Hidraulica subterranea

Hidráulica Subterránea: Principios Básicos
Introducción
Intuitivamente, pensamos que el agua circula de los puntos donde está más alta hacia los puntos en los que está más baja, ya que así lo vemos en las aguas superficiales y muchas veces esta aproximación intuitiva es cierta (Figura 1a). Por el contrario, es frecuente que el agua subterránea circule hacia arriba, como en la figura 1b, oincluso verticalmente hacia arriba, como en la 1c.

Figura 1.- El agua subterránea no siempre circula de los puntos más altos hacia los más bajos.

Si realizamos unas perforaciones en el corte de la figura 1b veremos que la columna de agua a la izquierda es más alta que a la derecha (Figura 2), y análogamente, si disponemos de dos sondeos (abiertos solamente en sus extremos) arriba y abajo delacuitardo de la figura 1c, observamos que en el acuífero inferior el nivel del agua es más alto que en el acuífero superior. En ambos casos, el agua circula de los puntos en los que la columna de agua es más alta hacia aquellos en los que es más baja.

Figura 2.- El agua circula de los puntos en que la columna de agua es más alta hacia los que la columna es más baja.

Potencial Hidráulico
Enrealidad, el agua se mueve de los puntos en los que tiene más energía hacia aquellos en los que tiene menor energía. Esa energía se denomina potencial hidráulico y veremos que queda reflejada precisamente por la altura de la columna de agua en ese punto.

F. Javier Sánchez San Román--- DPTO. DE GEOLOGÍA Universidad de Salamanca (España)

T090 - Hidráulica Subterránea: Principios Básicos. Pág. 1http://web.usal.es/~javisan/hidro

La energía total de una unidad de volumen de agua será la suma de la energía potencial (debida a su posición en el espacio), la energía cinética (debida a su velocidad), la energía de presión (como la energía que almacena un muelle cuando está comprimido).
Algunos textos introducen este concepto partiendo del Teorema de Bernouilli, que establece que entre dospuntos de un sistema de flujo, y en ausencia de rozamientos, la suma de esas tres energías permanece constante.

A estos tres tipos de energía que se consideran clásicamente en Hidráulica, se podrìan añadir la energía térmica y la química, pero para el flujo del agua subterránea son despreciables todos los sumandos al lado de la energía potencial y la energía de la presión. Efectivamente, laenergía cinética en el flujo en canales abiertos es importante, pero la velocidad del agua subterránea es tan lenta que hace que sea despreciable al lado de las otras dos. Consideremos un volumen unidad de agua de densidad δ en un punto del espacio situado a una altura z respecto de un nivel de referencia (Figura 3). Sobre ese volumen existe una columna de agua de altura w. Energía potencial = masa .gravedad . altura = δ . g . z
(La masa de un volumen unidad es la densidad)

La presión que soporta ese volumen unitario sería el peso de la columna de agua dividido por la superficie.
Plano de referencia
Figura 3

Peso= masa .g = volumen δ . g =base . altura .δ .g = 1 .w .δ . g Energía de presión =
w .δ . g Peso = superficie 1

Energía total por unidad de volumen = δ . g . z + w . δ . gDividiendo por la densidad (δ), quedaría la energía total por unidad de masa: Energía total por unidad de masa = g . z + w . g = (z + w) . g = h . g Φ=h.g La energía total por unidad de masa se denomina potencial hidráulico, y es igual a la altura de la columna de agua (respecto del nivel de referencia considerado) multiplicada por la aceleración de la gravedad. Como g es prácticamente constante,h refleja exactamente el potencial hidráulico Φ .
Para una deducción más rigurosa del potencial hidráulico, ver Freeze y Cherry (1979, p.18).

Régimen Permanente y Régimen Variable
Cuando un sistema de flujo no varía con el tiempo se dice que está en régimen permanente, estacionario o en equilibrio. Cuando el flujo varía con el tiempo, estamos en régimen no permanente o variable. Por...