02.02-1 Captaciones Aguas Subt

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CURSO:

SANEAMIENTO

DOCENTE:

ING° CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DEINGENIERIA CIVIL

CAPITULO IV

CAPTACIONES DE AGUASSUBTERRANEAS

DOCENTE:

ING° CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DEINGENIERIA CIVIL



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.

Captaciones Superficiales Aguas pluvialesRíos y arroyosLagos y Embalses

Captaciones de Manantese ladera y de fondo

Captaciones de Aguas Subterr!neos"o#os "rofundos


En la corteza terrestre se distinguen tres (3) tipos de rocas:

1. Rocas ígneas: rocas formadas por la solidificación de magma

o de lava (magma desgasificado en la superficie).2. Rocas metam!"#cas: rocas formadas por alteración en

estado sólido de rocas a consolidadas de la corteza de la!ierra" cuando #uedan sometidas a un am$iente energ%ticomu diferente al de su formación original.

$. Rocas se%#menta!#as: rocas formadas por la consolidación desedimentos" materiales procedentes de la erosión de rocasanteriores" o de precipitación a partir de una disolución#u&mica.

1.2.1 &as !ocas %e 'a co!te(a te!!est!e.



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1.2.1 &as !ocas %e 'a co!te(a te!!est!e.

• Las rocas ígneas intermedias$!cidas• %ranito

• Rocas metam&rficas' y

• Rocas sedimentarias muy variadas(


1.2.1 &as !ocas %e 'a co!te(a te!!est!e.Las rocas sedimentarias son las almacenadoras principales deaguas subterr!neas(Tema de Invest!a"#n:

$P%&'() *as &%"as sedmenta&as a*ma"enan m+s a!(a,



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'

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.2 Como se "o!man 'as !ocas se%#menta!#as.

a-. Mete%&/a"#nMeteori#aci&n y Erosi&n( Con)untode procesos mediante los cuales laroca se disgrega & desgasta(El resultado de este proceso son laspartículas de rocas *ue *uedan ae+pensas de los fen&menose+ternos(

La meteori#aci&n puede ser:a( *uímica'b( física y c( biol&gica(

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.2 Como se "o!man 'as !ocas se%#menta!#as.

).* E!os#n.esplazamiento de las part&culasdesprendidas de una roca.El transporte de part&culas se damediante el agua" viento" ielo" enfunción de la gravedad.*os modos de transportarse laspart&culas sedimentarias sonlos siguientes:• !racción ó arrastre"• +altación en el sustrato"• +uspensión en el medio"• ,lotación"• isueltas como medio #u&mico.



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.$ &os est!atos geo'g#cos.

En -eolog&a se llamaestrato a cada una delas capas en #ue sepresentan divididos lossedimentos" las rocassedimentarias" lasrocas metamórficas #uederivan de a#uellas"cuando esas capas sede$en al proceso desedimentación.

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.$ &os est!atos geo'g#cos.

efiniciones:Est&at%: C(and% e* espesores mayor de ,cm(

L+mna: C(and% e*es0es%& es menor de ,cm(

Pa'(ete: Es (n "%n1(nt%de estratos delgados *ueforman una capa(



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.

ACU2FERO:Es un estrato o formaci&n geol&gica *ue permite lacirculaci&n del agua por sus poros y-o grietas' en"%nd"%nes e"%n#m"amente a0&%ve"3a4*es(

Los acuíferos son capas o formaciones con

materiales muy variados como gravas de río' cali#asagrietadas' areniscas porosas poco cementadas'arenas de playa' algunas formaciones volc!nicas'dep&sitos de dunas(((


Espacios para la circulaci&n de Aguas en el Sub suelo"oros y grietas



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El perfil del suelo est! conformado por sedimentos noconsolidados o d.bilmente consolidados' depositados/ori#ontalmente o simplemente estructurados en capas( Unacaracterística de estas capas es de ser de poco espesor enrelaci&n con su e+tensi&n(

Estas se clasifican en:


a-. Ca0a 0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sonfavorables' en comparaci&n con los estratos superiores

o inferiores(

En una capa de este tipo la resistencia al flu)o verticales pe*ue0a y puede ser generalmente despreciada'deforma *ue 1nicamente deben de tenerse en cuentala p.rdida de energía causada por el flu)o /ori#ontal(



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4-. Ca0a sem0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sonrelativamente desfavorables(El flu)o /ori#ontal a lo largo de una distanciasignificativa o despreciable' pero el flu)o vertical nopuede despreciarse' ya *ue la resistencia /idr!ulica del

flu)o es pe*ue0a' debido al espesor pe*ue0o de lascapas(El f lu)o de agua en las capas semipermeables seconsidera esencialmente vertical(


"-. Ca0a m0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sondesfavorables *ue fluyen cantidades de agua

despreciables sea en forma /ori#ontal o vertical(Capas totalmente impermeables cerca de la superficieson poco frecuentes' pero son comunes a mayorprofundidad donde se /an consolidado 2compactado y cementado3



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La clasificaci&n principal de los acuíferos se basa en *a0&es#n 3d&%st+t"a del agua encerrada en losmismos

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.a($ Acuíferos libres:

• Son a*uellos en los cuales e+iste una superficie libre delagua *ue se encuentra a presi&n atmosf.rica(

• La superficie del agua ser! el nivel fre!tico(• 4o tiene por encima material impermeable(

Permeable

Impermeable

Nivel

Piezométrico



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.a($ Acuíferos libres:

• En estos acuíferos' al perforar po#os *ue los atraviesentotal o parcialmente' el agua alcan#a un nivel *ue sería elmismo *ue tendría dentro de la formaci&n geol&gica' esdecir el nivel fre!tico 2nivel real3 coincide con el nivelpie#om.trico 2nivel ideal *ue alcan#aría el agua a presi&natmosf.rica3(

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.4-. A"(56e&%s "%n6nad%s:

• Est!n sellados por materiales impermeables' arriba y aba)o(

• Al perforar po#os *ue atraviesen el límite superior del

material *ue constituye el acuífero' el nivel del aguaasciende /asta *ue se esta4*/a en e* nve*0e/%m)t&"%(



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Ca&a"te&5st"as de *%s A"(56e&%s"%n6nad%s:• Separados por capas impermeables' arriba y aba)o(• "odr!n darse 0%/%s s(&!entes si el nivel del agua *ueda

por encima del nivel topogr!fico y 0%/%s a&tesan%s si elnivel se estabili#a por deba)o de la cota del terreno(

• Si imaginamos una serie de po#os atravesando un acuíferoconfinado' y unimos los niveles *ue alcan#a el agua en cada

uno' obtendríamos una s(0e&6"e 0e/%m)t&"a *ue nocoincide con el nivel fre!tico del acuífero libre(


Ca&a"te&5st"as de *%s A"(56e&%s"%n6nad%s:



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.

"-. A"(56e&%s sem"%n6nad%s:• Constituyen una variedad de los confinados' y se

"a&a"te&/an 0%& tene& e* te"3% 2parte superior3 o-y elmuro 2parte inferior3 sellado por materiales *ue no sontotalmente impermeables' sino *ue permiten unafiltraci&n vertical *ue alimenta muy lentamente alacuífero principal(

•

En estos casos la recarga podr! /acerse en ambossentidos en funci&n de la diferencia de 0%ten"a*7 %0&es#n de* a!(a en el acuífero(


"-. A"(56e&%s sem"%n6nad%s:



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d-. A"(56e&%s"%*!ad%s:• Algunas veces se da una capa de material m!s o menos

impermeablepor encima del nivel fre!tico(

• El agua *ue se infiltra *ueda atrapada en esta capa paraformar un lente)&n *ue normalmente tiene unae+tensi&n limitada sobre la #ona saturada m!s pr&+ima(

• Los acuíferos colgados son m!s comunes de lo *ue sepueda suponer 2E+aminar ilustraci&n siguiente3:


d-. A"(56e&%s"%*!ad%s:





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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.

E* ""*% 3d&%*#!"%


• "ermite conocer y estimar el potencial de producci&n deun acuífero(

• "ermite conocer la fuente principal de recarga de los

acuíferos(• Conocer si un acuífero puede soportar una producci&n

constante en el tiempo(• Las aguas subterr!neas dependen del ciclo /idrol&gico y

del nivel de infiltraci&n de la lluvia en la #ona derecarga(



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&E DE DARC finales del siglo 444 principios del siglo 4" en los Estadosnidos se produce la eplotación masiva de petróleo"encontrando en dicas eploraciones mucos pozos artesianos.

*as empresas 7onson fueron los primeros en esta$lecer loscriterios para una eplotación del funcionamiento de acu&feros"

$as8ndose en los principios del flu9o del agua principios de laidr8ulica esta$lecidos por arc.

osteriormente se esta$lece las ecuaciones de upoit" !eim"!eiss 7aco$.


&E DE DARCEl movimiento del aguaen el interior de los

materiales geológicos semide con la *e de arc(120):

;*a velocidad de un fluidoen un medio porosodepende del <oeficientede ermea$ilidad del-radiente =idr8ulico>.



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a.* &e3 %e Da!c3

onde:! @ !ransmisividad

A @ <onductividad =idr8ulica+ @ <oeficiente de lmacenamientoB @ Badio de 4nfluencia

1 2Q KA L

φ φ −=


&E DE DARCC @ <audal #ue pasa a trav%s de

una sección del acu&fero

D @ ermea$ilidad @ rea de la sección deacu&fero considerada

Fi @ -radiente o potencialidr8ulico

1 2h h

i L

H i

L

−=

∆ =



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%

Se define como elporcenta)e de espacios

vacíos' o igual a lacantidad de /uecos *uetiene la roca(La porosidad se e+presa

como porcenta)e en volumen de roca total(m 8 P

.*100

.

Vol huecoP

Vol total=


Los /uecos de una roca pueden estar conectados entresí' o no estar conectados(

La cantidad de /uecos interconectados se denominaPOROSIDAD EFECTIVA7 O EFICAZ(

Una roca puede ser muy porosa' pero si los /uecos noest!n conectados' n% se&+ 0&%d("tva3d&+(*"amente 8 Este es e* "as% de *as a&"**as(







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A* v%*(men t%ta* de poros del suelo' se llama porosidadt%ta* o simplemente porosidad' su c!lculo se reali#a con lasiguiente f&rmula:

onde:n 6 "orosidad 293ap 6 ensidad aparente 2gr-cm' ;g-dm' <-m3r 6 ensidad real 2gr-cm' ;g-dm' <-m3

100 1 ap

r

Dn

D

= −

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad aparente 2a3Representa la relaci&n *ue e+iste entre el peso de suelo seco o pesos&lido (Ps) y el volumen total (Vt) de una muestra no disturbada'

cuyos valores se e+presan generalmente en gr-cm' ;g-dm' <-m(Su c!lculo se efect1a mediante la siguiente relaci&n:

onde:ap 6 ensidad aparente 2gr-cm' ;g-dm' <-m3" 6 "eso suelo seco en gr' ;g' <

=t 6 =olumen total de muestra no disturbada cm'dm' m

ap

Ps D

Vt =



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad aparente 2a3Los valores representativos de la densidad aparente' paradiferentes clases te+tuales' son:

Te5t,!a Dens#%a% aa!ente 6g!7cm89

+uelo arenoso 1.51 H1.0+uelo franco 1.31 H1.50

+uelo arcilloso 1.00 H 1.30

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad real o densidad de las part&culas (r)Bepresenta la relación #ue eiste entre el peso de una unidad devolumen real del suelo (Ps) el volumen de las part&culas sólidas(s) en estado compacto" sin considerar el volumen de los poros"sus valores se epresan tam$i%n en gr/cm3" Ag/dm3"!/m3. +e usala siguiente fórmula

ar&an en un rango de 2.5 I 2.gr/cmJ

onde:r @ ensidad real (gr/cmJ" Ag/dmJ" !/mJ) @ eso de unidad de volumen real suelo gr" Ag" !t @ olumen part&culas sólidas cmJ" dmJ" mJ

r

Ps D

Vs=



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.c.* Con%,ct##%a% ;#%!,'#ca 6<9

Este par!metro *ue define la capacidad del medioporoso' para transmitir al agua a trav.s de si mismo(La conductividad /idr!ulica de los suelos' se definecomo la velocidad de infiltraci&n *ue se presenta en unmedio saturado , cuando el gradiente /idr!ulico es igual ala unidad' es decir' si en la ecuaci&n:

1

v K i

i

v K

=

=

=

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.c.* Con%,ct##%a% ;#%!,'#ca 6<9

e allí *ue sus unidades sean las de velocidad 2pero nodebe confundirse con ella3 y generalmente se mide en

m-día o cm-/ora(La conductividad /idr!ulica es dependiente del fluido y del medio poroso en con)unto' diferenci!ndose delt.rmino permeabilidad' *ue se define 1nica y e+clusivamente en funci&n del medio poroso(Con lo *ue respecta al lí*uido' la K varía en funci&n de la

viscosidad y densidad del mismo( En suelos salinossu)etos a un proceso de lavado es posible esperar

variaciones de la K con el tiempo' debido a fen&menosrelacionados con la disoluci&n y precipitaci&n de sales(



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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.%.* T!ansm#s##%a% 6T9.

Es la cantidad de agua *ue transmite el acuífero a trav.sde todo el espesor saturado' en una unidad de superficiepor unidad de tiempo 2t3(

epende de la permeabilidad(

epende del Espesor del Acuífero 2/3(

*T k t =

*T k h=

1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.%.* T!ansm#s##%a% 6T9.



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e.* Coe"#c#ente %e A'macenam#ento 6S9.

Es la cantidad de agua#ue puede ser etra&dadel almacenamiento enun acu&fero" con undescenso unitario de lacarga idr8ulica.

epende de laporosidad efectiva

( )S p=


".* Retenc#n esecí"#ca 6Re9.+i llenamos un recipiente con un material poroso completamente seco luego aKadimos agua asta saturar dico material" no ser8 posi$lerecuperar por medio de drena9e la cantidad total de agua aKadida.

arte del agua #uedara aderida al material granular por atracciónmolecular tensión superficial.El volumen de agua retenido" dividido por el volumen total del materialporoso epresado como porcenta9e" se llama retención especifica.

onde:ar @ olumen del agua retenidat @ olumen !otal

R e * 1 0 0r

t

a

V =



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g.* P!o%,cc#n esecí"#ca 6Pe9.Es la cantidad o volumen de agua #ue puede ser etra&da.

onde:ad @ olumen del agua drenadat @ olumen !otal

e lo anterior se deduce #ue la porosidad es la suma de la producciónespecifica la retención especifica.

e * 1 0 0d

t

aP

V =

R eP n P e= = +


P!o#e%a%es #%!,'#cas %e ,n o(o

.* Caac#%a% esecí"#ca %e ,n o(o

onde:C @ <audal (*itros/+eg)LE@ Livel est8tico (Metros)LN @ Livel in8mico (Metros)$ @ $atimiento (Metros)<E @ <apacidad Espec&fica (*itros por +egundo por

metro)

b

QC E

A=





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Cono %e %e!es#n o Cono %e De3ecc#n-eometr&a del flu9o de agua en un pozo de $om$eo.



onde:LE @ Livel Est8tico

C @ <audalL @ Livel in8mico$ @ $atimiento<E @ <apacidad Espec&fica

*

*

V k i

Q V A

=

=



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1. N#e' Estt#co: E' N#e' %e' Ag,a S,)te!!nea en !eoso 6c,an%o e'o(o no se )om)ea9

LE @ Livel Est8tico (metros" pies)1. Ca,%a': =o',men %e Ag,a E5t!aí%a en 'a Un#%a% %e T#emo>

C @ <audal (*itros/+eg" -al/min" mJ/ora)2. N#e' D#nm#co: N#e' %e' Ag,a s,)te!!nea %,!ante e' )om)eo %e'

o(o

L @ Livel in8mico (Metros" pies)+. A)at#m#ento: D#"e!enc#a ent!e e' N#e' D#nm#co 3 e' N#e' Estt#co

$ @ $atimiento (Metros" pies)-. Caac#%a%: Esecí"#ca Re'ac#n ent!e e' Ca,%a' 3 e' A)at#m#ento

<E @ <apacidad Espec&fica (*itros por +egundo pormetro" -M/m" mJ=/m)

INTRODUCCION A &AS AGUAS SUBTERRANEAS?.0 Pa!met!os #%!ogeo'g#cos?.$ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e ,n ac,í"e!o

Ec,ac#n %e Te#s 6S#m'#"#ca%a9

onde:$ @ $atimiento (Metros)C @ <audal (*itros/+eg" -al/min" mJ/ora)! @ !ransmisividad (mO/dia)t @ !iempo de $om$eo (d&as)+ @ <oeficiente de almacenamiento (mJ/mJ)

( )l o g 2 . 2 5 * *

1 5 . 8 * * ² *b

T t Q

A T r S =



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INTRODUCCION A &AS AGUAS SUBTERRANEAS?.0 Pa!met!os #%!ogeo'g#cos?.$ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e ,n ac,í"e!oEc,ac#n %e Te#s 6S#m'#"#ca%a9Rad% de n6*(en"a 9REs la distancia *ue alcan#a elCono de epresi&n en elacuífero' cuando se bombea unpo#o durante un tiempo 2t3

determinado(epende de la <ransmisividad ydel Coeficiente de

Almacenamiento(

( )lo g 2 .2 5 * *1 5 .8 * *

² *b

T t Q A

T r S =

* _ _ R f T y S =


G!a%#ente #%!,'#co

E@em'o 01<alcular la conductividadidr8ulica del suelopuesto en elperme8metro cil&ndricode la figura" cuodi8metro es 6 cm."teniendo en cuenta #ueel $aso recoge 50 cmJ deagua en una ora #uela carga de aguas so$reel suelo es constante



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G!a%#ente #%!,'#co

E@em'o 01a.H e la le de arc

$.H <8lculo del 8rea del recipiente

c.H <alculo de la permea$ilidad

1 2

:

7 01 . 4 0

5

Q K A i

D o n d e

i L

φ φ

=

− −= = =

2 22 6

28.27 ²4 4

d A r cm

π π π = = = =

50 ³ / 0.30 /

20.27*1.4 ²

Q cm hK m dia

Ai cm= = =


G!a%#ente #%!,'#co

E@em'o 02+e intercepta por medio de una zan9a" la filtración eistente por de$a9o de la $asede una carretera" las dimensiones se muestran en la siguiente figura. +i la

conductividad idr8ulica del suelo permea$le es de 0.50 m/dia" allar el caudal#ue flue a la zan9a en una longitud de 200 m.



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G!a%#ente #%!,'#co

E@em'o 02a.H e la le de arc

$.H <8lculo del 8rea del recipiente

c.H <alculo de la permea$ilidad

1 2

:

4.50 3.200.087

15

Q KAi

Donde

i L

φ φ

=

− −= = =

* 3*200 600 ²trasnversal longitudinal A L L m= = =

0.5 / *600 ² *0.087 26.10 ³ / Q KAi m dia m m dia= = =

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