Ley de DARCY - Los Eskakeados

HIDROLOGIA
Permeabilidad
La "permeabilidad" o "conductividad hidráulica" de una roca es su capacidad de
permitir un flujo de agua a través de si.
La permeabilidad depende de los tipos de vacíos y los propiedades específicocs
de ellos. (Por ejemplo: los vacíos pueden ser poros o grietas, conectados entre
sí o no etcétera.)
La "Ley de DARCY"
Basando en sus trabajos sobre la mecánica de flujos, el ingeniero francés
HENRY DARCY (1803 - 1858) descubrió que existe una relación entre:
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la cantidad de agua ("Q", unidad: [m/s]) que fluye a través de un
superficie
el superficie ("A", unidad: [m2]),
el gradiente hidráulico ("i", determinado por la distancia "l" recorrido
y la diferencia "h" de la altura del nivel freático) y
el coeficiente de permeabilidad kf (un coeficiente especifico para
cada tipo de roca
(véase dibujo abajo).
Como resumen de sus trabajos se puede expresar la "ley de DARCY" en la
forma:
Q = kf x A x i
(con i = h/l)
o también:
kf = Q/(i x A)
(unidad para kf: [m/s])
El kf describe la resistencia hidraulica de una roca transcurrida por el agua y
permite determinar su permeabilidad.
El valor del kf depende de las propiedades del agua (temperatura, peso
específico, viscosidad) y del acuífero (poros, grietas).
Por definición la determinación del kf sólo es posible para un régimen de flujo
laminar pero no para un régimen de flujo turbulento.
Un flujo laminar del agua subterránea se puede esperar en rocas con vacíos de
poros, es decir, en sedimentos / rocas no consolidadas y en rocas consolidadas
muy porosas, poco cementadas como algunas areniscas o conglomerados.
Algunos ejemplos para los rangos del coeficiente de permeabilidad kf (en m/s)
para distintos tipos de roca no - consolidada muestra la siguiente tabla:
Grava
10-1 10-2
Arena
gruesa
10-3
Arena
mediana
10-31 10-4
Arena fina
10-4 -
10-5
Arena
limosa
10-5 10-7
Arcilla
limosa
10-6 10-9
Arcilla
< 10-9
Debido a su dimensión (m/s) el coeficiente kf expresa físicamente una
velocidad. Modificando la ecuación de DARCY se puede definir la
"velocidad de filtración" vf:
vf = kf x i [m/s]
La velocidad de filtración no corresponde a la velocidad real del flujo del agua
subterránea porque la velocidad de filtración esta definido como la cantidad de
agua que pasa en un cierto intervalo de tiempo por un corte transversal del
suelo. Pero en realidad el agua corre en un trayecto curvado por el
subterráneo, recorriendo grandes distancias.
Para calcular la "velocidad real" del flujo subterráneo vr hay que incluir un
parámetro en le ecuación que describe el espacio libre en el suelo que puede
aprovechar el agua para correr. Este parámetro es el valor para la porosidad
eficaz del suelo nef (también llamado P*):
vr = vf / nef
[m/s]
(con nef = 0,462 + 0,045 ln kf(kf en [m/s]; ecuación según MAROTZ)
El gradiente hidráulico
El gradiente hidráulico se determina con la construcción del "triangulo
hidráulico. En por lo menos tres sondajes de observación se mide el nivel
freático (en metros sobre nivel del mar msnm). Con los datos obtenidos se
puede construier un triangulo para determinar el gradiente hidráulico i de un
acuífero (es decir, la inclinación del superficie del agua subterránea).
El dibujo abajo muestra un ejemplo para el cálculo de i que tiene en este caso
un valor de 0,02 (cifra sin dimensión).
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