El agua en macizos rocosos: riesgos y beneficios de la agua subterránea, Monografías, Ensayos de Mecánica de rocas

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EL AGUA EN MACIZOS

ROCOSOS

UN A M BA

Dr. Leoncio T. Carnero C. 2021-Ii

AGUA SUBTERRÁNEA EN LOS MACIZOS ROCOSOS

El agua subterránea es un valioso recurso natural, pero algunas veces también

un mayor peligro. Del lado positivo, el agua subterránea bombeada de pozos

es utilizada para uso doméstico e industrial. Es empleada en la lixiviación de

minerales, en minería, y en la producción geotermal. Ella proporciona una

conveniente barrera en el almacenamiento de hidrocarburos y gases en

cavernas subterráneas.

Del lado negativo, el agua subterránea tiene la capacidad para disolver y

transportar contaminantes tóxicos. La infiltración en una excavación a tajo

abierto o túnel, hacen que la voladura sea difícil e insegura. El ingeniero,

entonces es obligado a disponer medidas para evitar el flujo, las cuales son

costosas para evacuar por bombeo, o impermeabilizando el terreno. La presión

del agua propicia los deslizamientos, erosiona y acarrea sólidos e intemperiza o

rellena las juntas de las rocas. El drenaje a partir de minerales o desechos

conteniendo sulfuros es un serio problema ambiental.

El rebajamiento del nivel freático, puede ocasionalmente inducir subsidencias y

hasta movimientos sísmicos (Evans, 1966).

Macizo Rocoso: Filtración a través de sus juntas

CUENCAS HIDROGRÁFICAS

Orden de los ríos, en una cuenca de quinto orden

Agua fija y Agua Móvil

 Las aguas fijas son aquellas ligadas a las superficies intergranulares (usualmente superficies de minerales arcillosos), lo hacen tan fuertemente que pueden ser denominadas como un constituyente de la roca.

 Agua móvil, son aquellas que están libres, moviéndose a través de los vacíos.

 El tamaño, forma, e interconexión de los vacíos determinan la permeabilidad o conductibilidad hidráulica de la roca.

 El mayor flujo ocurre casi siempre a través de las juntas, debido a que las juntas están más directamente conectadas y ofrecen caminos menos tortuosos para el desplazamiento del agua.

 El agua subterránea en las rocas puede visualizarse consistiendo de un pequeño volumen de agua relativamente móvil en las juntas, acompañado usualmente por un volumen mucho mayor de agua relativamente estancada en los poros.

Perfiles y movimiento del agua en el suelo y subsuelo

La textura determina los tipos de acuíferos

Formaciones geológicas, Tipos de acuífero y su

comportamiento.

Nivel Piezométrico

CONCEPTOS DE PRESIÓN Y FLUJO

 Los conocimientos básicos de las leyes del flujo de fluidos a través de medios continuos y discontinuos nos permite predecir la distribución de presiones y flujos a ser generados por ejemplo, en las excavaciones a cielo abierto o de un túnel, y poder diseñar sistemas de bombeo, drenaje o medidas de impermeabilización para mantener esos problemas bajo control.

 Los ensayos de permeabilidad y presión e instrumentación de flujos proporciona los datos necesarios para el diseño, y algunos instrumentos deben ser usados para monitorear el comportamiento del agua subterránea durante la construcción y fases operativas del proyecto.

 Cabeza Hidráulica, Potencial y Gradiente

 La cabeza hidráulica (o simplemente cabeza) en un punto dado del terreno, es definido como la altura encima de un punto arbitrario en el cual el agua surge como en una tubería. La diferencia de cabeza es la responsable del flujo del agua entre dos puntos adyacentes El flujo siempre ocurre desde las regiones donde la cabeza es mayor que donde finaliza.

 Potencial hidráulico, es definido como el producto de la cabeza hidráulica y la aceleración gravitacional.

 El gradiente hidráulico, es la diferencia en cabeza entre dos puntos del terreno dividido por la distancia de separación de esos puntos.

Ley de Darcy: Conductibilidad Hidráulica y

Permeabilidad

 El ingeniero hidráulico Francés Henry Darcy en 1856,

cuando conducía ensayos de infiltración en arenas de

grano fino, observó una proporcionalidad linear entre el

flujo de agua y el gradiente hidráulico. Esta observación,

es conocida como Ley de DARCY, puede ser expresada

como:

Q=-KiA , pero V =-Ki ; entonces Q=VA

 Donde:

 Q = es el grado de flujo (dx/dt)

 i = es el gradiente hidráulico (dh/dx)

 A = es el área de la sección transversal del camino de

flujo

 V = Q/A es la descarga específica.

 K = Conductividad hidráulica

Typical hidraulic conductivities for rocks and soils. (Freeze

and Cherry, 1979).