Propiedades hidráulicas elementales

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HIDROGEOLOGÍA
Licenciatura en Ciencias Ambientales
Luis F. Rebollo
Departamento de Geología -UAH
Tema 2Tema 2
PROPIEDADES HIDRPROPIEDADES HIDRÁÁULICAS ULICAS 
ELEMENTALES DE LOS MEDIOS ELEMENTALES DE LOS MEDIOS 
SSÓÓLIDOSLIDOS
Luis F. RebolloLuis F. Rebollo
HidrogeologHidrogeologííaa
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Luis F. Rebollo
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T2. PROPIEDADES HIDRT2. PROPIEDADES HIDRÁÁULICAS ULICAS 
ELEMENTALES DE LOS MEDIOS SELEMENTALES DE LOS MEDIOS SÓÓLIDOSLIDOS
1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.
2.2. Medios porosos y fisurados.Medios porosos y fisurados.
3.3. ParParáámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos de sticos de 
los medios porosos y fisurados.los medios porosos y fisurados.
3.1. Porosidad total y efectiva.3.1. Porosidad total y efectiva.
3.2. Permeabilidad.3.2. Permeabilidad.
3.3. Transmisividad.3.3. Transmisividad.
3.4. Coeficiente de almacenamiento.3.4. Coeficiente de almacenamiento.
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El medio sólido en que se alojan y a través del cual circulan las 
aguas subterráneas constituye el marco o soporte físico en el 
seno del cual se producen los fenómenos hidrodinámicos, 
hidroquímicos e hidrogeológicos en general.
El medio hidrogeológico está constituido por los depósitos, 
rocas y, en general, el conjunto de materiales que forman 
parte del suelo y subsuelo. En él el agua encuentra distintas 
alternativas:
 agua agua gravgravííficafica: puede moverse con libertad (bajo el 
simple efecto de la gravedad);
 agua higroscagua higroscóópica y pelicularpica y pelicular: está fuertemente retenida 
por atracción eléctrica a la superficie de los granos 
minerales del medio;
 agua capilaragua capilar: está sometida también a succión, retenida 
por fenómenos de tensión superficial.
1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.
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1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.
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1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.
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1.1. El medio hidrogeolEl medio hidrogeolóógico.gico.
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Dependiendo del origen y tipo de los huecos se distinguen 
diversos medios:
 Medios porososMedios porosos (s.s.): son aquéllos formados por 
agregados de partículas minerales, que dejan 
intersticios o poros entre ellos, en los cuales se aloja y 
por los que, eventualmente, circula el agua 
subterránea. Los poros suelen tener tamaños muy 
pequeños (micras a milímetros, generalmente), 
dependiendo de la granulometría de las partículas. Son 
medios constituidos por depósitos tales como arenas, 
gravas, arcillas o limos, entre otros.
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Medios fisuradosMedios fisurados: son los formados por rocas que 
presentan superficies de discontinuidad (diaclasas, fallas, 
planos de estratificación, pizarrosidad, etc.) por los que 
circula el agua, como ocurre en las pizarras, cuarcitas o 
granitos fisurados, por ejemplo. Estas discontinuidades 
pueden estar abiertas y limpias o, al contrario, rellenas 
por material poroso. Si están abiertas el agua se moverá
fácilmente a través de ellas, y si están rellenas 
dependerá de la permeabilidad del material de relleno.
Medios Medios kkáársticosrsticos: son un tipo de medios originalmente 
fisurados sobre roca soluble (yeso, caliza o dolomía, 
fundamentalmente). Las fisuras se amplían por 
disolución, pudiendo llegar a formar conductos de 
tamaño centimétrico o mayor, por los que el agua se 
mueve con extremada facilidad.
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Medio poroso (s.s.)Medio poroso (s.s.)
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Medio fisurado Medio fisurado 
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Medio Medio kkáársticorstico
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Es frecuente la existencia de fisuras en medios porosos, así
como de cierta porosidad en la roca compacta de los medios 
fisurados, por lo que debe tenerse en cuenta que muchos 
medios presentan características comunes a ambos. Son 
también características inherentes a la mayor parte de los 
medios sólidos:
 la heterogeneidad (variación del valor de ciertas propie-
dades del medio de un sector a otro);
 la anisotropía (variación del valor de algunas propiedades 
en función de la dirección considerada).
Sin embargo, por simplificar, habitualmente se consideran los 
medios como homogéneos e isótropos. No obstante, cualquier 
cálculo o estimación rigurosa debe introducir dichas 
singularidades entre los factores a considerar, so pena de 
incurrir en errores de gran envergadura, especialmente en 
estudios de detalle.
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Tomado de Freeze & Cherry, 1979
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2. Medios porosos y fisurados.2. Medios porosos y fisurados.
Tomado de Freeze & Cherry, 1979
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Los principales parámetros hidráulicos de los medios porosos y 
fisurados son precisamente aquéllos que los capacitan para 
almacenar y transmitir el agua en su seno.
Porosidad (m)Porosidad (m)
Relación entre el volumen de huecos de un material (Vh) y su 
volumen total (Vt):
Es una propiedad adimensional, y se expresa normalmente en 
tantos por ciento. Su valor oscila entre el 1% (rocas muy 
compactas) y el 50% (en algunos depósitos de grano fino).
Los medios sólidos pueden presentar una porosidad primaria
(medios porosos s.s., con porosidad intergranular o intersticial), 
adquirida durante su formación o depósito, o bien una 
porosidad secundaria (medios fisurados y kársticos, con 
porosidad por fisuración y por disolución), adquirida con 
posterioridad a su formación. 
m = Vh / Vt
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Tomado de Heath, 1987
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Tomado de Freeze & Cherry, 1979
Adquisición de porosidad secundaria por reducción de 
la porosidad primaria inicial (A) por cementación (B) 
y compactación (C) del material.
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Argilitas
Areniscas
Areniscas
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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En Hidrogeología tiene gran interés distinguir entre porosidad 
total y porosidad eficaz o efectiva.
La porosidad efectiva (me) difiere de la anterior en que ésta 
se refiere exclusivamente a la parte de los huecos que resulta 
útil para la libre circulación del agua. Relaciona, por tanto, el 
volumen de agua extraíble del medio -agua gravífica (Vag)- con 
el volumen total de material:
Es evidente, pues, que el valor de la porosidad total de un 
determinado medio se reparte entre la porosidad eficaz y la 
retención específica (re) (volumen o parte del agua que 
queda retenida en los poros y fisuras del terreno) -equivalente 
a la capacidad de campo de dicho medio-, siendo ambos 
valores muy variables en función, sobre todo, del tamaño medio 
de los granos minerales.
me = Vag / Vt
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Tomado de Heath, 1987
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Tomado de UK Groundwater Forum
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Tomado de Sanders (1998) y Custodio y Llamas (1983).
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Permeabilidad (K)
La permeabilidad o conductividad hidráulica de un material 
expresa la facilidad que éste presenta para que el agua circule a 
través de él.
Depende tanto de las características del medio (sobre todo del 
tamaño medio de los poros, d) como de las propiedades del 
fluido en cuestión (de la viscosidad, µ, y del peso específico, γ). 
La permeabilidad intrínseca o específica, o coeficiente de 
permeabilidad (k0), es un parámetro característico de cada 
medio en particular, que no depende del fluido:
La permeabilidad tiene dimensiones de velocidad [LT-1], 
expresándose normalmente en m/día o en cm/seg. Existen 
materiales con una permeabilidad de diez o más órdenes de 
magnitud mayor que la de otros considerados "impermeables".
K = C . d2 . γ / µ = k0 . γ / µ
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Tomado de Davis y De Wiest (1971).
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Relación entre la permeabilidad y la compactación del material
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Tomado de Heath, 1987
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Medios 
“impermeables”
Medios permeables 
y muy permeables
Medios 
“semipermeables”
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de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Medios 
“impermeables”
Medios 
“semipermeables”
Medios 
permeables
Medios muy 
permeables
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de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Medios 
permeables
Medios muy 
permeables
Medios 
“semipermeables”
Medios 
“impermeables”
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de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
KK
mmtt
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
Transmisividad (T)
La transmisividad de un acuífero o medio poroso 
expresa la facilidad para que el agua circule a través del 
espesor total de dicho medio. Su valor equivale al 
producto de la permeabilidad (K) del material por el 
espesor saturado (b) del acuífero:
Habitualmente, la transmisividad de un medio se expresa 
en m2/día o en cm2/seg, ya que tiene dimensiones [L2T-1].
T = K . b
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3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Coeficiente de almacenamiento (S)Coeficiente de almacenamiento (S)
El coeficiente de almacenamiento expresa el volumen 
de agua que puede ser liberado de un prisma vertical de 
material poroso de sección unidad y altura iguala la del 
medio saturado, si se produce un descenso unidad de la 
superficie piezométrica.
Es un parámetro adimensional, que en los acuíferos libres
equivale a la porosidad eficaz, si bien no ocurre así en los 
acuíferos cautivos y semiconfinados, debido a los efectos 
mecánicos de compresión del terreno y del agua. En éstos 
el coeficiente de almacenamiento adquiere valores 
sensiblemente más bajos (normalmente dos o tres órdenes 
de magnitud inferiores).
3. Par3. Paráámetros hidrmetros hidrááulicos caracterulicos caracteríísticos sticos 
de los medios porosos y fisurados.de los medios porosos y fisurados.
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Acuífero 
libre
Acuífero 
confinado