Tema 2. Conceptos básicos. Características hidrogeológicas de los

Tema 2. Conceptos básicos. Características hidrogeológicas de los
materiales. Porosidad: tipos, determinación. El agua en el suelo. Concepto
cualitativo de la permeabilidad.
POROSIDAD
Desde el punto de vista cualitativo la porosidad es la capacidad de una roca de tener poros,
entendiendo por poro cualquier espacio de una masa rocosa que no esté ocupado por un
material sólido, sino por un fluido (agua, aire, petróleo,..).
Cuantitativamente, la porosidad se define como el espacio total ocupado por poros en un
volumen determinado de roca.
Porosidad total m = (Vh / V) 100
Vh : Volumen de huecos
V: Volumen total
Porosidad de algunos tipos de rocas (en %):
Gravas, 25-40; arenas y gravas, 25-30; arenas, 25 a 47; arcillas, 44-50; limos, 34 a 50; caliza,
1-17; arenisca, 4-26; yeso, 4
El interés hidrogeológico se centra en los poros intercomunicados, de manera que se define la
porosidad real como:
Pero no todos los poros son iguales, y en función de su tamaño el agua circulará más o menos
libremente. A grandes rasgos, distinguimos tres tipos de porosidad:
Microporosidad
<0.1 mm
Porosidad capilar
0.1-2 mm
Macroporosidad
> 2 mm
Los poros pueden ser el resultado de procesos muy diferentes; unos (porosidad primaria) se
originan al mismo tiempo que las rocas en los que se encuentran, por ejemplo los que existen
entre los diversos fragmentos que constituyen una roca detrítica (arena de una playa o de una
duna, depósitos aluviales de un río, etc..); otros (porosidad secundaria) se originan con
posterioridad a la formación de la roca y a menudo por procesos completamente diferentes a
los que dieron origen a aquella, por ejemplo, fisuras o diaclasas en una roca fracturada, o lo
que quizás es mejor conocido, la red de conductos y cavidades producida por disolución de
rocas solubles (simas, sumideros o cuevas).
Estas diferencias genéticas llevan aparejados otros contrastes de mayor relevancia: en las
rocas con porosidad primaria, intergranular, la porosidad se aprecia en muestras de pequeño
tamaño ("porosidad en pequeño") y su distribución es más o menos homogénea en el seno de
la roca; por el contrario, en las rocas de porosidad secundaria, ésta suele tener una distribución
muy irregular (condicionada por las características del proceso que genera la porosidad), de
modo que pueden existir bloques de gran tamaño absolutamente carentes de poros, separados
entre sí por conductos de mayor o menor envergadura; el resultado es que, por un lado, la
porosidad sólo se manifiesta si se consideran volúmenes grandes de roca ("porosidad en
grande") y, por otro lado, el comportamiento de tales rocas suele ser heterogéneo, (es decir,
diferente de unos puntos a otros) y anisótropo (diferente en distintas direcciones); estas
características influyen decisivamente en el comportamiento hidrogeológico de las rocas.
Igualmente importantes son también las consecuencias que derivan del hecho de que los poros
pueden tener muy distinto tamaño: son muy pequeños los que existen entre partículas de
arcilla (muy por debajo de 1 mm), pero pueden ser de orden métrico o superiores los
producidos por disolución. En los poros de muy pequeño tamaño el agua está firmemente
adherida a las paredes del poro por varios mecanismos, de los que el más importante es la
tensión superficial; en tales poros el agua es retenida contra la acción de la gravedad
("capacidad de retención específica") y no puede fluir libremente. Por el contrario, en los poros
de cierto tamaño una parte del agua (la no retenida del modo descrito) fluye libremente por
gravedad ("agua gravífica")
En consecuencia, la porosidad describe la capacidad de las rocas para albergar agua, pero no
la cualidad -tan importante desde el punto de vista hidrogeológico- de que el agua pueda
circular en el seno de la roca. Esta última cualidad es la permeabilidad, que requiere no sólo
que la roca sea porosa sino que además los poros tengan un cierto tamaño para contener
"agua gravífica"; a la porosidad correspondiente al agua gravífica se la denomina porosidad
eficaz.
La porosidad eficaz depende de la forma, tamaño y disposición de los granos; disminuye con el
diámetro y aumenta con la uniformidad.
% del volumen total
Métodos de medida: Normalmente se estima en función de la granulometría.
Porosidad
50
Porosidad
efizaz
25
Retención específica
Arcillas
FORMAS DE AGUA EN EL SUELO
Arenas
Gravas
Bloques
En el suelo se suelen distinguir tres tipos fundamentales de agua: agua de retención, agua
capilar y agua gravífica.
El agua de retención es el agua retenida en los poros o alrededor de las partícula de suelo en
contra de la acción de la gravedad. Se distinguen dos situaciones: el agua higroscópica, que
está fijada fuertemente a las partículas del suelo. El espesor de esta capa de agua que rodea
las partículas es muy reducido. La fuerza de unión entre el agua y las partículas del suelo tiene
lugar por medio de enlaces químicos entre los dipolos del agua y las valencias libres que
existen en la superficie de los minerales. Se trata de un agua inmovilizable desde el punto de
vista práctico y que no puede ser desplazada más que en estado de vapor. La cantidad de
agua retenida de esta manera varía en función de la granulometría y porosidad del material; así
pues, puede estimarse del orden de 0.2-0.5% en partículas gruesas y del 15-20% en materiales
finos (limos y arcillas). El agua pelicular, que envuelve a las partículas del suelo y al agua
higroscópica con una pequeña película cuyo espesor no sobrepasa las 0.1 micras. Se puede
desplazar en estado líquido por el juego de atracciones moleculares de las partículas vecinas.
La retención de este agua se debe a fenómenos de tensión superficial. La cantidad de agua
pelicular en el suelo depende también de la granulometría, de tal forma que podemos encontrar
valores muy dispares, del orden de 30-40% en arcillas y 1-2% en arenas.
El agua capilar es el agua retenida en conductos de pequeño tamaño (microporos) por
fenómenos de capilaridad y tensión superficial. Se pueden diferenciar: Agua capilar aislada o
colgada: no está ligada a la zona no saturada. Este agua se ubica en los microporos más
pequeños del suelo. Se puede eliminar por centrifugación. Agua capilar continua: ligada a la
zona no saturada. La granulometría influye en la cuantía de este agua; así, su presencia puede
alcanzar varios metros de altura en materiales arcillosos y pocos milímetros en materiales
gravosos.
El agua gravífica se define como la porción de agua que se desplaza libremente por el suelo
bajo el efecto de la gravedad. Ocupa los espacios libres de los poros, de los intersticios y de las
fisuras de las rocas. Constituye la parte activa de las aguas subterráneas y es la principal
responsable del transporte de solutos, como los nitratos por ejemplo.