UNIDAD 5: HIDROGEOLOGÍA

Ingeniería Geológica III Ciclo Ingeniería Civil y Ambiental

Ing. Salvador Sobrecases Martí

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO

INTRODUCCIÓN

Estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su

circulación, sus condicionamientos geológicos y

su captación

HIDROGEOLOGÍA

CICLO HIDROLÓGICO

IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS

Representa el 14% del total de agua dulce de la Tierra.

La mayor parte del agua potable para beber y una gran parte de agua de riego e industrial procede de esta fuente.

El abuso en los últimos años ha llevado a su escasez y contaminación progresivas.

El agua subterránea es la segunda fuente en importancia de agua dulce de la Tierra, tras la de los glaciares, pero constituye el 94% del agua dulce líquida.

IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS

DISTRIBUCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

EL NIVEL FREÁTICO

INTERACCIÓN ENTRE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS Y LAS CORRIENTES El nivel freático no es horizontal, sino que sigue el relieve superficial. Es más alto en colinas y más bajo en valles, y coincide en pantanos, lagos y corrientes.

Esta distribución irregular se debe a la lentitud con que se desplaza el agua subterránea, tardando mucho en conseguir una superficie de “equilibrio”, que sólo aparecería en épocas de gran sequía. INTERACCIÓN ENTRE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS Y LAS CORRIENTES

ALMACENAMIENTO Y CIRCULACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

La velocidad y la cantidad del agua subterránea dependen de: -Los materiales por donde pasa -Porosidad -Permeabilidad

MANANTIALES O FUENTES

Cuando un acuicludo impide el descenso del agua, que se ve forzada a moverse lateralmente.

También puede aparecer cuando hay un acuicludo por encima del nivel freático y se forma un nivel freático colgado.

Las grietas y fracturas que se llenan de agua pueden ocasionar igualmente manantiales.

FUENTES TERMALES Y GÉISERES

Fuente termal: •Aquella cuya agua está entre 6 y 9º C por encima de la temperatura ambiente media. •Procede del calor del gradiente geotérmico. Géiseres: •Fuentes termales intermitentes en las que el agua es expulsada con gran fuerza en forma de columna, pudiendo llegar a alcanzar casi 100 metros de altura. •Tras el chorro de agua suele salir una columna de vapor con gran estruendo.

POZOS Y POZOS ARTESIANOS

Un pozo es un sistema sencillo para extraer agua subterránea. Son agujeros en la zona de saturación. Al extraer agua de un pozo, el nivel freático alrededor del pozo sufre un descenso llamado descenso de nivel, que forma una depresión cónica en el nivel freático alrededor del pozo, el cono de depresión. Cuando en un pozo el agua está a suficiente presión para subir por encima del nivel del acuífero se denomina pozo artesiano. Estos pozos deben estar perforando un acuífero inclinado que recibe agua por un lado y, además, debe haber acuicludos encima y debajo del acuífero para que el agua no escape.

POZOS Y POZOS ARTESIANOS

EXTRACCIÓN Y CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

EL AGUA SUBTERRÁNEA COMO RECURSO NO RENOVABLE Como todo recurso natural, el agua subterránea tiende a un equilibrio entre la velocidad de infiltración y la velocidad de descarga y extracción.

El nivel freático refleja ese equilibrio. Si es sobreexplotada, se convierte en recurso no renovable, con peligro de agotamiento. SUBSIDENCIA Exceso de extracción de agua que no es compensado por la recarga natural.

Los huecos antes ocupados por el agua se colapsan, los sedimentos se compactan y el terreno se hunde.

EXTRACCIÓN Y CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

CONTAMINACIÓN SALINA

EXTRACCIÓN Y CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA

CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERÁNEA

Aguas fecales La sal vertida para eliminar la nieve de las carreteras Fertilizantes Pesticidas Sustancias producidas por la industria

FORMACIONES GEOLÓGICAS Y SU COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA

FORMACIONES GEOLÓGICAS Y SU COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA

FORMACIONES GEOLÓGICAS Y SU COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA

NIVEL PIEZOMÉTRICO

El NP en un punto de un acuífero es la altura que alcanza el agua, sobre una horizontal de referencia, cuando se deja éste a la presión atmosférica.

Se compone de dos sumandos: - Altura de posición - Altura de presión

NIVEL PIEZOMÉTRICO

EJEMPLOS

PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS

POROSIDAD

PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO

Este coeficiente representa la capacidad para liberar agua de un acuífero.

Se define como el volumen de agua que es capaz de liberar un prisma de base unitaria y de altura la del acuífero, cuando desciende 1 metro el nivel piezométrico.

El coeficiente de almacenamiento en los acuíferos libres es coincidente con la porosidad eficaz ne o coeficiente de almacenamiento por desaturación.

PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS

PERMEABILIDAD Permite evaluar la capacidad de transmitir agua de una formación en función de la textura de la misma, sin relacionarla con su estructura o forma geométrica. TRANSMISIVIDAD Permite evaluar la capacidad de transmitir agua de los acuíferos, teniendo en cuenta:

Textura del acuífero Las características del fluido Características estructurales o geométricas.

LA LEY DE DARCY Y SU PERMEABILIDAD

iAkQ .. ikvA

Qq D .

Ley de Darcy Velocidad de Darcy

Q: caudal i: gradiente hidraulico (ΔH/ΔL) K: permeabilidad A: sección

LA LEY DE DARCY Y SU PERMEABILIDAD

ACTIVIDAD 1

El acuífero mostrado en la figura tiene una conductividad hidráulica de 50 m/día y una porosidad de 0.2. El nivel piezométrico de dos pozos separados 1000 m es de 55 m y 50 m respectivamente desde un punto de referencia común. El espesor promedio del acuífero es de 30 m y un ancho promedio de 5 km. Determine:

- Flujo a través del acuífero.

- El tiempo de viaje desde la zona de recarga del acuífero a un punto localizado a 4 km aguas abajo.

1000 m

5 m

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN LABORATORIO Permeámetro de carga constante

L

H

A

V

Piedras

Porosas

Rebosadero

Rebosadero

Alimentación

L: altura de la muestra

A: Sección de la muestra

H: Diferencia de carga hidráulica

V: Volumen de agua medido

t: tiempo del ensayo

HAt

VLk

AtL

HkkiAtqtV

Ensayo recomendable para suelos de alta

permeabilidad (arenas y gravas)

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN LABORATORIO Permeámetro de carga variable

L: altura de la muestra

A: Sección de la muestra

a: Sección de tubo alimentador

h1: Carga hidráulica inicial

h2: Carga hidráulica final

t: tiempo del ensayo

dh: descenso de agua en un dt

L

h1

A

Piedras

Porosas

h2

dh

a

Rebosadero

2

1

2

1 log3,2lnh

h

At

aL

h

h

At

aLk

Ensayo adecuado para suelos de permeabilidad media a baja (limos, algunas arcillas)

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN CAMPO Ensayo Lugeon Se realiza en sondeos en rocas consolidadas. Consiste en medir el volumen de agua (V) que se inyecta durante un tiempo (t), es decir, el caudal Q= V/t en un tramo de sondeo de longitud (L) a una presión (Ht).

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN CAMPO Ensayo Lugeon

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN CAMPO Ensayo Lugeon

MÉTODOS DE ESTIMACIÓN Y MEDIDA DE PERMEABILIDAD

EN CAMPO Ensayo Lefranc Se utiliza en suelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas.