmula basada en la ley
de Darcy sujeta a ciertas condiciones de borde.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
3.2. Ley de Darcy
Henry Darcy, ingeniero hidráulico francés, observó, en 1856, que el
caudal de flujo laminar de un fluido (de densidad y temperatura
constantes) entre dos puntos en un medio poroso es proporcional al
gradiente hidráulico (dh/dl) entre los dos puntos (Custodio, 1996). La
situación se describe en la Figura 1.10. La ecuación que describe la
tasa de flujo a través de un medio poroso es conocida como ley de
Darcy y esta dada por la ecuación:
Dónde:
q= Q/Sección (es decir: caudal que circula por m2 de sección)
K= Conductividad Hidráulica.
= Gradiente hidráulico expresado en incrementos infinitesimales.
(El signo menos se debe a que el caudal es una magnitud vectorial,
cuya dirección es hacia los ∆ h o dh es negativo y, por lo tanto el
caudal será positivo)
3.3. Conductividad hidráulica (K)
También llamada permeabilidad hidráulica. Corresponde a la
constante de proporcionalidad en la ecuación que describe la Ley
de Darcy y representa la mayor o menor facilidad con que el medio
deja pasar el agua a través de él por unidad de área transversal a la
dirección del flujo. Tiene dimensiones de velocidad [L T-1].
La permeabilidad intrínseca de un medio k es una función de la
forma o diámetro y distribución de tamaño de los poros.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
3.4. Transmisividad (T)
También llamada transmisibilidad. Es una medida de la
cantidad de fluido que puede ser transmitida horizontalmente a
través de una sección de acuífero de ancho unitario, que involucre
todo el espesor saturado, bajo un gradiente hidráulico igual a
la unidad. Se obtiene haciendo el producto entre el espesor
saturado del acuífero, b, y su conductividad hidráulica, K, tal como
indica la ecuación. Tiene las dimensiones [L2T-1].
3.5. Coeficiente de almacenamiento (S)
Se define como el volumen de agua que puede ser liberado por un
prisma vertical de acuífero, de sección unitaria y de altura igual a su
espesor saturado, cuando se produce un descenso unitario de la
carga hidráulica (del nivel piezométrico o del nivel freático). S es un
coeficiente adimensional.
Al nivel de la superficie freática, en el caso de un acuífero
libre, el agua es liberada del almacenamiento por drenaje
gravitacional. Bajo la superficie freática, o dentro del acuífero mismo
en el caso de un acuífero confinado, el agua es expelida debido a la
compresión del esqueleto sólido del suelo y a la expansión del
agua en los poros, ambas producidas por el descenso de la
carga hidráulica sobre el acuífero.
Debido a lo anterior, el coeficiente de almacenamiento S tiene
distintas expresiones dependiendo del tipo de acuífero descrito.
3.5.1.Almacenamiento específico (Ss)
Se define como el volumen de agua añadido o extraído por
unidad de volumen del acuífero y por unidad de variación de la
carga hidráulica, producto de los efectos elásticos del esqueleto del
suelo y de la propia elasticidad del agua.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
3.5.2.Coeficiente de almacenamiento en un acuífero confinado
Dentro de un acuífero confinado, el espesor completo del acuífero
permanece saturado mientras se está liberando o almacenando
agua.
Por lo tanto, toda el agua es liberada debido a la compactación
del esqueleto del suelo y a la expansión del agua en los poros.
Los valores de S en acuíferos confinados son generalmente menores
que 0.005. Valores entre 0.005 y 0.10 generalmente indican un
acuífero semiconfinado
3.5.3.Coeficiente de almacenamiento en un acuífero no
confinado
Dentro de un acuífero no confinado, el nivel de saturación varía a
medida que el agua es añadida o removida del acuífero. Cuando el
nivel freático desciende, el agua es liberada tanto por el drenaje
gravitacional como por la compactación del esqueleto y la expansión
del agua en los poros.
IV. MATERIALES Y EQUIPOS
Barrena Holandesa
Wincha metálica
Equipo para la medición con Flotador
Cuaderno de apuntes.
Programa Excel y Word
Equipo sacar el agua.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
V. METODOLOGÍA PARA DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA (K)
5.1. MÉTODO DE AUGER HOLE:
El método del agujero de barreno (AUGER HOLE), se basa en la
recuperación del nivel freático producido en una perforación
registrando la evolución de los descensos (y) en el tiempo (t). Utiliza la
fórmula de Ernst generalizada según la siguiente expresión:
Dónde:
y : descensos medidos a partir del nivel estático (mts.);
H : desnivel entre el fondo de la perforación y el nivel estático (mts.);
r : radio de la perforación (mts.)
Aplicable a profundidades entre 2.50 a 3.00 mts. Como máximo.
Duración del ensayo: cubierto el tercio inferior del espesor total del
manto, puede terminarse el proceso de medición.
5.2. FASES PARA DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA
SE REALIZA EN TRES FASES CONSECUTIVAS:
1.- Perforación del sondeo
2.- Extracción del agua de inundación
3.- Medición de la velocidad de elevación del agua
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
5.2.1. Perforación del sondeo
Es muy importante realizar esta operación alterando el suelo lo
menos posible, para este fin se utilizan barrenas especiales de doble
“hoja abierta” o barrenas de tipo holandés
Fig. 01 Hojas abiertas de la barrena tipo Holandés
La profundidad del agujero depende de la naturaleza y espesor de los
horizontes, así como de la profundidad a la cual queramos
determinar la conductividad hidráulica.
5.2.2. Extracción del agua del sondeo
Esta fase debe comenzar únicamente si la capa freática en el
interior del agujero ha alcanzado el equilibrio. Normalmente es
necesario que transcurran entre 10 y 30 minutos de tiempo si el
suelo es moderadamente permeable (K= 1 m/día) y algunas horas
cuando es poco permeable (K= 0,1 m/día).
5.2.3. Medida de la velocidad de inundación
La medida consiste en controlar la velocidad a la cual el agua
asciende de nuevo en el agujero. Las observaciones pueden ser
realizadas empleando intervalos de tiempo constantes (Δt) o
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
mediante intervalos de ascensión del agua prefijados de antemano
(ΔYt).
En cuanto al número de medidas a realizar, en orden a aumentar la
exactitud de los resultados y reducir errores, es conveniente realizar
unas cuatro lecturas mientras el nivel de agua asciende.
VI. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA (K)
6.1. Se realiza el sondeo o perforación con la barrena. Se anota su
profundidad (D) y diámetro (2r)
6.2. Se dejan transcurrir unas 24 h para dejando el agua de la capa
freática inunde el sondeo por completo Se anota la profundidad
de la capa freática (W´)
6.3. Se extrae el agua del sondeo mediante una botella adecuada
para la extracción se realiza 4 a 5 extracciones.
6.4. Se registran medidas de la velocidad de ascenso del agua en el
sondeo, anotando mm de elevación (Y´n) y la hora de lectura de
cada medida (tn).
Fig 02. Esquema de procedimiento para determinar conductividad
hidráulica
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
VII. CÁLCULOS Y RESULTADOS:
Datos: LECTURA
TIEMPO
(seg) PRIMERA SEGUNDA TERCERA CUARTA
0 157.0 157.0 157.0 157.0
5 156.2 156.4 156.3 156.1
10 155.5 155.6 155.8 155.5
15 155.0 155.0 155.2 155.0
20 154.4 154.2 154.8 154.3
25 154.0 153.8 154.3 153.8
30 153.5 153.2 153.9 153.5
40 153.0 152.8 153.1 152.9
50 152.0 151.7 152.4 152.1
60 151.2 151.0 151.5 151.2
70 150.0 150.0 150.8 150.5
80 149.2 149.2 150.2 149.8
90 148.1 148.6 149.3 149.0
100 147.2 147.8 148.5 148.2
110 146.4 147.0 148.0 147.3
120 145.8 146.0 147.1 146.7
130 144.9 145.0 146.2 145.9
140 144.4 144.4 145.3 145.0
150 143.6 143.8 144.4 144.2
160 142.7 143.0 143.0 143.2
170 142.2 142.3 142.3 142.0
180 141.6 141.8 141.9 141.5
190 140.9 141.2 141.0 141.0
200 140.2 140.4 140.0 140.3
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
CALCULO DE LA CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA
METODO DE AUGER HOLE :
Dónde:
K= Conductividad Hidráulica ( m/día)
r = Radio del pozo de observación (cm)
H = Altura del nivel freático (cm)
Y = Altura de nivel freático media entre el nivel de medición inicial
y final (cm)
dy = Diferencia del nivel freático entre el nivel de medición inicial y
final (cm)
dt = Tiempo observado entre la medición inicial y final (seg)
LECTURAS
TIEMPOS
(seg) VARIABLES PRIMERA SEGUNDA TERCERA CUARTA
0 - 40 dy (cm) 40.0 42.0 39.0 41.0
Y (cm) 160.0 159.0 160.5 159.5
40 - 80 dy (cm) 38.0 36.0 29.0 31.0
Y (cm) 161.0 162.0 165.5 164.5
80 - 120 dy (cm) 34.0 32.0 31.0 31.0
Y (cm) 163.0 164.0 164.5 164.5
120 - 160 dy (cm) 31.0 30.0 41.0 35.0
Y (cm) 164.5 165.0 159.5 162.5
160 - 200 dy (cm) 25.0 26.0 30.0 29.0
Y (cm) 167.5 167.0 165.0 165.5
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
REMPLAZANDO LOS VALORES SE TIENE:
CALCULOS:
Resultados (los primeros 40 seg)
Datos: I II III IV
r (cm) 4 4 4 4
H (cm) 180 180 180 180
Y (cm) 160.0 159.0 160.5 159.5
dy (cm) 40.0 42.0 39.0 41.0
dt (seg) 40.00 40.00 40.00 40.00
K (m/d) 1.38 1.46 1.35 1.42
K1prom
(m/d) 1.40
Resultados (los segundo 40 seg)
Datos: I II III IV
r (cm) 4 4 4 4
H (cm) 180 180 180 180
Y (cm) 161.0 162.0 165.5 164.5
dy (cm) 38.0 36.0 29.0 31.0
dt (seg) 40.00 40.00 40.00 40.00
K (m/d) 1.31 1.24 1.00 1.07
K2prom
(m/d) 1.16
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
Resultados (los tercer 40 seg)
Datos: I II III IV
r (cm) 4 4 4 4
H (cm) 180 180 180 180
Y (cm) 163.0 164.0 164.5 164.5
dy (cm) 34.0 32.0 31.0 31.0
dt (seg) 40.00 40.00 40.00 40.00
K (m/d) 1.17 1.10 1.07 1.07
K3prom
(m/d) 1.10
Luego tenemos:
K (promedio) 1.22 m/día
VIII. DISCUSIÓN DE RESULTADO.
El valor estimado de la conductividad hidráulica es de un material
Franco arcilloso bien graduado, los primeros 40 segundos presentan
una conductividad hidráulica (K) de 1.40 m/día, que representa un
valor superior a los demás se ve como va descendiendo a medida que
pasa el tiempo.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
IX. CONCLUSIONES.
La Conductividad Hidráulica obtenida en campo resulta :
Por el método de AUGER HOLE:
K1 = 1.40 m/día, K2 = 1.16 m/día, K3 = 1.10 m/día, que
representan cada 40 segundos de lectura, teniendo un promedio de
conductividad hidráulica de K=1.22 m/día que representa un suelo
Franco, Franco arcilloso bien estructurado, Franco arenoso muy
fino.
La Conductividad Hidráulica define la capacidad del medio poroso
para transmitir el agua a través de si mismo.
X. BIBLIOGRAFÍA.
MAXIMO VILLON BÉJAR, 2005, DRENAJE Segunda edición, Editorial
Villón Lima, Perú.
AGUA SUBTERRANEA, Nicolás Echevarría Morales, Guillermo Aguilar
Giraldo, PUBLIDRAT, 2004.
http://www.olivos.cl/blog/conductividad-hidraulica/
http://ing.unne.edu.ar/pub/aguasubterranea.pdf
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
XI. ANEXOS
11.1. Esquema general del método AUGER HOLE.
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
11.2. Fotos de trabajo de Campo
Fig 01 perforación desarrollado (r = 4cm) con Barrena Holandesa
Fig. 02 Equipo para la medición con Flotador integrado con Wincha
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
Fig. 03 Equipo implementado para sacar agua del orificio
Fig 04 Equipo implementado sacando agua del orificio
Fernández Félix Erick, Julca Vega Jairo, Rojas Henostroza Kevin Ing. de Drenaje
M ultiservicios
“Copysistem ”
UNIVERSIDAD NACIONAL
“Santiago Antúnez de Mayolo” FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS
“Escuela de Ingeniería Agrícola”
Fig 05 Equipo implementado instalado para leer diferencia de nivel
freático
Fig 06 lectura de diferencia de nivel freático