Unidad Didáctica 9 Agua Subterránea PDF

UNIDAD DIDÁCTICA 9. Hidrología de Agua Subterránea Contenido general Concepto de Hidrogeología. Origen e importancia de las aguas subterráneas. Acuíferos. Las formaciones geológicas como acuíferos. Tipos de acuíferos. Funcionamiento de los acuíferos. Investigación de aguas subterráneas...

UNIDAD DIDÁCTICA 9. Hidrología de Agua Subterránea Contenido general Concepto de Hidrogeología. Origen e importancia de las aguas subterráneas. Acuíferos. Las formaciones geológicas como acuíferos. Tipos de acuíferos. Funcionamiento de los acuíferos. Investigación de aguas subterráneas. Manantiales. Concepto. Tipos de manantiales. Causas de la variación del caudal de los manantiales. Estudio del hidrograma de manantiales. Introducción Es la ciencia que se ocupa del estudio de las aguas subterráneas, cualquiera que sea su origen, se encuentre estática o circulando en el interior del suelo. El concepto de Hidrogeología inicialmente expuesto está relacionado con las aguas y el suelo donde existen y circulan. Para entender este concepto debemos: estudiar el suelo, como integrante de la corteza terrestre y de las rocas que lo forman; y luego se estudiará cómo llegan las aguas y su circulación. Sirviendo de base para establecer las condiciones técnicas de las captaciones y el aspecto práctico del alumbramiento. Finalmente, la prospección nos permitirá conocer el emplazamiento o ubicación más favorable. Las cualidades de las aguas subterráneas exigibles según las condiciones de empleo. Su aplicación a los diferentes usos: agua para riego, abastecimiento agua potable, etc. Origen e importancia de las aguas subterráneas se originan de la Infiltración directa de agua de lluvia o nieve y de forma indirecta de aguas superficiales (ríos, lagos o lagunas) a través de capas permeables. 1 Año académico 2020 Conceptos fundamentales de la hidrogeología. Clasificación de las formaciones geológicas según su comportamiento. Acuífero (del latín fero, llevar). Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable y que permite que circule a través de ella fácilmente. Ej. Arenas, gravas, también granito u otra roca compacta con fractura. Acluícludo (del latín cludo, encerrar). Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable y que no permite que el agua circule en ella. Ej. Limos, Arcillas. Acuitardo (del latín tardo, retardar, impedir). Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable, pero el agua circula a través de ella con dificultad. Ej. Arenas arcillosas, areniscas, rocas compactas o con alteraciones y/o fracturas moderadas. Concepto intermedio entre los anteriores. Acluífugo (del latín fugo, rechazar, ahuyentar). Formación geológica que no contiene agua en cantidad apreciable, pero no permite el agua circula a través de ella. Ej. Granito o esquistos inalterados y no fracturados. La porosidad, es la propiedad principal que condiciona a una formación geológica como acuífero. La porosidad vendría expresada por la relación entre el volumen de huecos y el volumen total. 𝒎 = 𝑽𝒗/𝑽𝒕= Se distinguen varios tipos de porosidades ‾ Porosidad primaria. huecos presentes en las rocas y que se formaron en el mismo momento en que se formó la roca. ‾ Porosidad secundaria: originada por procesos de karstificación, dolomitización y fracturación (fallas, diaclasas y grietas). Aunque los procesos geológicos tienden a disminuir su porosidad existen algunos procesos que tienden a provocar un aumento de la misma. Las rocas sedimentarias detríticas presentan poros debido a que están constituidas por granos. Estos poros se formaron a la vez que la roca por lo que se habla de porosidad primaria (porosidad intergranular). Pero existen muchas rocas que a pesar de no estar constituidas por granos presentan conductos o huecos formados por procesos de disolución y/o fracturación posterior a la formación de la roca, hablándose entonces de una porosidad secundaria. 2 Año académico 2020 El proceso de disolución afecta fundamentalmente a las rocas sedimentarias de precipitación química (rocas carbonatadas, principalmente calizas) y evaporíticas (sales, como, por ejemplo, yesos). Los procesos de fracturación afectan a todas las rocas. El tipo de empaquetado de las partículas que componen una roca determina el tipo de poro, y por tanto la porosidad. Cuanto más compacto es el empaquetado, menor porosidad presentará la roca. Se pueden establecer las posibles relaciones entre las texturas de las rocas y su porosidad. Ordenadas de mayor a menor quedarían de la forma siguiente: Relaciones texturas rocas y su porosidad Depósitos sedimentarios de granulometría homogénea y gran porosidad Depósitos sedimentarios de granulometría heterogénea y escasa porosidad Depósitos sedimentarios de granulometría homogénea y porosidad media Depósitos sedimentarios de granulometría homogénea cuya porosidad ha disminuido por cementación de sus intersticios con materiales minerales. Rocas con huecos originados por disolución (por ejemplo, calizas, yesos, etc.) Rocas con huecos originados por fracturación Factores que afectan o influyen la porosidad Forma de los granos Determina la forma y la dimensión de los poros. Los granos esféricos presentan menor porosidad que los granos angulosos. Disposición de los Cuanto menos clasificado esté un material, menor va a ser su granos porosidad. Tamaño de los granos La mezcla de tamaños disminuye la porosidad. 3 Año académico 2020 Variación de la porosidad debida al grado de homogeneidad del tamaño de los granos. Ejemplos de órdenes de magnitud de porosidad arenas o gravas m = 30-40% areniscas m = 10-20% granito no alterado m = 1-2% piedra pómez m = 60-80 % Se pueden diferenciar dos tipos de porosidades: Porosidad: Total y eficaz Porosidad total mt es igual al volumen de Porosidad eficaz, me es igual al volumen huecos dividido volumen total. Se de agua drenado por la gravedad, expresa en % o en tanto por 1 a dividido volumen total. Se expresa igual dimensional. que la mt. 4 Año académico 2020 La capacidad de retención específica (ms) expresa el agua de retención de un terreno. Se define como la diferencia entre la porosidad total y la porosidad eficaz. ms = mt - me En la porosidad ínter granular la mt no depende del tamaño de las (partículas o grano); mientras que la me si la afecta el tamaño del grano; si es fino, la retención específica aumenta. Tanto la mt y me depende de: 1. La heterometría, las partículas finas ocupan los poros que dejan los gruesos y la porosidad disminuye. 2. Forma y disposición de los granos. 3. La compactación, cementación y re-cristalización que disminuyen la porosidad La porosidad por fracturación está disolución de la fractura o la colmatación determinada por la: historia tectónica de por los minerales arcillosos o la zona y la litología. En este tipo de precipitaciones de otros minerales. porosidad es importante la eventual 5 Año académico 2020 Acuíferos Los acuíferos más frecuencia son los depósitos no consolidados de materiales sueltos, con origen geológico diverso. Las rocas sedimentarias consolidadas son las que encierran más volumen de agua para el conjunto de la Tierra, especialmente las rocas calizas, que son las que forman los acuíferos más importantes debido a su capacidad para disolverse formando karts. Sedimentarias orgánicas rocas calizas Mármol coralino Si las calizas no están karstificadas presentan muy poca permeabilidad. Conglomerados y areniscas pueden formar buenos acuíferos, aunque ven disminuida su capacidad para ser acuíferos a causa del cemento que une los granos y la cohesión. Ojo de Guareña Tobas. Precipitados de carbonatos sobre tallos de plantas 6 Año académico 2020  En cuanto a las rocas volcánicas, la capacidad de éstas para formar acuíferos depende de las propiedades de la roca, de la erosión que las originó, del grado de alteración, etc. Por último, las rocas ígneas y metamórficas solo adquieren propiedades como acuíferos en las zonas superficiales más alteradas o en regiones muy fracturadas. Cuadro donde se resumen las formaciones geológicas R. Sedimentarias R. Metamórficas R. Ígneas No Consolidadas (fracturas) Intrusivas Efusivas consolidadas (poros, fracturas, (fracturas) (poros, tubos, zonas (poros) conductos de escoriáceas, disolución) fracturas) GRAVA CONGLOMERADO GNEISS GRANITO Y BASALTO Y OTRAS OTRAS ROCAS ROCAS IGNEAS DE IGNEAS DE CRISTALIDAD BAJA CRISTALIDAD ELEVADA ARENAS ARENISCAS PIZARRAS LIMOS LIMONITAS ESQUISTOS ARCILLAS TILL TILLITAS MARGAS CALIZAS MÁRMOL DOLOMIAS Diorita es una roca plutónica de composición La pumita (también llamada piedra pómez o intermedia compuesta generalmente de dos liparita) es una roca ígnea volcánica vítrea, con tercios de plagioclasa y un tercio de minerales baja densidad (flota en el agua) y muy porosa, de oscuros como hornablenda, biotita y a veces color blanco o gris. piroxeno. Tipos de Acuíferos: Libres y Confinados 7 Año académico 2020 Los acuíferos confinados, se encuentran los poros llenados o fisuras por gravedad. La superficie hasta donde llega el agua se Denomina superficie freática, cuando es cortada por un pozo se habla de Nivel freático. Los acuíferos Libres: se habla de espesor saturado, que será igual o mayor que el espesor del estrato o Formación geológica correspondiente. El más frecuente de los acuíferos confinados perfectos, es el Semiconfinados, sometidos a presión, pero algunas de las capas confinantes son semipermeables, acuítardos, y a través de ellas llegan filtraciones. Veamos las figuras 1 y 2 de un acuífero libre y Semiconfinados, separado por un acuitando 8 Año académico 2020 Acuíferos Confinados: el agua se encuentra a presión, de modo que, si extraemos agua, ningún poro se vacía, sólo disminuye la presión, en la salida del acuífero, a veces al disminuir la presión puede ocurrir o producirse asentamiento y subsidencia del material del terreno. La superficie formada por los puntos que alcanzaría el agua si se hicieran perforaciones infinitas en el acuífero se llama superficie piezométrica (griego: piezo = presión). Cuando la superficie piezométrica esté por encima de la superficie topográfica se producen los sondeos surgentes Artesianos. Permeabilidad o conductividad hidráulica (K) La permeabilidad, es la facilidad con que un medio deja pasar el agua a través de él. En la hidrogeología, la permeabilidad o la conductividad hidráulica (K), es un concepto más preciso. Depende tanto de las propiedades del medio como de las del fluido Es la proporcionalidad lineal entre el Q y el gradiente Hidráulico. Se expresa la permeabilidad y/o conductividad h en m/d o cm/seg. (Geotecnia) Q / sección = K. Gradiente hidráulico La ecuación, representa la Ley de Darcy 9 Año académico 2020 Transmisividad (T): Se define como el caudal que pasa a través de una franja vertical de terreno de ancho unidad y altura igual a la del espesor saturado, bajo un gradiente unidad. Este término utilizado en Hidrogeología fue propuesto por Theis (1935) para indicar la capacidad de un acuífero de dejar pasar el agua a través, no por unidad de área, sino por unidad de prisma de base unitaria y espesor saturado. Transmisividad (m2/día) 1 10 102 103 104 Calificación Impermeables Poco Algo Permeable Muy permeables permeable permeable Calificación del Sin acuífero Acuífero Acuífero Acuífero de Acuífero acuífero muy pobre pobre regular a excelente bueno Tipo de Arcilla Limo Arena fina Arena limpia Grava limpia materiales compacta arenoso (1/16-2 Grava y arena (< 2 mm) (