El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. Es decir los átomos de hidrógeno y oxígeno están separados entre sí aproximadamente 0,96 Angstroms (más o menos un nanómetro – una milmillonésima de metro) y el ángulo que forman sus líneas de enlace es de unos 104,45 grados.http://biologia.laguia2000.com/bioquimica/composicion-quimica-del-agua#ixzz3Bp1A7JKY

IV. El agua en los suelos

IV. El agua en los suelos

El agua de los océanos es la reserva más grande, la atmosfera la reserva más pequeña y las reservas más grandes de agua del subsuelo son los mantos acuíferos, estratos porosos del subsuelo, a menudo de piedra caliza, arena o grava, limitados por rocas impermeables o barro que retiene el agua, como si fuesen una tubería gigante o una gran cisterna (Odum, 2006.)De manera simple podemos mencionar que las consideraciones básicas de este ciclo son:1. La radiación solar promueva la evaporación.2. El enfriamiento de las masas de aire húmedo promueven la condensación del vapor de agua, acción contraria a la evaporación, es decir el vapor se transforma en gotas (estado liquido).3. Para que el agua retorne a la atmosfera, puede seguir infinidad de rutas. (González Fernández, 1995)

Ciclo del agua

http://www.imagenesi.net/ciclo-agua/el-ciclo-agua/

TENSIÓN SUPERFICIAL:Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, de ahí que el líquido esté "cohesionado". Cuando hay una superficie, las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los lados, horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay moléculas encima de la superficie.

La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar a través de un canal minúsculo.

La porosidad o fracción de huecos es una medida de espacios vacíos en un material, y es una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total, entre 0-1, o como un porcentaje entre 0-100%

La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo.La infiltración está gobernada por dos fuerzas: la gravedad y la acción capilar.

Algunos materiales típicos que conforman los acuíferos tienen las siguientes propiedades, como valores promedio.

El rendimiento específico de un acuífero es la relación entre la cantidad de agua que puede drenar libremente el material y el volumen total de la formación.

Con la excepción de las regiones extremadamente áridas, el agua es siempre un componente del suelo, encontrándose en éstos en forma de humedad intergranular o como hielo (suelos tipo permafrost), en mayor o menor abundancia en función de factores diversos. Debido a la propia dinámica del suelo, el agua siempre contiene componentes diversos en solución, y ocasionalmente también en suspensión, si bien la ausencia de una dinámica de consideración minimiza este último componente.

IV. El agua en los suelos

5.1 Nivel freático del agua

El agua que se encuentra por debajo de la superficie del suelo, en los distintos estados y relaciones de composición con la parte sólida y gaseosa, se conoce como agua subterránea.

Se define como nivel freático o tabla de agua, en los acuíferos libres, al lugar geométrico de los puntos donde la presión hidrostática es igual a la presión atmosférica.

Distribución vertical de aguas en el subsuelo (http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/esc_sub_distribucion_agua.html)

LA PRESION DE POROS

La presión de poros es la presión interna del agua de saturación. La presión de poros dentro del suelo depende de la localización de los niveles freáticos, presiones internas de los acuíferos y las características geológicas del sitio.

La presión de poros varía de acuerdo a las variaciones del régimen de aguas subterráneas. El valor de las presiones de poro se mide utilizando piezómetros.

5.2 PRESIÓN DE PORO Y ESFUERZOS EFECTIVOS

Presión de poros sobre una superficie de falla potencial, en el esquema nos muestra como aumenta la presión de poro conforme la altura del suelo aumenta.

DefiniciónEs la diferencia entre el esfuerzo total en una dirección y la presiónde poros en los vacíos del suelo.

Los esfuerzos efectivos están relacionados directamente con el comportamiento delos suelos, incluso mucho más que los esfuerzos totales o la presión intersticial. Un aumento de esfuerzo efectivo traerá consigo un reajuste de las partículas del suelo, pasando a una agrupación más compacta; en cambio, un aumento del esfuerzo total o de la presión intersticial (con esfuerzo efectivo constante), producirá un efecto escaso sobre la dureza delas partículas.Naturaleza del Esfuerzo EfectivoEl suelo es una estructura de esqueleto de partículas sólidas encontacto, formando vacíos intercomunicados. Los vacíos estántotal o parcialmente llenos de agua.

Esfuerzos efectivos

Figura demostrando la naturaleza del esfuerzo efectivo

El Principio de Esfuerzos Efectivos en Suelos Secos o Saturados

a) El esfuerzo efectivo es igual al esfuerzo total menos la presión deporos.

b) El esfuerzos efectivo controla ciertos aspectos del comportamientodel suelo, especialmente la compresibilidad y la resistencia.

Existen dos condiciones necesarias y suficientes

1) Las partículas del suelo son incompresibles

2) El esfuerzo de fluencia en la partícula sólida es independiente delesfuerzo de confinamiento.

Ejercicio 1.

Calcular la presión vertical efectiva en la base de la estratigrafía representadaen la figura.

5.3 Flujo de aguaLa infiltración unida a fenómenos de transporte interno de agua produce un régimen de aguas subterráneas.

La conducción interna de agua puede ser a través de una formación permeable o a través de juntas o fallas.

El flujo de agua subterránea es generalmente, muy lento y laminar, sin embargo, el flujo turbulento puede ocurrir dentro de conductos internos de gran tamaño o porosidades muy altas como es el caso de cavernas en calizas o en gravas muy porosas. En el flujo laminar el movimiento de agua junto a las partículas o paredes de los intersticios es posiblemente quieto por la atracción molecular.

Tomada de la presentación de Dr.Chávez negrete, FIC, UMSNH

Carga hidráulica para flujo de agua en suelos

h = z + hp + hv

5.4 Coeficiente de permeabilidad

La facilidad con que el agua fluye a través de un material se le denomina con el nombre de permeabilidad y el parámetro que permite cuantificar este fenómeno se le llama coeficiente de permeabilidad y se le encuentra en la literatura con la simbología de la letra K. La permeabilidad depende del tamaño de los vacíos o poros, es alta en las gravas y baja en las arcillas.

La permeabilidad de los suelos depende de varios factores: viscosidad del fluido, distribución granulométrica, relación de vacíos, rugosidad de las partículas minerales y grado de saturación del suelo.

Métodos para calcular la permeabilidad.

a) Métodos directo

1.- permeámetro de carga constante2.- permeámetro de carga variable

b) Métodos indirectos

1.- calculo a partir de la distribución granulométrica o (formula de Hazen: K(cm/s) , [D10 (mm)]²)2.-calculo a partir de la prueba de consolidación.3.- prueba de capilaridad horizontal

Carga constante

Esta presentado en la figura siguiente, donde se mide el gatos Q que pasa a través de la muestra de longitud L y sección transversal A. con tiempo t, este método se usa en suelos arenosos y limosos.

Permeámetro de carga constante

Gasto que pasa a través del suelo es

Carga variable.

El agua de una bureta fluye a través del suelo. La diferencia inicial de carga, h1, en el tiempo t=0 es registrada y se permite que el agua fluya a través de la muestra de suelos de manera que la diferencia final de carga en el tiempo t=t2 sea h2. Todo esto esta dado por

la siguiente expresión

Igualando

Realizando una integración y despejando k

Ejercicio.En una prueba de laboratorio bajo carga constante, se necesita saber su permeabilidad de una arena fina, y por lo tanto da los siguientes valores.

e=n

5.5 redes de flujo

Las redes de flujo son mallas que resultan de la intersección de dos familias de curvas:

las líneas equipotenciales, curvas que unen puntos con igual potencial hidráulico (en la sección vertical o en la horizontal) y, por tanto, representan la altitud o cota absoluta de la superficie freática (o de la superficie piezométrica en general).

las líneas de flujo, que representan, de forma idealizada, el itinerario seguido por las partículas de agua en su movimiento a través del medio saturado. Dado que el agua subterránea se desplaza en la dirección en que el gradiente hidráulico es máximo, las líneas de flujo son perpendiculares a las líneas equipotenciales en los medios isótropos.

(Luis Fernando Rebollo, departamento de geología UAH)

Tomada de la presentación de Dr.Chávez negrete, FIC, UMSNH

Tomada de la presnetacion de (Luis Fernando Rebollo, departamento de geología UAH)

Dibujo de red de flujos

Tomada de la presentación de Dr.Chávez negrete, FIC, UMSNH

flujo de agua subterránea A) en los alrededores de un límite impermeable, B)un límite de carga constante, C) y un límite freático