CI51J HIDRÁULICA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS Y...

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CI51J HIDRÁULICA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS Y SU APROVECHAMIENTO MODULOS EXPERIMENTALES MODULO 1: Determinación de la conductividad Hidráulica en terreno con el Infiltrómetro de Anillo. MODULO 2: Determinación de la conductividad Hidráulica en terreno con el Permeámetro de Guelph.

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  • CI51J

    HIDRULICA DE AGUAS SUBTERRNEAS Y SU APROVECHAMIENTO

    MODULOS EXPERIMENTALES

    MODULO 1: Determinacin de la conductividad Hidrulicaen terreno con el Infiltrmetro de Anillo.

    MODULO 2: Determinacin de la conductividad Hidrulicaen terreno con el Permemetro de Guelph.

  • PARA QU SIRVE DETERMINAR LA CONDUCTIVIDAD HIDRULICA EN LA

    ZONA NO SATURADA?

    1. Calcular sistemas de riego.

    2. Determinar aportes al agua subterrnea.

    3. Regular infiltraciones en canales, lagunas artificiales y reservorios.

    4. Medir la percolacin en rellenos sanitarios.

    5. Probar la efectividad de capas impermeables en obras de retencin de lquidos, entre otras aplicaciones.

  • MODULO 1:Determinacin de la conductividad Hidrulicaen terreno con el Infiltrmetro de Anillo.

  • ANTECEDENTES

    Infiltracin desde inundaciones superficiales

    Aplicando Darcy en la superficie y en el frente de humedad:

    Solo se considera flujo por gradiente de energa en zona hmeda.

    Vi es la tasa de infiltracin.

    hf es la altura de presin en el frente hmedo o crtica (hcr).

    ( )H L hw f fV Kwi L f

    + = (1)

  • ANTECEDENTES

    Infiltracin desde inundaciones superficiales

    ( )H L hw f fV Kwi L f

    + =

    Despus de un tiempo de infiltracin Lf se hace grande, si Hw es pequea: Lf >> Hw.

    SUPUESTO: hf es pequea.

    Por lo tanto:

    (1)

    V Kwi = (2)

  • ANTECEDENTES

    Infiltracin desde inundaciones superficiales

    V Kwi = (2)

    Qu es KW?

    Permeabilidad en el largo plazo para reas amplias y someras. SUPUESTOS: Suelo homogneo

    Sin capas intermediasSin obstruccionesSin actividad microbiana importante

    No es completa la saturacin y hay aire en el suelo:

    0,25K KW fs=

    0,5K KW fs= Para arenas:

    Para finos:

  • ANTECEDENTES

    Infiltracin en Anillos: Errores

    Mientras ms pequeo es el dimetrodel anillo, ms grande son los errores.

    Si el dimetro son 5 cms la tasa de infiltracinva a sobre estimarse 11 veces.

    Una lata de cerveza no sirve entonces !!!

  • ANTECEDENTES

    Infiltracin en Anillos: Soluciones

    Mtodo de doble anillo: NO SIRVE!!! (Bouwer, 1960).

    Anillo simple de grandes dimensiones.

    Anillo simple estandarizado y con correcciones.

    MTODO DE BOUWER.

    http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e/e9/Double_ring.JPG

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Materiales

    Anillo de metal

    Combo

    Regla

    Cinta adhesiva

    2 bidones o baldes

    Plato

    Cronmetro

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Instalacin

    PASO 1:Seleccionar un lugar plano. Limpiarlo de impurezas.

    PASO 2:Enterrar verticalmente el anillo unos 10 cms en el suelo. Martillar con el combo paulatinamente y medir la profundidad enterrada con la regla.

    PASO 3:Poner la regla al interior del anillo lo ms vertical posible, fijarla con la cinta adhesiva.

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Puesta en marcha y registroPASO 4:Vaciar baldes o bidones sobre el plato. Se debe llegar a un nivel de unos 8 a 10 cms.

    PASO 5:De inmediato empezar a registrar los tiempos y alturas de agua. Las mediciones se harn al menos durante 20 minutos.

    Calcular las tasas de infiltracin:

    (cm/min)

    Hasta que se estabilicen: Vi

    1 2N NR t

    =

  • EXISTIR ALGUNA FORMA MS PRECISA?

    EN 3D?

  • MODULO 2:Determinacin de la conductividad Hidrulicaen terreno con el Permemetro de Guelph.

  • ANTECEDENTES

    Determinacin del caudal infiltrado en el suelo medianteLa teora del pozo o agujero de nivel constante

    Donde:

    arrp r

    KV=

    = )(

    0

    )(=

    =

    z

    zpz

    KV

    fsz

    zg K

    zKV =

    =

    =0

    )(

    es la altura de presin del agua en el suelo.

  • ANTECEDENTES

    Determinacin del caudal infiltrado en el suelo medianteLa teora del pozo o agujero de nivel constante

    bA

    gbA

    zppA

    rp dAVdAVdAVQbbp

    ++=

    Luego, el caudal infiltrado en el agujero se puede escribir como:

    Si el rea que rodea al pozo est completamente saturado se reemplaza K() por Kfs. Desarrollando la ecuacin (3):

    (3)

    22

    *

    2 2 fsfs fs

    KH HQ K aC C

    K= + +

    FlujoGravitacional

    (4)

    Efecto ZonaSaturada

    Efecto ZonaNo Saturada

  • ANTECEDENTES

    Determinacin del caudal infiltrado en el suelo medianteLa teora del pozo o agujero de nivel constante

    22

    *

    2 2 fsfs fs

    KH HQ K aC C

    K= + + (4)

  • ANTECEDENTES

    Determinacin del caudal infiltrado en el suelo medianteLa teora del pozo o agujero de nivel constante

    211 14

    2 2 4H a aC senh

    a H H

    = + + El parmetro * [1/L] caracteriza el efecto de la zona no saturada del suelo que rodea al pozo:

    Factor de forma C:

    Categora del Medio Poroso * [1/m]

    Materiales arcillosos, compactos, poco estructurados. 1Suelos que tienen estructura fina y desestructurada. 4Suelos estructurados, desde arcillas pasando por francos. Incluye arenas desestructuradas. 12

    Arenas gruesas y gravas. Se incluyen algunos suelos con gran estructura como grandes fisuras y macroporos. 36

  • ANTECEDENTES

    Modelos para predecir la conductividad hidrulica en terreno

    MODELO DE GLOVER

    Flujo por gradiente de presin.

    Zona alrededor del pozo saturada.

    Primer trmino ecuacin (4).

    22 HCQK fs

    =G

  • ANTECEDENTES

    Modelos para predecir la conductividad hidrulica en terreno

    MODELO DE LAPLACE

    Flujo por gradiente de presin.

    Flujo gravitacional.

    Zona alrededor del pozo saturada.

    Primer y tercer trmino ecuacin (4).

    CaHCQK fs +

    = 222 L

  • ANTECEDENTES

    Modelos para predecir la conductividad hidrulica en terreno

    MODELO DE REYNOLDS Y ELRICK

    Flujo por gradiente de presin.

    Flujo gravitacional.

    Zona alrededor del pozo saturada y no saturada.

    Todos los trminos de la ecuacin (4).

    *22 22

    HCaHCQK fs

    ++

    =RyE

  • ANTECEDENTES

    Comparacin experimental entre los modelos

    REYNOLDS Y ELRICKGLOVER LAPLACE

    K cambia segn lacarga.

    Al despreciar el flujo gravitacional K es muy grande para cargaspequeas.

    Variabilidad menor quemtodo de Glover.

    Valor de K se encuentraentre los dos otros mtodos.

    Variabilidad menor quemtodo de Glover.

    Valor de K es siempre menorque el de los otros mtodos.

    No desprecia ningn flujo.

    Cuando el suelo se encuentramuy hmedo no es tan preciso.

    Se cometen imprecisiones al determinar .

  • CMO DETERMINAR Q A CARGA CONSTANTE?

    PERMEMETRO DE GUELPH

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    MaterialesPermemetro Guelph

    Perforadores cilndricos

    Cepillo

    Bidn con capacidad de 5 litros

    Cronmetro

    Huincha para medir

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Principios del Permemetro Guelph

    Universidad de Guelph, Reynolds et al. (1985)

    Mantiene carga constante en el pozo.

    Tubo de Mariotte permitesalida de burbujas solamente.

    Las burbujas mantienen el nivel de agua en el agujero.

    En rgimen permanente las nicas bajas en el reservorio se producen por infiltracin de agua.

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Partes del Permemetro GuelphMARCA: Soilmoisture Equipment CorpMODELO: 2800K1

    2 reservorios con vlvula de conexin

    Tubo de Mariotte

    Salida inferior

    Regleta superior

    Sellos de vaco

    Trpode o soporte

    Suelo homogneo de 60 cms

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Instalacin y llenado

    PASO 1: Hacer un agujero de 6 cms de dimetro y 30-40 cms de profundidad.

    PASO 2:Instalar el tubo principal a travs del trpode apoyando el soporte en l. Llegar hasta el fondo del pozo.

    PASO 3: Con el bidn llenar los reservorios, cerciorndose de tener la vlvula abierta y el tubo de Mariotte abajo.

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Mediciones

    PASO 4:Cerrar los sellos de vaco. Levantar lentamente el tubo de Mariotte hasta el nivel deseado (que sea bajo 10 cms).

    PASO 5:Cuando la carga en el pozo se haya estabilizado empezar a medir los niveles de los reservorios a travs del tiempo.

    Si la baja del nivel se hace imperceptible en 2 minutos, cerrar la vlvula de conexin entre los reservorios.

    L e c tu r a d e l n iv e l d e a g u a e n e l p e r m e m e tr o

    R e c ip ie n te in te r io r

    R e c ip ie n te e x te r io r

  • EXPERIENCIA PRCTICA

    Mediciones

    TASA DE INFILTRACIN:

    Rgimen permanente: 3 mediciones de R iguales.2-15 minutos dependiendo del tipo de suelo.

    Q = A R

    reas: 2,15 cm2 (cilindro pequeo).35,22 cm2 (ambos cilindros).

    REPETIR LA EXPERIENCIA CON UNA CARGA MS ALTA(10 a 20 cms)

    (cm/min)1 2N N

    R t

    =

  • TRABAJO POST-EXPERIENCIA

    Permemetro de Guelph:

    Determinar los caudales de infiltracin que penetran en el suelo para las dos alturas.

    Obtener la conductividad hidrulica utilizando los modelos analticos de Glover, Laplace y Reynolds. Comparar.

    Infiltrmetro:

    Determinar la tasa de infiltracin promedio y KW.Contestar preguntas de la gua.

  • TRABAJO POST-EXPERIENCIA

    INFORME:

    UN SOLO informe explicativo de la experiencia que incluya:

    Pequea introduccin (Objetivos)

    Metodologa utilizada en las experiencias

    Clculos y resultados obtenidos

    La conductividad hidrulica terica asociada al tipo de suelo (fino y orgnico) donde se realiz la experiencia

    Conclusiones que se desprenden. Comparar ambos mtodos.

    NO COPIAR DE LA GUA.

  • FIN

    GRUPOS?