Hidráulica de pozos

5/17/2018 Hidráulica de pozos - slidepdf.com

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Hidráulica de pozos



Ecuación general del flujo

subterráneo

La ecuación fundamental del flujo se deriva de la aplicación de la ley de Darcy y del teorema de la continuidad o de la conservación de masa, que

establece que en un volumen determinado de medio poroso saturado, la masa de fluido que entra en un determinado intervalo de tiempo es igual a la que sale en el mismo intervalo. Si las masas de entrada y salida no coinciden en el tiempo hay que admitir que se produce un cambio en la masa almacenada en ese mismo volumen.







Ensayos de bombeo

Un ensayo de bombeo se realiza luego de finalizada la obra de captación con el objeto de determinar el caudal óptimo de explotación.

Consiste en bombear, a caudal constante o variable, durante un cierto tiempo y observar como evoluciona el nivel de agua tanto en

ese sondeo como en los cercanos.

Objetivos: estudiar las características hidráulicas de los

acuíferos y los pozos de explotación.



Se llama cono de depresióno invertido a la forma que

adopta la superficie piezométrica o capa freática en las cercanías de un pozo cuando está siendo bombeado o fluye libremente.

Nivel estático: se denomina al nivel freático y es el nivel

de agua antes de comenzar el bombeo. Se ve afectado por efectos meteorológicos, por cargas adicionales o por la descarga producida por

pozos cercanos

Nivel dinámico: se llama a los descensos que varían con el tiempo. Se genera cuando comienza la descarga del acuífero por el pozo.

Abatimiento: se denomina al descenso del nivel piezométrico. La dimensión del abatimiento es la

longitud.



Cono de bombeo



Superficie equipotencial

del cono de bombeo son cilindros verticales de sección circular

El cono de bombeo está vacío de agua y

representa la cantidad que se ha explotado

A medida que se va

bombeando se va haciendo más grande el área del cilindro

R1 R2

R son los radios del cilindro Ejemplo en un ac. confinado



Pozos completos e incompletos

Se llama pozos completos o perfectos a aquellos que atraviesan todo el espesor saturado de agua llegando a tocar el piso del acuífero y pozo incompleto o imperfecto cuando no atraviesan todo el acuífero.

Pozos completos Pozos incompletos



Tipos de ensayos

A caudal constante:

Pozos de observación

A caudal variable:

Aforos

Régimen permanenteRégimen no

permanente

Ensayos de bombeoEnsayos de

recuperación

Bombeo a

caudal crítico

Bombeos

escalonados

Objetivo:Obtener caudales críticos, una

estimación de la T del acuífero y obtener en los pozos de explotación las curvas

características y su eficiencia .

Objetivo:

Determinar la hidráulica del acuífero por medio de sus parámetros (K, T, S), estudiar

el coeficiente de goteo de ac.Confinados, efectos de drenaje

diferido, barreras negativas.



Condiciones hidráulicas para

hacer un ensayo de bombeo

Caudal de bombeo constante Se debe cumplir la ley de Darcy (estrato horizontal e impermeable, régimen de flujo

laminar, medio isótropo y homogéneo) Acuífero infinito, de espesor constante y base horizontal

Acuífero de régimen uniforme (S ctte) El agua liberada por el acuífero durante el bombeo es proporcional y simultáneo a la

disminución del nivel piezométrico Las superficies equipotenciales del cono de bombeo son cilindros verticales, de sección

circular y concéntricos al pozo de bombeo El flujo del agua hacia el pozo es radial y horizontal Los descensos son pequeños en comparación al espesor saturado en agua El abatimiento o descenso del nivel piezométrico a gran distancia es cero El pozo de bombeo es completo, de radio despreciable y 100% eficiente

El agua tiene una densidad y viscosidad constantes



P.OP.B.

Un Aforo se hace en el mismo pozo de bombeo y para un ensayo de bombeo se necesita un pozo de observación y un pozo de bombeo. Un pozo de observación se encarga de

medir los descensos del agua y se colocan al lado del pozo de bombeo

P.O= pozo de observación

P.B= pozo de bombeo



Régimen permanente y no

permanente

En el régimen permanente no se toma agua del almacenamiento del acuífero, S ctte, el acuífero es transmisor. Se estudia la transmisibilidad T.

En el régimen no permanente el acuífero no solo transmite agua sino que la proporciona.

Variación del almacenamiento S porque el caudal extraído procede de allí. Es el caso de un acuífero cautivo que no puede recibir agua del exterior o un acuífero libre con ausencia de agua de lluvia o superficial donde todo el caudal debe proceder del almacenamiento.Permite estudiar el coeficiente de almacenamiento.

Cuando los acuíferos libres reciben recarga de lluvia o el cono de influencia alcanza un río, se puede lograr un régimen permanente o casi permanente si el acuífero es de extensión infinita En acuíferos semi-confinados cuando la recarga iguala al caudal de bombeo y por lo

tanto el régimen es permanente.



Régimen permanente: en un punto y

tiempo determinado la velocidad del flujo es la misma en todas las direcciones. S=0, no varía

Régimen no permanente: en un punto y tiempo determinado hay un cambio en la velocidad del flujo y por lo tanto S ≠

0, varía

Régimen uniforme: en todo punto y tiempo la velocidad del flujo es constante. S= Ctte.

R= radio de influencia

t= tiempo

t1<t2<t3<t4<t∞

Cuando menor es el radio de influencia, menor es el descenso del nivel freático



Cono invertido por descensos a causa de unpozo de bombeo. Hay descenso del nivel

freático.

Domo de inyección a causa de un pozo derecarga. Debido a que se inyecta agua, hay

un ascenso del nivel freático.

1= nivel inicial

2= nivel actuando la captación

Cono invertido

2

1

2

1

Domo de inyección



Formas del cono según las características del acuífero Si el acuífero tiene un mayor coeficiente de almacenamiento (S) o porosidad eficaz (me), los

descensos serían menores, ya que el acuífero proporciona más agua, y por tanto el tamaño

del cono sería menor.Si el acuífero tiene una mayor transmisividad (T), la pendiente necesaria para que el agua

circule será menor (de nuevo Darcy: q=K.gradiente; recordamos que T=K.espesor).



Gráfico de descensos (s) en función del tiempo (t) en diferentes tipos de acuífero, observados en un piezómetro a distancia fija de un pozo de iguales características y con la misma transmisividad (T)



Ensayos de bombeo

y

recuperación

Método de equilibrio

régimen permanente

Métodos de no-equilibrio

Régimen no-permanente

ThiemAcuíferos libres y confinados

Jacob-HantushAcuíferos semiconfinados

Theis y Jacob

Ac. Libres y confinados

Hantush- Walton

Ac. semiconfinados

Boulton-Prickett

Ac. con drenaje diferido



Métodos de equilibrio - régimen

permanente

En estos tipos de ensayos, el nivel no varía después de un cierto tiempo debombeo o tiempo de estabilización.





Thiem

sn

s1

s0

log r

R

> r < s

Al aumentar el radio, disminuyen los descensos.

Entonces, cuando el radio está más cerca del pozo de bombeo, mayor es el descenso.

r0r1

Se utiliza en acuíferos libres y confinados.

Puedo calcular T, K y R(radio deinfluencia)

T=0,366.Q . log r2

s1-s2 r1

Transmisividad

T=K.b

K=0,366.Q . log r2

b (s1-s2 ) r1

PermeabilidadK=T/b

Acuíferos libres y

confinadosMétodo de equilibrio, Q ctte



Acuíferos confinados

Thiem

Acuíferos Libres

Regimen permanente y Q ctte

No existen recargas exteriores

Acuifero homogeneo e isotropo

El acuifero es infinito

El pozo de bombeo es diametro cero y

completo

El agua que se bombea produce un inmediato

descenso del nivel

El flujo de agua hacia el pozo es radial

Dejan de cumplir una de las condiciones

del metodo de Thiem, la cual es que elflujo deja de ser radial. En el acuifero

libre, las lineas de flujo se distorsionan

generando componentes verticales.

Se utilizan las formulas y graficos deThiem pero se realiza la correccion de

Dupuit que trabaja con los descensos

corregidos.

a) b)



Thiem-Dupuit



Método de NO equilibrio –

Equilibrio NO permanente

Por último, al parar el pozo, debe medirse el ascenso de niveles con una cadencia análoga a la del descenso. Estas medidas permitirán interpretar el ensayo en

recuperación.



TheisAcuíferos libres y

confinados

Método de NO equilibrio, Q variable

Condiciones para acuífero confinado:

No existen recargas anteriores

El acuífero es homogéneo e isótropo en cuanto a su K

El acuífero es infinito

El pozo de bombeo tiene diámetro cero, y es completo

El agua que se bombea produce inmediato descenso de nivel, el flujo del agua es radial y no tiene componentes verticales

El caudal Q es constante



Estas fórmulas permiten determinar la T y S, las cuales calcula Theis. En esas fórmulas se introducen valores representativos de una media de toda la

evolución de niveles.El método de Theis consiste en superponer gráficos y

hacer coincidir los puntos entre si. Se usa una curva patrón theis (w(u) - 1/u) en papel transparente y se la

superpone con una curva de campo (s - t). Se llama curva de campo porque contiene los vlaores obtenidos en el campo. Se hacen coincidir los ejes de ambos gráficos y siempre desplazando los ejes paralelos entre si se hace

coincidir un punto de la curva patrón con uno de campo, con los que se obtiene dos pares de valores: w(u), 1/u, s y t, que se reemplazarán en las fórmulas para obtener

los valores de T y S.

Curva Patrón de Theis

Curva de Campo



Jacob

Acuíferos

libres y confinados

Método de NO equilibrio, Q variable

El método de Jacob es un caso particular de Theis. Permite calcular T, S y además el tiempo inicial de bombeo (t o ). A diferencia de Theis, no

se utilizan superposiciones de gráficos.Tampoco se obtiene curva, sino una

recta obtenida por los valores de descensos versus el tiempo.

s

Log t



Ensayo de Recuperación

Inmediatamente después de haber parado la bomba de extracción, se miden las variaciones de nivel en los

pozos de observación durante la recuperación del pozo. En esto consiste un ensayo de recuperación.

En la recuperación se produce un rápido ascenso del nivel y los descensos son residuales.



Acuíferos semi-confinados o

percolantes

Si el acuífero está limitado por un acuitardo, este siempre cederá una cierta cantidad de agua al acuífero semi-confinado. Condición:

No se considera el agua almacenada en el propio acuitardo porque el agua la recibe de otro acuífero

La recarga la produce otro acuífero, encima o debajo del semi-confinado

La recarga, al ser muy pequeña, no perturba el régimen de flujo radial horizontal

Se usa el método de

equilibrio de Jacob-

Hantush. Permite obtener:

T, S, B(factor de goteo),

K’/b’ (coeficiente de goteo,

conductancia hidráulica o

percolancia del acuitardo) y la permeabilidad vertical

del acuitardo

semiconfinante (K’)



Este gráfico se superpone al gráfico de s – t y obtengo la percolancia o factor de goteo

La curva se aplana debido al efecto de percolación



Drenaje diferidoMétodo de NO equilibrio, Q variable

Acuíferos

libres y confinados

El drenaje diferido es una recarga vertical anómala que incide sobre elesquema teórico pozo-acuífero, empieza con el bombeo y se observa transcurridoun tiempo determinado sin perdurar indefinidamente.

Los acuíferos libres liberan agua por 3 fenómenos: compactación del acuífero,expansión del agua y drenaje gravitacional de los poros. El drenaje diferido daun gráfico con 3 curvas distintas y por eso es que hay que tratar de ajustarlas

Según Boulton, el método de los tres tramos se usa en:

Acuíferos libres con drenaje diferido

Acuíferos confinados con niveles intercalados de baja permeabilidad



Las curvas teóricas sufrirán una distorsión dando lugar a

tres tramos que no siempre se podrán diferenciar de manera clara.

En el tramo 1 la curva de campo será más o menos normal y se laspodrá ajustar a los esquemas teóricos.

En el tramo 2 la recarga diferida hacer notar su efecto y las curvastienden a estabilizarse.

En el tramo 3 el efecto de recarga anómala desaparece y las curvasvuelven a tomar su forma normal



Tramo 1: S por compresibilidad del agua y elasticidad del acuífero. Predice T en primeros tramosTramo 2: aporte de agua por drenaje gravitacional, S varía con el tiempo t (aumentan). No sirveni T ni S.

Tramo 3: los s evolucionan según Theis, T y S son válidos para pronosticar descensos futuros



Barreras impermeables o

bordes negativos

Las barreras son tramos impermeables que puedenpresentarse en el acuífero o pueden ser los bordesimpermeables que los delimitan.

Con esto, no se cumple la condición de que el acuíferosea infinito y por lo tanto el análisis de las curvas decampo no conviene sino que se utiliza el método de lasimágenes en donde los descensos que se produzcan en elacuífero será suma de los debido al pozo de bombeo realmás los debidos a otro pozo imaginario (pozo imagen)situado simétrico al de bombeo, respectoa la barrera

impermeable.





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