Clase Agua subterranea Profesora Olga Ortega 2016
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Este documento trata sobre las aguas subterráneas. Explica que es importante estudiar el estado de las aguas subterráneas antes de construir un proyecto para evitar imprevistos. También describe diferentes métodos para controlar las aguas subterráneas como tablestacado y pozos. Luego presenta ejemplos de cómo el bombeo excesivo de aguas subterráneas ha causado problemas como hundimientos en Venecia y Houston. Finalmente, define conceptos clave relacionados con las aguas subterráneas como ac
Clase Agua subterranea Profesora Olga Ortega 2016
- 1. Prof. Olga Ortega USMA 2016 Aguas subterráneas
- 2. Introducción • En el mundo de la construcción se pueden presentar distintos tipos de imprevistos a la hora de construir un determinado proyecto, por lo que es de suma importancia el estudio del terreno de la futura obra, este estudio debe incluir el estado de aguas subterráneas, estudio hidrológico de suelos es fundamental • El estudio les permitirá elegir el método mas adecuado para el control de las aguas subterráneas
- 3. Por ejemplo • El Tablestacado es fundamental para lograr delimitar espacios y funciones en terreno con desniveles. Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración o golpeo • Well poin permite rebajar el nivel freático
- 4. Venecia • Se inunda cada vez mas debido a subsidencia por bombeo de agua subterranea • Desde 1969 no se permite hacer mas pozos y el bombeo esta regulado Bahia de Galveston, Houston, Texas • Terrenos hundidos varios metros por extraccion de agua subterranea y petroleo
- 5. Embudo de Winter Park, Florida central Embudos Catastróficos
- 7. Hidrología de aguas subterráneas La definición y los términos utilizados para denominar el estudio de las aguas subterráneas han variado a través del tiempo. Actualmente se aceptan como términos adecuados los de hidrología subterránea (para diferenciarla de la hidrología de superficie, división ésta introducida por Meinzer en 1942), hidrogeología o geohidrología
- 8. La hidrogeología hace parte de la hidrología general considerando ésta como "la ciencia que trata de las aguas terrestres, de sus maneras de aparecer, de su circulación y distribución en el globo, de sus propiedades físicas y químicas y sus interacciones con el medio físico y biológico y sus reacciones a la acción del hombre", Definición ésta adoptada por el Comité Coordinador del decenio hidrológico internacional iniciado en 1965 bajo patrocinio de la UNESCO. Aunque la hidrogeología se refiere exclusivamente al estudio del agua subterránea, un hidrogeólogo debe comprender todos los aspectos del ciclo hidrológico, ya que las aguas subterráneas no representan más que una parte del ciclo hidrológico total del agua. (ejemplo: Cuenca del Rio la Villa recibe aguas sub. De otras cuencas….calidad contaminacion etc…)
- 9. Definicion de La hidrogeología • Se define La hidrología subterránea como «Aquella parte de la hidrología que estudia el almacenamiento, la circulación y la distribución de las aguas terrestres en la zona saturada de las formaciones geológicas, teniendo en cuenta sus propiedades físicas y químicas, sus interacciones con el medio físico y biológico y sus reacciones a la acción del hombre».
- 10. Aunque teorías oscuras y míticas prevalecieron por miles de años, acerca del origen de fuentes y manantiales de aguas subterráneas, su utilización es conocida desde tiempos antiquísimos. En efecto, muchos siglos antes de nuestra era los pueblos del Oriente Medio construían obras de captación de dichas aguas y el uso de los pozos excavados desde la superficie estaba bastante generalizado. Arquitecto romano Marco Vitrubio expuso la primera teorización correcta e importante, determinando que el agua subterránea se originaba principalmente de la infiltración de las lluvias y de la nieve que se funde a través de la superficie y que dichas aguas aparecían luego nuevamente en las zonas bajas. Después de la segunda guerra mundial la hidráulica de las aguas subterráneas tuvo avances significativos, debido principalmente al problema de evacuación de desechos radioactivos de plantas nucleares, ya que se empezaron a estudiar los efectos que tendría enterrar éstos en las formaciones geológicas y en las aguas que almacenaban, lo que obligó a los investigadores a profundizar en el conocimiento de su hidráulica.
- 11. ¿QUÉ ES ELAGUA SUBTERRÁNEA? En la imagen se observan las áreas de recarga, así como las líneas de flujo y tiempo de desplazamiento del agua en un acuífero desde que alcanza la zona saturada hasta su salida a la superficie según diferentes trayectorias. El agua subterránea es la que se encuentra por debajo del terreno, situada bajo el nivel freático, ocupando completamente los poros y fisuras de dicho terreno.
- 12. Nivel Freático: conforma el límite superior de la zona saturada en un acuífero libre. Capa freática o capa libre: limitada solo en su base por una capa relativamente impermeable. Su limite superior está libre actuando la presión atmosférica. Es el lugar geométrico de los puntos de un acuífero libre que se encuentran a la presión atmosférica. Su altura en un acuífero libre viene determinada por la cota que alcanza el agua en un pozo en reposo. NAPA: nivel de aguas a presión atmosférica.
- 13. ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS Casi toda el agua subterránea existente en la tierra tiene origen en el ciclo hidrológico, que es el sistema por el cual el agua circula desde océanos y mares hacia la atmósfera y de allí hacia los continentes, donde retorna superfi cial o subterráneamente a los mares y océanos. Los factores que infl uyen en los procesos del ciclo hidrológico son fundamentalmente los factores climáticos, como la temperatura del aire, intensidad de los vientos, la humedad relativa del aire y la insolación y el tipo y densidad de la cobertura vegetal Agua Subterranea es la que rellena espacios vacíos en rocas, sedimentos o suelo que se encuentra debajo de la superficie. Constituye el 22% del agua dulce del planeta Se define Agua subterránea se entiende el agua que ocupa todos los vacíos dentro del estrato geológico, comprende toda agua que se encuentra por debajo del nivel freático. Proviene de infiltración: escorrentía, lagos, pantanos, pozos y sistemas de tratamiento de aguas
- 14. OTROS ORÍGENES DELAGUA SUBTERRÁNEA Además del ciclo del agua, las aguas subterráneas pueden tener otros orígenes diferentes. Las aguas subterráneas originadas en el ciclo del agua se denominan aguas vadosas o meteóricas, las otras se denominan de acuerdo a su origen: "Precipitaciones ocultas" son aguas que provienen de la condensación del vapor de agua atmosférico en los poros del suelo. Aguas juveniles que son aquellas de origen profundo, como es el caso de un magma granítico que al enfriarse expulsa un pequeño volumen de agua. Estas aguas provienen del interior de la tierra y nunca han estado en contacto con la superficie. Aguas fósiles que son aguas vadosas atrapadas en el terreno y que permanecen en él durante miles de años. Es el caso de las aguas en el Sahara que se estima entraron al acuífero hace 300.000 ó 400.000 años. (eje. Lago Vostok) Aguas geotermales que son aguas vadosas que siguen un camino complicado, calentándose en las zonas profundas y volviendo a subir a la superficie. Aguas marinas que son las aguas del mar que han invadido recientemente los sedimentos costeros
- 15. ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS La zona de aireación Las cavidades del terreno contienen agua Menor cantidad de su capacidad potencial En un paso intermedio, las películas de agua cubren las partículas solidas pero el aire esta todavía presente en las zonas porosas del suelo. Esta zona es llamada zona insaturada o de aireación, y el agua presente es agua gravitacional Zona de saturacion Zona en la cual el agua se encuentra en cantidad muy cercana a la capacidad potencial del terreno y donde las fuerzas predominantes son de gravedad
- 16. Infiltración: “Cantidad de agua precipitada que atraviesa la superficie del terreno y pasa a ocupar, total o parcialmente, los poros, fisuras y oquedades del suelo.” Percolación: “ Movimiento del aguas u otro liquido a traves de los intersticios del terreno. Se suele aplicar al flujo vertical a través del medio no saturado.” Zona no Saturada:“Terreno comprendido entre la superficies del suelo y la zona saturada. En ella los poros estan ocupados por aire y agua.” Zona Saturada: Franja del terreno situada por debajo de cierta profundidad donde el agua ocupa totalidad de los poros. Recarga parte del agua infiltrada que alcanza la zona saturada.
- 18. Aguas subterraneas Estratificación de una roca • Algunos materiales típicos que conforman los acuíferos tienen las siguientes propiedades, como valores promedio:
- 19. Distribución vertical del agua subterránea • En un pefil de subsuelo, normalmente se presentan dos zonas con caracteres hidráulicos diferentes, integradas por varias franjas o fajas. La zona más somera se denomina de aireación o zona no saturada y La más profunda de saturación o zona saturada Los acuíferos se clasifican, en función de su estructura y el tipo de porosidad derivada de los materiales que conforman el acuífero
- 20. Las aguas subterráneas gozan por lo general, de una constancia de temperatura que las aguas de circulación superficial no pueden poseer. Fenómeno no exclusivo de las aguas termales. las aguas de origen más profundo no son precisamente las que poseen mayor Radiactividad. Es variada según los intercambios químicos y aportes de agua exterior, e informa sobre su riqueza en electrolitos disueltos. Temperatura Radiactividad Conductividad eléctrica PROPIEDADES DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS Turbidez y transparencia Estas propiedades de las aguas de circulación varían en muchas ocasiones con su caudal. Composición Las sales alcalinas son muy frecuentes, el cloruro de sodio se encuentra casi siempre y en cantidad generalmente aceptable para la alimentación humana.
- 21. El agua subterránea puede alojarse en el suelo y subsuelo Poros Porosidad primaria Espacio poroso de las rocas sedimentarias, donde la circulación del agua depende de la permeabilidad. Porosidad secundaria Fracturas en rocas ígneas y metamórficas (Cristalinas y densas) Disolución Mayormente calizas, tobas margas, yeso, etc.
- 23. Pozos en acuífero libre y confinado
- 24. AGUAS FREÁTICAS Y CONFINADAS Definiciones generales Acuífero: Formación geológica (conjunto de rocas con ciertas características) que permite la circulación del agua y que permite transmitirla para la extracción y uso por parte del hombre. Acuicludio: Formación geológica que conteniendo agua en su interior, no puede transmitirla ni permite su explotación. E.g. arcillas. Acuitardo: Formación geológica que conteniendo agua la transmiten muy lentamente por lo que tampoco son aptas para la captación, pero sin embargo pueden permitir una recarga vertical a otros acuíferos. E.g. arcillas limosas o arenosas. Acuífugo: Formación geológica que no contienen agua ni las pueden transmitir. Ej. Macizo granítico sano
- 25. Aguas freáticas ≠ Acuíferos profundos Las aguas subterráneas no son ríos subterráneos!!! Aguas freáticas en materiales porosos Limites • Superior: franja capilar que separa la zona de aireación de la zona de saturación. • Inferior: alguna capa impermeable del subsuelo, e.g. arcillas compactadas con poros subcapilares que pueden ceder agua solo por evaporación. Acuicludo. • Zona de aireación: zona de meteorización, solución y descomposición de las rocas. • Zona de saturación: predomina la precipitación de sales, compactación y cementación.
- 26. Aguas freáticas en materiales porosos Fuerzas actuantes Mayormente la presión atmosférica, también fuerzas capilares, coloidales y moleculares que se manifiestan como percolación vertical o lateral. –Movimiento de las aguas –Mayormente laminar ≠ ríos.
- 27. Aguas Freaticas Aguas freáticas en materiales porosos Pendiente del nivel freático o relieve del NF Depende de las características hidráulicas del acuífero (Mayormente de la transmisibidad). Determina la velocidad del flujo, que a su vez depende de la permeabilidad. Es una replica atenuada de la superficie topográfica Nivel freático > Llanura somero. > Montañas profundo
- 28. Posición de la freática “Es una replica de la superficie topográfica”. Depende de: Profundidad de la capa impermeable más alta, que determina el espesor del receptáculo freático. Inclinación de la capa porosa. Variaciones de sección a caudal constante el caso de “ojos de agua” cuando se estrecha un valle seco y aflora la freática, aumenta la velocidad Bernoulli. Variaciones de caudal para sección constante cuando hay gran aporte de los ríos y aumenta la freática. Cambios de permeabilidad (ley de Darcy) Descarga de la capa freática • Zonas llanas NF cerca de la superficie Aflora por intersección con la superficie topográfica bañados, esteros y lagos. Evaporación y transpiración. Zonas montanas NF profundo Alimentan los ríos de montaña
- 29. Acuiferos • Se denomina acuífero a la formación geológica capaz de almacenar agua y suministrarla, gracias a su permeabilidad, la que es debida a su porosidad, figuración o disolución.
- 30. ESTRUCTURA DE LOS ACUÍFEROS Zona no saturada o zona vadosa Acuífero no confinado Acuífero confinado Área de evapotranspiración o zona edáficas
- 31. ¿QUÉ ES UN ACUÍFERO? Acuíferos libres, no confinados, ó freáticos, son aquellos en los que el límite superior de la masa de agua forma una superficie real que está en contacto con el aire de la zona no saturada y, por lo tanto, a presión atmosférica. Acuíferos confinados, cautivos o a presión son aquellos que en su límite superior o techo, el agua está a una presión superior a la atmosférica. Se comportan así los materiales permeables que están cubiertos por una capa confinante mucho menos permeable, por ejemplo, una capa arenosa bajo otra arcillosa.
- 32. Aguas Confinadas Origen de la presión hidráulica El solo hecho de que el punto de recarga se encuentre a una cota más elevada que un punto de descarga de un pozo, ya explica que pueda ser surgente. A medida que aumenta la diferencia de altura entre el punto de recarga y el punto de captación, mayores serán las presiones a las que el agua estará sometida. En síntesis se da por la diferencia de alturas entre la zona de recarga y la ubicación de un pozo. Entre las aguas confinadas a presión se debe diferenciar las que son ascendentes pero que no alcanzan las superficie (semisurgentes) de las que si alcanzan la superficie (surgentes o artesianas). El agua trata de alcanzar el nivel de altura por el cual entró a alimentar el acuífero. Pero se debe considerar que hay perdidas de presión por fricción y desconfinamientos; por lo que disminuye la presión de surgencia.
- 33. Los acuíferos se pueden clasificar: A).En función del tipo de materiales que constituyen el acuífero: 1.- Depósitos no consolidados de materiales sueltos. 2.- Rocas sedimentarias consolidadas. 3.- Rocas ígneas y metamórficas. B. En función de la presión hidrostática del agua contenida en ellos: 1.- Acuíferos libres, no confinados o freáticos. 2.- Acuíferos confinados, cautivos o a presión. 3.- Acuíferos semiconfinados o semicautivos
- 34. A. Clasificación de los acuíferos según materiales Acuíferos en formaciones plutónicas y metamórficas, Acuíferos en formaciones sedimentarias consolidadas, Acuíferos en formaciones sedimentarias disgregadas y Acuíferos en formaciones volcánicas.
- 35. Acuíferos en formaciones plutónicas y metamórficas • Son rocas permeables solo por fisuración, y aun así en conjunto se deben considerar como poco permeables. • Las aguas suelen ser de buena calidad; pero presentan el peligro de contaminación a causa de su superficialidad, hecho que debe ser tenido en cuenta en áreas urbanas con captaciones individuales o diseminadas y alcantarillado deficiente o nulo. • Los caudales suelen ser de 1 a 4 l / seg. Por captación, con fuertes variaciones estaciónales. Las rocas típicas son: granitos, niesses, pizarras, cuarcitas
- 36. Acuíferos en rocas detríticas • Son permeables por porosidad y las rocas características son las areniscas y los conglomerados. • En general dan lugar a acuíferos confinados con caudales variables. • La calidad de las aguas será función del tipo del clastro y del cemento del conglomerado. • La captación debe hacerse mediante sondeo, siendo muy recomendable no utilizar en la perforación lodos, arcilla ni bentonita, sino agua o aire
- 37. . • Acuíferos en rocas carbonatadas Son permeables por porosidad o fisuración y disolución. Por su distribución geográfica y temporal, así como por sus altos rendimientos hidrogeológicos, son los acuíferos mas importantes. Los caudales extraíbles de cada captación suelen ser importantes, no siendo extraño alcanzar los 100 l / seg.; pero resultando excepcionales los de 400 – 500 l / seg. • Acuíferos en rocas sulfatadas Los acuíferos en yesos son de un interés mucho menor que los anteriormente. Pueden proporcionar en casos caudales importantes. Su aprovechamiento se minimiza por su salobridad, debido al alto porcentaje del Ion sulfato, debe ser considerada como formación impermeable o acuífero no explotable
- 38. A: Clasificación de los acuíferos Segun presion Hidrostatica La figura representa los distintos tipos de acuíferos según la presión hidrostática del agua contenida en ellos. Acuíferos libres, no confinados o freáticos: Son aquellos en los que el límite superior de la masa de agua forma una superficie real que está en contacto con el aire de la zona no saturada y, por lo tanto, a presión atmosférica.
- 39. Acuíferos confinados, cautivos o a presión son aquellos que en su límite superior o techo, el agua está a una presión superior a la atmosférica. Se comportan así los materiales permeables que están cubiertos por una capa confinante mucho menos permeable (por ejemplo, una capa arenosa bajo otra arcillosa). Acuíferos semiconfinados o semicautivos; pueden considerarse como un caso particular de los acuíferos cautivos, en los que el muro (límite inferior), el techo o ambos, no son totalmente impermeables sino que permiten la circulación vertical del agua. Este paso vertical de agua puede hacerse desde o hacia el semipermeable, e incluso variar con el tiempo, según sean los valores relativos de los niveles piezométricos.
- 40. Acuifero confinado • Agua atrapada por estratos impermeables (aquicludes) • Agua bajo presion • Secuencia de rocas inclinadas: recarga • No existe nivel freatico, pero si nivel potenciometrico • Potenciometrico (artesian- pressure surface) – Nivel por encima de superficie de tierra, el agua sale por si misma al bombearla. Lugar donde se acumula la presion de las estratas impermeables
- 41. Cuando las formaciones geológicas transmiten el agua muy lentamente y es muy difícil extraerla mediante captaciones en cantidades importantes, reciben el nombre de Acuitardo. Para definir aquellas formaciones geológicas que conteniendo agua en su interior no la transmiten y, por tanto, no permiten extraerla, se utiliza el término de Acuicluído; y Acuífugo cuando no contienen agua.
- 42. Rocas sedimentarias consolidadas. Las más importantes son las calizas y las dolomías. Las areniscas y calcarenitas suelen constituir también importantes acuíferos. Rocas ígneas y metamórficas. Las posibilidades de formar acuíferos en estas rocas quedan reducidas a las zonas alteradas superficialmente o fracturadas por fallas o diaclasas. Pueden tener importancia para el abastecimiento a pequeños núcleos de población y al ámbito rural. Las rocas volcánicas pueden constituir o no importantes acuíferos, su comportamiento está entre las rocas consolidadas porosas y las fracturadas.
- 43. a. Acuíferos de porosidad primaria o poroso Constituidos por formaciones geológicas sedimentarias. Los materiales suelen ser gravas y principalmente arenas, que varían su composición y tamaño en función de su origen geológico (fluvial, eólico, lacustre, glacial, etc). Estos materiales pueden estar sueltos o no consolidados (generalmente son formaciones recientes, de edad cuaternaria) o consolidados b. Acuíferos de porosidad secundaria o fisurado: Formados por rocas “duras” de origen ígneo o metamórfico. La porosidad en estos acuíferos viene dada por la presencia de zonas de alteración, fracturas, fallas o diaclasas, única forma que tiene el agua de almacenarse y de circular. Hay que tener en cuenta que para que el agua pueda circular, estas fracturas tienen que estar abiertas y comunicadas c. Acuíferos kársticos por disolución: Compuestos por rocas de origen carbonático (calizas, margas, dolomías), donde la porosidad (huecos y cavernas) se desarrollan en forma secundaria por disolución del carbonato. El agua en estos acuíferos circula por entre los huecos con una velocidad mayor que en los acuíferos porosos o fracturados
- 44. Movimiento del Agua Subterránea en un Acuífero Confinados
- 45. Porosidad Permeabilidad Filtración Alude a la cantidad de espacios vacíos dentro de la masa rocosa; la arcilla y la arena son porosas, igualmente una arenisca mal cementada o una roca fracturada o con planos de disolución, porque hay volumen de espacios vacíos en el seno de la roca. FACTORES DEL MOVIMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS La permeabilidad alude a la capacidad que tiene un material de permitir que se establezca el flujo de aguas subterráneas cualquier fluido a través suyo. Ello dependerá de la porosidad y de la conexión entre las aberturas e intersticios, y del tamaño y forma de tales conductos. La filtración varía mucho, según la naturaleza del suelo, la vegetación y la estación. Un suelo arenoso y desnudo puede absorber del 30 al 60 % del agua lluvia caída. El mismo terreno arenoso recubierto de vegetación, sólo deja filtrar un 10 %, exclusivamente durante el otoño y el invierno.
- 46. Nivel freático colgado Manantiales Localidades donde el nivel freático colgado intersecta a la tierra Intrusión Salina
- 47. • Si el nivel del agua superficial está por encima del nivel freático, Si se produce un aporte a las aguas subterráneas, (B) Si esta por debajo se produce un aporte a las aguas superficiales. (A) Relación ríos-capas freáticas
- 48. • Esquema de sondeo
- 49. Prestar mas
- 50. Quiz 1. De donde proviene Agua Subterránea 2. Cual es la diferencia entre :Acuifero, Acutardo, Acucludo, Acufugo 3. Según la Relación Rios -Capa Freatica: a. Si el nivel de agua es por encima de Nivel freático se produce aporte _____________ b. Si el nivel de agua es por debajo de Nivel freático se produce aporte__________________ 4. Fuerzas actuantes en movimiento de agua subterránea son____________________ 5. La Ubicación del Nivel Freático depende de características ________
- 51. No espera que otro haga el trabajo por Ud.