Tema 2. Conceptos básicos de geologia

Tema 2. Conceptos básicos. Características hidrogeológicas de los materiales. Porosidad: tipos, determinación. El agua en el suelo. Concepto cualitativo de la permeabilidad. POROSIDAD

Desde el punto de vista cualitativo la porosidad es la capacidad de una roca de tener poros, entendiendo por poro cualquier espacio de una masa rocosa que no esté ocupado por un material sólido, sino por un fluido (agua, aire, petróleo,..). Cuantitativamente, la porosidad se define como el espacio total ocupado por poros en un volumen determinado de roca. Porosidad total m = (Vh / V) 100 Vh : Volumen de huecos V: Volumen total Porosidad de algunos tipos de rocas (en %): Gravas, 25-40; arenas y gravas, 25-30; arenas, 25 a 47; arcillas, 44-50; limos, 34 a 50; caliza, 1-17; arenisca, 4-26; yeso, 4 El interés hidrogeológico se centra en los poros intercomunicados, de manera que se define la porosidad real como: Pero no todos los poros son iguales, y en función de su tamaño el agua circulará más o menos libremente. A grandes rasgos, distinguimos tres tipos de porosidad: Microporosidad 2 mm Los poros pueden ser el resultado de procesos muy diferentes; unos (porosidad primaria) se originan al mismo tiempo que las rocas en los que se encuentran, por ejemplo los que existen entre los diversos fragmentos que constituyen una roca detrítica (arena de una playa o de una duna, depósitos aluviales de un río, etc..); otros (porosidad secundaria) se originan con posterioridad a la formación de la roca y a menudo por procesos completamente diferentes a los que dieron origen a aquella, por ejemplo, fisuras o diaclasas en una roca fracturada, o lo que quizás es mejor conocido, la red de conductos y cavidades producida por disolución de rocas solubles (simas, sumideros o cuevas). Estas diferencias genéticas llevan aparejados otros contrastes de mayor relevancia: en las rocas con porosidad primaria, intergranular, la porosidad se aprecia en muestras de pequeño tamaño ("porosidad en pequeño") y su distribución es más o menos homogénea en el seno de la roca; por el contrario, en las rocas de porosidad secundaria, ésta suele tener una distribución muy irregular (condicionada por las características del proceso que genera la porosidad), de modo que pueden existir bloques de gran tamaño absolutamente carentes de poros, separados entre sí por conductos de mayor o menor envergadura; el resultado es que, por un lado, la porosidad sólo se manifiesta si se consideran volúmenes grandes de roca ("porosidad en grande") y, por otro lado, el comportamiento de tales rocas suele ser heterogéneo, (es decir, diferente de unos puntos a otros) y anisótropo (diferente en distintas direcciones); estas características influyen decisivamente en el comportamiento hidrogeológico de las rocas. Igualmente importantes son también las consecuencias que derivan del hecho de que los poros pueden tener muy distinto tamaño: son muy pequeños los que existen entre partículas de arcilla (muy por debajo de 1 mm), pero pueden ser de orden métrico o superiores los producidos por disolución. En los poros de muy pequeño tamaño el agua está firmemente adherida a las paredes del poro por varios mecanismos, de los que el más importante es la tensión superficial; en tales poros el agua es retenida contra la acción de la gravedad ("capacidad de retención específica") y no puede fluir libremente. Por el contrario, en los poros de cierto tamaño una parte del agua (la no retenida del modo descrito) fluye libremente por gravedad ("agua gravífica") En consecuencia, la porosidad describe la capacidad de las rocas para albergar agua, pero no la cualidad -tan importante desde el punto de vista hidrogeológico- de que el agua pueda circular en el seno de la roca. Esta última cualidad es la permeabilidad, que requiere no sólo

que la roca sea porosa sino que además los poros tengan un cierto tamaño para contener "agua gravífica"; a la porosidad correspondiente al agua gravífica se la denomina porosidad eficaz. La porosidad eficaz depende de la forma, tamaño y disposición de los granos; disminuye con el diámetro y aumenta con la uniformidad.

% del volumen total

Métodos de medida: Normalmente se estima en función de la granulometría.

Porosidad

50

Porosidad efizaz

25

Retención específica Arcillas

FORMAS DE AGUA EN EL SUELO

Arenas

Gravas

Bloques

En el suelo se suelen distinguir tres tipos fundamentales de agua: agua de retención, agua capilar y agua gravífica. El agua de retención es el agua retenida en los poros o alrededor de las partícula de suelo en contra de la acción de la gravedad. Se distinguen dos situaciones: el agua higroscópica, que está fijada fuertemente a las partículas del suelo. El espesor de esta capa de agua que rodea las partículas es muy reducido. La fuerza de unión entre el agua y las partículas del suelo tiene lugar por medio de enlaces químicos entre los dipolos del agua y las valencias libres que existen en la superficie de los minerales. Se trata de un agua inmovilizable desde el punto de vista práctico y que no puede ser desplazada más que en estado de vapor. La cantidad de agua retenida de esta manera varía en función de la granulometría y porosidad del material; así pues, puede estimarse del orden de 0.2-0.5% en partículas gruesas y del 15-20% en materiales finos (limos y arcillas). El agua pelicular, que envuelve a las partículas del suelo y al agua

higroscópica con una pequeña película cuyo espesor no sobrepasa las 0.1 micras. Se puede desplazar en estado líquido por el juego de atracciones moleculares de las partículas vecinas. La retención de este agua se debe a fenómenos de tensión superficial. La cantidad de agua pelicular en el suelo depende también de la granulometría, de tal forma que podemos encontrar valores muy dispares, del orden de 30-40% en arcillas y 1-2% en arenas. El agua capilar es el agua retenida en conductos de pequeño tamaño (microporos) por fenómenos de capilaridad y tensión superficial. Se pueden diferenciar: Agua capilar aislada o colgada: no está ligada a la zona no saturada. Este agua se ubica en los microporos más pequeños del suelo. Se puede eliminar por centrifugación. Agua capilar continua: ligada a la zona no saturada. La granulometría influye en la cuantía de este agua; así, su presencia puede alcanzar varios metros de altura en materiales arcillosos y pocos milímetros en materiales gravosos. El agua gravífica se define como la porción de agua que se desplaza libremente por el suelo bajo el efecto de la gravedad. Ocupa los espacios libres de los poros, de los intersticios y de las fisuras de las rocas. Constituye la parte activa de las aguas subterráneas y es la principal responsable del transporte de solutos, como los nitratos por ejemplo.