EL AGUA EN LAS ROCASDr. Leoncio T. Carnero C.2013-I

El aguaEl agua subterrnea es un valioso recurso natural, pero algunas veces tambin un mayor peligro.Del lado positivo, el agua subterrnea bombeada de pozos es utilizada para uso domstico e industrial. Es empleada en la lixiviacin de minerales, en minera, y en la produccin geotermal. Proporciona una conveniente barrera para el almacenamiento de hidrocarburos y gases en cavernas subterrneas. Del lado negativo, el agua subterrnea tiene la capacidad de disolver y transportar contaminantes txicos. La infiltracin en una excavacin a tajo abierto o tnel, hacen que la voladura sea difcil e insegura.La presin del agua propicia los deslizamientos, erosiona y acarrea slidos 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 fretico, intencional o accidental, puede tener muchos efectos nocivos, incluyendo en la interferencia en el suministro del agua de pozos para la agricultura, y puede ocasionalmente inducir subsidencias y hasta movimientos ssmicos (Evans, 1966).

Ciclo hidrolgico del agua

Macizo Rocoso: Filtracin a travs de sus juntas

Agua fija y Agua Mvil 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 mvil, son aquellas que estn libres, movindose a travs de los vacos.El tamao, forma, e interconexin de los vacos determinan la permeabilidad o conductibilidad hidrulica de la roca.El mayor flujo ocurre casi siempre a travs de las juntas, debido a que las juntas estn ms directamente conectadas y ofrecen caminos menos tortuosos para el desplazamiento del agua.El agua subterrnea en las rocas puede visualizarse consistiendo de un pequeo volumen de agua relativamente mvil en las juntas, acompaado usualmente por un volumen mucho mayor de agua relativamente estancada en los poros.

Perfiles y movimiento del agua en el suelo y subsuelo

El nivel fretico, es una superficie ms o menos paralela a la superficie del terreno que separa la zona saturada de la parcialmente saturada.

Tipos de acuferos y niveles piezomtricos

Formaciones geolgicas, Tipos de acufero y su comportamiento.

La textura determina los tipos de acuferos

Tipo de acufero segn su estructura y funcionamiento.

Nivel Piezomtrico

Efectos del agua en los trabajos de ingeniera

Humedad: - Los equipos se tornan hmedos e inseguros. - El lodo obstruye el trfico en la construccin. - La voladura se torna ms dificultosa. Intemperismo: - Las lutitas se laminan y desintegran. - Las arcillas y anhidrita aumentan de volumen. - Las rocas duras se rompen por accin del hielo. - Las rocas salinas rpidamente se disuelven. - Las calizas contienen un legado de superficies crsticas. Flujo: - El bombeo puede ser costoso. - La erosin remueve depsitos superficiales y rellenos de las fisuras. - La invasin del agua causa inundacin inesperada. - Los contaminantes son transportados a grandes distancias. Presin:- La resistencia al cizallamiento a lo largo de las juntas se reduce. - La presin del agua en fisuras disturban las rocas.- Terremotos son causados por el bombeo e inyeccin. - Subsidencias son inducidas por el drenaje subterrneo.

CONCEPTOS DE PRESIN Y FLUJO Los conocimientos bsicos de las leyes del flujo de fluidos a travs de medios continuos y discontinuos nos permite predecir la distribucin de presiones y flujos a ser generados por ejemplo, en las excavaciones a cielo abierto o de un tnel, y poder disear sistemas de bombeo, drenaje o medidas de impermeabilizacin para mantener esos problemas bajo control.Los ensayos de permeabilidad y presin e instrumentacin de flujos proporciona los datos necesarios para el diseo, y algunos instrumentos deben ser usados para monitorear el comportamiento del agua subterrnea durante la construccin y fases operativas del proyecto.Cabeza Hidrulica, Potencial y GradienteLa cabeza hidrulica (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 tubera.Potencial hidrulico es definido como el producto de la cabeza hidrulica y la aceleracin gravitacional. La diferencia de cabeza es la responsable del flujo del agua entre dos puntos adyacentes (ver Fig. ). El flujo siempre ocurre desde las regiones donde la cabeza es mayor que donde finaliza.El gradiente hidrulico es definido como la diferencia en cabeza entre dos puntos del terreno dividido por la distancia de separacin de esos puntos.

Gradiente Hidrulico

Ley de Darcy: Conductibilidad Hidrulica y Permeabilidad El ingeniero hidrulico Francs Henry Darcy en 1856, cuando conduca ensayos de infiltracin en arenas de grano fino, observ una proporcionalidad linear entre el flujo de agua y el gradiente hidrulico. Esta observacin, conocida como Ley de DARCY, puede ser expresada como:Q=-KiA V =-Ki Donde: Q = es el grado de flujo (dx/dt) i = es el gradiente hidrulico (dh/dx)A = es el rea de la seccin transversal del camino de flujo V = Q/A es la descarga especfica. K = Conductividad hidrulica

Typical hidraulic conductivities for rocks and soils. (Freeze and Cherry, 1979).

CONDUCTIVIDAD HIDRLICA EN UN SISTEMA DE JUNTAS CONTINUASLOUIS (1974) da la direccin de la conductibilidad hidrulica de un sistema de juntas continuas tanto para flujo laminar o flujo turbulento en trminos de la siguiente expresin:

donde: e =abertura media b =espaciamiento medio Rf =conductibilidad hidrulica de la junta (siendo una funcin del cuadrado de la abertura, para flujo laminar)Rm=Es la conductibilidad primaria de la matriz de la roca, que luego es neglegible.

Influencia de la abertura de la junta y del espaciamiento entre juntas en el coeficiente de permeabilidad K, en la direccin de una familia de juntas suaves paralelas, en un macizo rocoso. (Hoek y Bray, 1974).