Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable

Autores
Soldi, Mariangeles
Año de publicación
2020
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión aceptada
Colaborador/a o director/a de tesis
Guarracino, Luis
Jougnot, Damien
Descripción
En numerosos problemas de hidrogeofísica se estudian fenómenos y propiedades a escala macroscópica que tienen su origen en procesos de flujo que ocurren a escala microscópica. Para mejorar la comprensión y la modelización de estos fenómenos resulta necesario contar con una precisa descripción del flujo a escala microscópica para luego mediante técnicas de upscaling obtener una descripción a escala macroscópica. En particular, las irregularidades que presenta el espacio poral son una de las causas del fenómeno de histéresis que se observa en el flujo de agua en condiciones de saturación parcial. Por otro lado, el fenómeno de arrastre de cargas eléctricas a nivel poral debido al movimiento del agua genera una diferencia de potencial medible en la superficie del terreno. La medición de este potencial electrocinético se considera el único método geofísico capaz de caracterizar al flujo de agua de manera no invasiva. En ese contexto, en el presente trabajo de Tesis se desarrollaron modelos analíticos para describir el movimiento de agua y la densidad del exceso de carga eléctrica en medios porosos bajo condiciones de saturación parcial. En primer lugar, se desarrolló un modelo constitutivo que permite estimar la saturación y la conductividad hidráulica considerando el fenómeno de histéresis. Para la deducción del modelo, el espacio poral se representó mediante tubos capilares con constrictividades periódicas lo que permitió obtener una caracterización del flujo en la microescala. Luego, para la descripción del medio a escala macroscópica, se consideró una ley fractal de distribución de tamaño de poros y propiedades físicas obteniéndose expresiones analíticas cerradas para la saturación y la conductividad hidráulica en función de la altura de presión. En segundo lugar, se derivó un modelo para determinar la densidad del exceso de carga eléctrica que es arrastrado por el flujo de agua. En este caso, la geometría adoptada para representar al medio poroso es de tubos capilares tortuosos no constrictivos. A partir de esa geometría y de la descripción del flujo se obtuvo una expresión analítica cerrada que permite estimar la densidad del exceso de carga eléctrica en función de la saturación, la permeabilidad, parámetros petrofísicos y propiedades químicas del agua. Finalmente, con el objetivo de analizar el efecto de histéresis en la densidad del exceso de carga eléctrica se consideró el modelo constitutivo desarrollado en la primera etapa de este trabajo de Tesis, las expresiones analíticas resultantes son cerradas y describen en forma explícita el fenómeno de histéresis. Este modelo constituye un avance significativo en el estudio del arrastre de cargas eléctricas en medios parcialmente saturados pues es el primer modelo analítico que considera efectos histeréticos. Todos los modelos desarrollados en la presente Tesis fueron testeados con datos experimentales, de laboratorio y de campo, y comparados con modelos previos de la literatura, obteniéndose excelentes ajustes. Los aportes realizados en este trabajo de Tesis evidencian la importancia de una precisa caracterización en la microescala para la determinación de propiedades medibles en la macroescala. Asimismo, los resultados obtenidos sientan las bases para una mayor comprensión de los fenómenos de histéresis y del arrastre de densidad de carga eléctrica en medios porosos parcialmente saturados que resulta fundamental para la utilización del potencial electrocinético como herramienta de monitoreo de aguas subterráneas.
Doctor en Geofísica
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas
Materia
Geofísica
Flujo de agua
Propiedades hidráulicas
Zona no saturada
Medios Porosos
Potencial Espontáneo
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Repositorio
SEDICI (UNLP)
Institución
Universidad Nacional de La Plata
OAI Identificador
oai:sedici.unlp.edu.ar:10915/155650

id SEDICI_3ed8aaa2e0c96a727f1d8a8bd0c6bcc4
oai_identifier_str oai:sedici.unlp.edu.ar:10915/155650
network_acronym_str SEDICI
repository_id_str 1329
network_name_str SEDICI (UNLP)
spelling Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variableSoldi, MariangelesGeofísicaFlujo de aguaPropiedades hidráulicasZona no saturadaMedios PorososPotencial EspontáneoEn numerosos problemas de hidrogeofísica se estudian fenómenos y propiedades a escala macroscópica que tienen su origen en procesos de flujo que ocurren a escala microscópica. Para mejorar la comprensión y la modelización de estos fenómenos resulta necesario contar con una precisa descripción del flujo a escala microscópica para luego mediante técnicas de upscaling obtener una descripción a escala macroscópica. En particular, las irregularidades que presenta el espacio poral son una de las causas del fenómeno de histéresis que se observa en el flujo de agua en condiciones de saturación parcial. Por otro lado, el fenómeno de arrastre de cargas eléctricas a nivel poral debido al movimiento del agua genera una diferencia de potencial medible en la superficie del terreno. La medición de este potencial electrocinético se considera el único método geofísico capaz de caracterizar al flujo de agua de manera no invasiva. En ese contexto, en el presente trabajo de Tesis se desarrollaron modelos analíticos para describir el movimiento de agua y la densidad del exceso de carga eléctrica en medios porosos bajo condiciones de saturación parcial. En primer lugar, se desarrolló un modelo constitutivo que permite estimar la saturación y la conductividad hidráulica considerando el fenómeno de histéresis. Para la deducción del modelo, el espacio poral se representó mediante tubos capilares con constrictividades periódicas lo que permitió obtener una caracterización del flujo en la microescala. Luego, para la descripción del medio a escala macroscópica, se consideró una ley fractal de distribución de tamaño de poros y propiedades físicas obteniéndose expresiones analíticas cerradas para la saturación y la conductividad hidráulica en función de la altura de presión. En segundo lugar, se derivó un modelo para determinar la densidad del exceso de carga eléctrica que es arrastrado por el flujo de agua. En este caso, la geometría adoptada para representar al medio poroso es de tubos capilares tortuosos no constrictivos. A partir de esa geometría y de la descripción del flujo se obtuvo una expresión analítica cerrada que permite estimar la densidad del exceso de carga eléctrica en función de la saturación, la permeabilidad, parámetros petrofísicos y propiedades químicas del agua. Finalmente, con el objetivo de analizar el efecto de histéresis en la densidad del exceso de carga eléctrica se consideró el modelo constitutivo desarrollado en la primera etapa de este trabajo de Tesis, las expresiones analíticas resultantes son cerradas y describen en forma explícita el fenómeno de histéresis. Este modelo constituye un avance significativo en el estudio del arrastre de cargas eléctricas en medios parcialmente saturados pues es el primer modelo analítico que considera efectos histeréticos. Todos los modelos desarrollados en la presente Tesis fueron testeados con datos experimentales, de laboratorio y de campo, y comparados con modelos previos de la literatura, obteniéndose excelentes ajustes. Los aportes realizados en este trabajo de Tesis evidencian la importancia de una precisa caracterización en la microescala para la determinación de propiedades medibles en la macroescala. Asimismo, los resultados obtenidos sientan las bases para una mayor comprensión de los fenómenos de histéresis y del arrastre de densidad de carga eléctrica en medios porosos parcialmente saturados que resulta fundamental para la utilización del potencial electrocinético como herramienta de monitoreo de aguas subterráneas.Doctor en GeofísicaUniversidad Nacional de La PlataFacultad de Ciencias Astronómicas y GeofísicasGuarracino, LuisJougnot, Damien2020-04-16info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTesis de doctoradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06info:ar-repo/semantics/tesisDoctoralapplication/pdfhttp://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/155650https://doi.org/10.35537/10915/155650spainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)reponame:SEDICI (UNLP)instname:Universidad Nacional de La Platainstacron:UNLP2025-09-29T11:40:22Zoai:sedici.unlp.edu.ar:10915/155650Institucionalhttp://sedici.unlp.edu.ar/Universidad públicaNo correspondehttp://sedici.unlp.edu.ar/oai/snrdalira@sedici.unlp.edu.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:13292025-09-29 11:40:22.67SEDICI (UNLP) - Universidad Nacional de La Platafalse
dc.title.none.fl_str_mv Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
title Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
spellingShingle Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
Soldi, Mariangeles
Geofísica
Flujo de agua
Propiedades hidráulicas
Zona no saturada
Medios Porosos
Potencial Espontáneo
title_short Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
title_full Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
title_fullStr Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
title_full_unstemmed Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
title_sort Modelos de flujo de agua y de exceso de densidad de carga eléctrica en medios porosos de saturación variable
dc.creator.none.fl_str_mv Soldi, Mariangeles
author Soldi, Mariangeles
author_facet Soldi, Mariangeles
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Guarracino, Luis
Jougnot, Damien
dc.subject.none.fl_str_mv Geofísica
Flujo de agua
Propiedades hidráulicas
Zona no saturada
Medios Porosos
Potencial Espontáneo
topic Geofísica
Flujo de agua
Propiedades hidráulicas
Zona no saturada
Medios Porosos
Potencial Espontáneo
dc.description.none.fl_txt_mv En numerosos problemas de hidrogeofísica se estudian fenómenos y propiedades a escala macroscópica que tienen su origen en procesos de flujo que ocurren a escala microscópica. Para mejorar la comprensión y la modelización de estos fenómenos resulta necesario contar con una precisa descripción del flujo a escala microscópica para luego mediante técnicas de upscaling obtener una descripción a escala macroscópica. En particular, las irregularidades que presenta el espacio poral son una de las causas del fenómeno de histéresis que se observa en el flujo de agua en condiciones de saturación parcial. Por otro lado, el fenómeno de arrastre de cargas eléctricas a nivel poral debido al movimiento del agua genera una diferencia de potencial medible en la superficie del terreno. La medición de este potencial electrocinético se considera el único método geofísico capaz de caracterizar al flujo de agua de manera no invasiva. En ese contexto, en el presente trabajo de Tesis se desarrollaron modelos analíticos para describir el movimiento de agua y la densidad del exceso de carga eléctrica en medios porosos bajo condiciones de saturación parcial. En primer lugar, se desarrolló un modelo constitutivo que permite estimar la saturación y la conductividad hidráulica considerando el fenómeno de histéresis. Para la deducción del modelo, el espacio poral se representó mediante tubos capilares con constrictividades periódicas lo que permitió obtener una caracterización del flujo en la microescala. Luego, para la descripción del medio a escala macroscópica, se consideró una ley fractal de distribución de tamaño de poros y propiedades físicas obteniéndose expresiones analíticas cerradas para la saturación y la conductividad hidráulica en función de la altura de presión. En segundo lugar, se derivó un modelo para determinar la densidad del exceso de carga eléctrica que es arrastrado por el flujo de agua. En este caso, la geometría adoptada para representar al medio poroso es de tubos capilares tortuosos no constrictivos. A partir de esa geometría y de la descripción del flujo se obtuvo una expresión analítica cerrada que permite estimar la densidad del exceso de carga eléctrica en función de la saturación, la permeabilidad, parámetros petrofísicos y propiedades químicas del agua. Finalmente, con el objetivo de analizar el efecto de histéresis en la densidad del exceso de carga eléctrica se consideró el modelo constitutivo desarrollado en la primera etapa de este trabajo de Tesis, las expresiones analíticas resultantes son cerradas y describen en forma explícita el fenómeno de histéresis. Este modelo constituye un avance significativo en el estudio del arrastre de cargas eléctricas en medios parcialmente saturados pues es el primer modelo analítico que considera efectos histeréticos. Todos los modelos desarrollados en la presente Tesis fueron testeados con datos experimentales, de laboratorio y de campo, y comparados con modelos previos de la literatura, obteniéndose excelentes ajustes. Los aportes realizados en este trabajo de Tesis evidencian la importancia de una precisa caracterización en la microescala para la determinación de propiedades medibles en la macroescala. Asimismo, los resultados obtenidos sientan las bases para una mayor comprensión de los fenómenos de histéresis y del arrastre de densidad de carga eléctrica en medios porosos parcialmente saturados que resulta fundamental para la utilización del potencial electrocinético como herramienta de monitoreo de aguas subterráneas.
Doctor en Geofísica
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas
description En numerosos problemas de hidrogeofísica se estudian fenómenos y propiedades a escala macroscópica que tienen su origen en procesos de flujo que ocurren a escala microscópica. Para mejorar la comprensión y la modelización de estos fenómenos resulta necesario contar con una precisa descripción del flujo a escala microscópica para luego mediante técnicas de upscaling obtener una descripción a escala macroscópica. En particular, las irregularidades que presenta el espacio poral son una de las causas del fenómeno de histéresis que se observa en el flujo de agua en condiciones de saturación parcial. Por otro lado, el fenómeno de arrastre de cargas eléctricas a nivel poral debido al movimiento del agua genera una diferencia de potencial medible en la superficie del terreno. La medición de este potencial electrocinético se considera el único método geofísico capaz de caracterizar al flujo de agua de manera no invasiva. En ese contexto, en el presente trabajo de Tesis se desarrollaron modelos analíticos para describir el movimiento de agua y la densidad del exceso de carga eléctrica en medios porosos bajo condiciones de saturación parcial. En primer lugar, se desarrolló un modelo constitutivo que permite estimar la saturación y la conductividad hidráulica considerando el fenómeno de histéresis. Para la deducción del modelo, el espacio poral se representó mediante tubos capilares con constrictividades periódicas lo que permitió obtener una caracterización del flujo en la microescala. Luego, para la descripción del medio a escala macroscópica, se consideró una ley fractal de distribución de tamaño de poros y propiedades físicas obteniéndose expresiones analíticas cerradas para la saturación y la conductividad hidráulica en función de la altura de presión. En segundo lugar, se derivó un modelo para determinar la densidad del exceso de carga eléctrica que es arrastrado por el flujo de agua. En este caso, la geometría adoptada para representar al medio poroso es de tubos capilares tortuosos no constrictivos. A partir de esa geometría y de la descripción del flujo se obtuvo una expresión analítica cerrada que permite estimar la densidad del exceso de carga eléctrica en función de la saturación, la permeabilidad, parámetros petrofísicos y propiedades químicas del agua. Finalmente, con el objetivo de analizar el efecto de histéresis en la densidad del exceso de carga eléctrica se consideró el modelo constitutivo desarrollado en la primera etapa de este trabajo de Tesis, las expresiones analíticas resultantes son cerradas y describen en forma explícita el fenómeno de histéresis. Este modelo constituye un avance significativo en el estudio del arrastre de cargas eléctricas en medios parcialmente saturados pues es el primer modelo analítico que considera efectos histeréticos. Todos los modelos desarrollados en la presente Tesis fueron testeados con datos experimentales, de laboratorio y de campo, y comparados con modelos previos de la literatura, obteniéndose excelentes ajustes. Los aportes realizados en este trabajo de Tesis evidencian la importancia de una precisa caracterización en la microescala para la determinación de propiedades medibles en la macroescala. Asimismo, los resultados obtenidos sientan las bases para una mayor comprensión de los fenómenos de histéresis y del arrastre de densidad de carga eléctrica en medios porosos parcialmente saturados que resulta fundamental para la utilización del potencial electrocinético como herramienta de monitoreo de aguas subterráneas.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020-04-16
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
Tesis de doctorado
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
info:ar-repo/semantics/tesisDoctoral
format doctoralThesis
status_str acceptedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/155650
https://doi.org/10.35537/10915/155650
url http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/155650
https://doi.org/10.35537/10915/155650
dc.language.none.fl_str_mv spa
language spa
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:SEDICI (UNLP)
instname:Universidad Nacional de La Plata
instacron:UNLP
reponame_str SEDICI (UNLP)
collection SEDICI (UNLP)
instname_str Universidad Nacional de La Plata
instacron_str UNLP
institution UNLP
repository.name.fl_str_mv SEDICI (UNLP) - Universidad Nacional de La Plata
repository.mail.fl_str_mv alira@sedici.unlp.edu.ar
_version_ 1844616276967686144
score 13.070432