04 Acuiferos

Rolando Apaza Campos

HIDROGEÓLOGO

Estudio de la

Zona Saturada

Y

Acuíferos


HIDROGEÓLOGO

EFECTOS DEL AGUA DE LA ZONA SATURADA EN

EL COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO DE LOS

SUELO

El comportamiento del suelo entre sólido a fluido viscoso, varía

según contenido de humedad en los poros (Límite de Atterberg)

Cambio de tensiones efectivas: Ubicación de la superficie freática ,

consolidación.

Empujes de agua sobre estructuras

Congelamiento en suelos

Fuerzas de infiltración sobre estructuras de suelo

PRESENCIA DE AGUA EN EL ESPACIO POROSO


HIDROGEÓLOGO

.- Agua en la zona saturada

.- Porosidad y tipos de porosidad

.- Acuífero poroso y fracturado

Ejem: Acuífero Maure

T E M A S


HIDROGEÓLOGO

POROSIDAD

Medio de circulación de las aguas subterráneas, que determina

tipos de flujos: continuos, discontinuo, disperso

Porosidad granular.- es función de la forma de

las partículas, grado de compactación y

cementación, distribución del tamaño de las

partículas

Porosidad de fracturas depende : grado

de fracturamiento, abertura, extensión,

relleno


HIDROGEÓLOGO

100Vt

VsVtη

100

Vt

Vv

CÁLCULO DE POROSIDAD


HIDROGEÓLOGO

Cálculo de Índice de vacíos (e)

eVv

V Vv

Vv

Vs

e

e

1

1e


HIDROGEÓLOGO

Tipos de porosidad en

Formaciones Geológicas


HIDROGEÓLOGO

RELACIÓN: AGUA, SÓLIDOS, AIRE EN MUESTRAS DE SUELO


HIDROGEÓLOGO

VARIACIÓN DE LA POROSIDAD

EN MEDIOS POROSOS Y FRACTURADOS


HIDROGEÓLOGO

PARÁMETROS DEFINEN LA CAPACIDAD

POTENCIAL DEL MEDIO PARA LA CIRCULACIÓN

DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

POROSIDAD

Conductividad hidráulica “k”

Transmisividad “T”

Almacenamiento “S”


HIDROGEÓLOGO

HOMOGENEIDAD / HETEROGENIDAD DE PARÁMETROS DE

POROSIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA

HOMOGÉNEO

ISOTROPICO

HOMOGÉNEOANISOTROPO

1 Kx

HETEROGÉNEO

ISOTROPICO

HETEROGÉNEO

ANISOTROPO

K1>k2

1 K

1 Kx

2 Ky

Kx ≠Ky varía en

todas direcciones

3 Kx

1 Ky 3 Ky

Ky

Kx

Kx = Ky

Kx < Ky

Kx = Ky varía

en el espacio


HIDROGEÓLOGO

POROSIDAD DE MATERIALES GRANULARES

Y FRACTURADOS

El grado se selección de granos

determina régimen de flujo,

velocidad de transito de aguas

subterráneas


HIDROGEÓLOGO

POROSIDAD EFECTIVA (Sy)

RETENCIÓN ESPECÍFICA (Sr)

Porosidad total (ή) = Sy + Sr

POROSIDAD TOTAL


HIDROGEÓLOGO

Retención específica (Re).Es la cantidad de agua retenida por unidad

de volumen de material. Equivale a la

Capacidad de campo

Porosidad Efectiva (Sy).

Cantidad de agua drenada por unidad

de volumen de material,

por efecto de gravedad


HIDROGEÓLOGO

Porosidad Eficaz = Porosidad efectiva (e)

= Caudal específico o Specific Yield (Sy ).

Volumen de agua drenado

(gravedad) por unidad de volumen

de material roca o sedimento (área

x diferencia de carga)

adecdiferenciaxArea

dporgravedadrenadaAguaVolSe y

arg....

...

realV

KIe

.. eA

QrealV

...

si


HIDROGEÓLOGO

Porosidad

Total

Porosidad

Eficaz

Sy

Retención

Específica

Re

Porosidad Total () = Porosidad eficaz (e o Sy) + Retensión específica (Re)

= Sy + Re

RELACION

POROSIDA TOTAL

(), RETENSIÓN

ESPECÍFICA (Re ) Y

POROSIDAD

ESPECIFICA (Sy)


HIDROGEÓLOGO

Valores estimados de la porosidad (%),Sanders (1998)

Tipo de formación Total % Eficaz %

Arcillas

Limos

Arenas finas, arenas limosas

Arena gruesa o bien clasificada

Grava

Shale intacta

Shale fraturada/alterada

Arenisca

Calizas, dolomías NO carstificadas

Calizas, dolomías carstificadas

Rocas ígneas y metamórficas sin fracturar

Rocas ígneas y metamórficas fracturadas

40 a 60

35 a 50

20 a 50

21 a 50

25 a 40

1 a 10

30 a 50

5 a 35

0,1 a 25

5 a 50

0,01 a 1

1 a 10

0 a 5

3 a 19

10 a 28

22 a 35

13 a 26

0,5 a 5

0,5 a 10

0,1 a 5

5 a 40

0,0005

0,00005 a 0,01


HIDROGEÓLOGO

ACUÍFERO Conceptos: Formación geológica de propiedades hidráulicas

que permite el almacenamiento de agua subterránea y facilitar el

transito a través del espacio poroso en condiciones naturales

Baja porosidad, buena

conductividad hidráulica

Alta porosidad, baja

conductividad hidráulica


HIDROGEÓLOGO

CLASIFICACIÓN DE FORMACIONES GEOLÓGICAS

EN FUNCIÓN DE ALMACENAMIENTO Y DRENAJE

Uso en cartografía hidrogeológica


HIDROGEÓLOGO

ACUIFERO LIBRE

CLASES DE ACUIFEROS

El límite superior del acuífero

constituye la Superficie Freática.

Los puntos de la superficie

freática se encuentran a presión

atmosférica P=0

Las áreas de recarga de acuíferos

confinados, son acuíferos libres.

Clasificación de acuíferos libres:

Drenante (semipermeable) y

no drenante (base

impermeable)

ACUIFERO

FISURADO

ACUIFERO

DETRITICOACUIFERO

KÁRSTICO


HIDROGEÓLOGO

ACUIFERO CONFINADOS(no drenantes )

En función de la carga

hidráulica, el nivel de agua

puede situarse:

Encima de los estratos

confinantes, superficie del

suelo (pozo surgente)

El nivel de agua en el pozo

muestra la carga

hidráulica del acuífero

La presión del agua en el techo del acuífero

es superior a la presión atmosférica.

límite superior e inferior esta limitado por

estratos impermeables - Acuicluido


HIDROGEÓLOGO

Carga hidráulica y nivel potenciométrico

de acuíferos confinados


HIDROGEÓLOGO

Acuíferos Regionales


HIDROGEÓLOGO

.

.- Acuífero limitado por formación (es) semipermeable de menor resistencia hidráulica (Conductividad hidráulica k) que facilita el flujo verticalascendente o descendente de aguas subterráneas.

.- La diferencia de carga hidráulica de acuíferos adyacentes () genera flujos verticales de agua a través de las formaciones semiconfinantes.

ESQUEMA DE FLUJO

VERTICAL EN ACUÍFEROS

SEMICONFINADOS

ACUÍFEROS SEMICONFINADOS (Drenante)

.- Si la carga hidráulica del acuífero

1 ( 1) es mayor que la carga

hidráulica del acuífero 2 (2),

entonces el acuífero 1 induce

agua al acuífero 1 de menor

carga hidráulica.


HIDROGEÓLOGO

¿COMO SE DETERMINA EL FLUJO VERTICAL DE LAS

AGUAS SUBTERRÁNEAS?

Se establece un programa de control potenciométrico sistemático .

Los piezómetros deben ser instalados en el acuífero y capas semipermeables

Con medida de niveles potenciométricos se elabora mapas equipotenciales.

En mapas equipotenciales se interpreta dirección de flujo


HIDROGEÓLOGO

Acuíferos colgados


HIDROGEÓLOGO

GEOLOGÍA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

La distribución de acuíferos es controlado por

3 variables

Litología Estratigrafía Estructura

.- Tipo de sedimento o

roca

.- Grado de compactación

Relaciones geométricas

de los acuífero:

Lentes, Formaciones,

etc

Estructuras

neotectónicas


HIDROGEÓLOGO

Acuíferos en Formaciones Geológicas

Por la naturaleza del medio

Medio Inconsolidado Medio consolidado

Depósitos fluvio

aluviales

ACUIFEROS

POROSOS

Rocas

Sedimentarias

ACUIFEROS FRACTURADOS

Rocas

Igneas

Rocas

metamorficas


HIDROGEÓLOGO

ACUIFEROS EN MEDIOS INCONSOLIDADOS (POROSOS)

Acuíferos formado por depósitos: fluviales, aluvionales y coluviales

Compleja distribución de litofacies (materiales sedimentarios)

Distribución heterogénea de propiedades hidráulicas.

El espesor de los sedimentos varían horizontal como verticalmente

ZONA DE INTERÉS HIDROGEOLÓGICA


HIDROGEÓLOGO

Acuíferos formados por depósitos eólicos o

dunas

POROSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES NO CONSOLIDADOS

Material Porosidad (n) % Porosidad eficaz nef %

Arcilla limosa 0,45 – 0,60 0,01 – 0,05

Limo Arcilloso 0,40 – 0,55 0,03 – 0,08

Limo Arenoso 0,30 – 0,40 0,05 – 0,10

Arena bien graduada 0,30 – 0,40 0,10 – 0,15

Arena gravosa 0,28 – 035 0,15 – 0,20

Grava arenosa 0,25 – 0,35 0,20 – 0,25

Sedimento formado por: arenas media a finas y limos de

regiones costeras, presentan textura uniforme, granos

redondeados homogéneos.

K= 10 – 4 x 10 –6 m/s., Porosidad varia entre 30 a 40 %


HIDROGEÓLOGO

VENTAJAS DE EXPLORACIÓN DE ACUÍFEROS

INCONSOLIDADOS

.- Son medios de fácil acceso para captar aguas subterráneas.

.- Se presentan en zonas de alta acción geodinámica: valles,

deltas, áreas fluvio-lacustres , paleocauces, ríos, riachuelos

- La superficie freática de acuíferos libres son de poca

profundidad


HIDROGEÓLOGO

Acuíferos formados en zonas de intensa

actividad geodinámica: conos aluvialesAcuiferos formados en zonas de meandros

abandonados y paleocanales


HIDROGEÓLOGO

Indicadores de

profundidad

de superficie

freática


HIDROGEÓLOGO

Vulnerabilidad

de acuíferos

porosos, poco

profundos

.- Contaminación por

pozos sépticos

.- Contaminación por

grifos de hidrocarburos


HIDROGEÓLOGO

Interferencias de bombeo de pozos explotación

Evolución de radio de influencia de pozos de explotación

R

Acuífero libre


HIDROGEÓLOGO

HIDROGEOLOGIA DE

CUIFEROS

FRACTURADOS


HIDROGEÓLOGO

BASE DE ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS

DE MEDIOS FRACTURADOS

Mapeo estructural al detalle de estructuras

neotectónicas

1. Red de fracturas /discontinuidades

2. Relleno de fracturas (si existe)

3. Enlace con estructuras regionales

4. Evaluación de zona meteorizada (espesor)


HIDROGEÓLOGO

PorosidadLas discontinuidades constituyen las principales estructuras de

almacenamiento y movimiento de fluidos (porosidad secundaria)Algunas discontinuidades como: fallas y diques, suelen actuar

como barreras o fronteras de flujo . La distribución de estas discontinuidades no es uniforme.

Conductividad Hidráulica K La conductividad hidráulica (k) está determinada por el tamaño

de abertura de las discontinuidades , distribución y grado de uniformidad.

CARACTERÍSTICAS DE ACUIFEROS

FRACTURADOS

Planos de

estratificación

Foliación y clivaje

Fracturas (y diaclasas)

Fallas

Zonas de menor resistencia hidráulica


HIDROGEÓLOGO

CARACTERISTICAS DE LOS ACUIFEROS

FRACTURADOS

La Conductividad hidráulica (k) y cantidad de flujo varía de manera espacial.

Ptan. propiedades hidráulicas heterogéneas por volumen de roca, tipo de formación y

espesor de la formación

Las velocidades de flujo a través de las fracturas individuales pueden ser

extremadamente altas, sin embargo las fracturas usualmente ocupan solo una pequeña

parte del macizo rocoso

El promedio del flujo volumétrico es variable.


HIDROGEÓLOGO

Zonas de menor Resistencia Hidráulica

Planos de estratificación

Singhal & Gupta,1999

FOLIACION

Larsson, 1985


HIDROGEÓLOGO

FRACTURAS

Y

DIACLASAS

Singhal & Gupta,1999


HIDROGEÓLOGO

Forman acuíferos en función de la porosidad primaría o porosidad secundaria.

Son de importancia hidrogeológica las rocas que presentan de regular a buena K

Rocas de grano fino como las Lutitas y limolitas, presentan baja K

CARACTERÍSTICAS DE ACUIFEROS

Control estructural de flujos

Control

estructural


HIDROGEÓLOGO

CARACTERÍSTICAS DE ACUÍFEROS EN ARENISCAS

Forman acuíferos regionales y almacenan grandes volúmenes de agua

Estudios sedimentológicos permiten evaluar la distribución de K

Las areniscas pueden presentar baja (K) debido a la compactación y cementación (Ca, Qz y min. de arcillosos)

La porosidad en algunos casos es inferior a 1% y K = 1-10 m/s

La porosidad decrece sistemáticamente 1,3% cada 300 m de Prof.

En estratificaciones delgadas o multicapas, la K varía en dirección Horiz. Y Vert.

La K puede presentar diferencias del orden de 10 a 100 veces

El 82 % de muestras de areniscas presentan una relación entre kh /kv = 1,5

el 12 % kh /kv = 3


HIDROGEÓLOGO

ACUÍFEROS FORMADOS EN ROCAS

CALCAREAS

Acuíferos en rocas carbonatadas: Calizas, dolomitas y margas

La porosidad está relacionada con nivel de fracturamiento y formación de grietas varían entre 20 a 50 %

K primaria en calizas y dolomitas es < 10 -7 m/s (baja capacid)

La disolución de minerales de calcita y dolomita por circulación de aguas, mejora K

La capacidad de producción de pozos en las Fms calcareas (Q l/s), es variable.


HIDROGEÓLOGO


HIDROGEÓLOGO

H2O + CO2 = H2 CO3

El ácido carbónico afecta a rocas

carbonatadas como calizas que están en

contacto con el agua.

Magnitud de reacción con el ácido depende

de :

La cantidad de carbonatos en la roca.

Concentración de ácido carbónico

Movimiento y velocidad del agua.

Temperatura del agua

Formación de

estructuras en

calizas


HIDROGEÓLOGO


HIDROGEÓLOGO

AGUAS SUBTERRÁNEAS EN ROCAS VOLCÁNICAS E IGNEAS

Propiedades hidráulicas

Tipo de

roca

Tipo de vacíos y

Porosidad %

Conductividad

Hidráulica K m/dia

Caudal máximo

L/ seg

Andesita,

Riolitas,

Basaltos

Porosidad primaria:

intergranular

Roca compacta = 1%

Pobre

menor a 10-2

Porosidad secundaria:

Grietas de enfriamiento

Fractura o diaclasa

Orificios de enfriamiento.

Contacto estratigráfico.

Varía en función de

grado de fracturamiento

y estructuras presentes.

Generalmente

presentan K variable

10–2 <k<10

Varia en función

estructuras y zonas

de recarga

Casos excepcionales

28 – 60

Tobas,

Brechas,

Piedra

pómez

Porosidad primaria,

Similar a formaciones

sedimentarias = 85 %

Regular a buena

1<K<10

10 – 40

Porosidad secundaria

Fracturas, fallas

Alta

10<k<100

30 – 70


HIDROGEÓLOGO

AGUAS SUBTERRÁNEAS EN ROCAS VOLCÁNICAS E IGNEAS

Propiedades hidráulicas.

Son rocas impermeables, por que su porosidad es casi nula.

En cuarcitas, micaesquistos, granitos, etc presentan K = 10-6 a 10-8 m/dia.

La porosidad secundaria (fracturamiento) mejoran Prop. Hidráulicas.

La K decrece con la profundidad al igual que el rendimiento de los pozos.

Para Seleccionar áreas favorables para ubicación de pozos, es importante

realizar trabajos mapeo estructural detallado

Tipo de roca Tipo de vacíos y

Porosidad %

Conductividad

Hidráulica K m/dia

Caudal máximo

L/ seg

Granitos

granodioritas

Cuarcitas

Pizarras

Gneis

Porosidad primaria

intergranular

Roca compacta = 1%

Pobre

menor a 10-4

Porosidad secundaria

Fracturas

Fallas

Varia en función de grado

de fracturamiento

1 a 10-3

Variable

0,8

casos excepcionales

25


HIDROGEÓLOGO


HIDROGEÓLOGO

BIBLIOGRAFÍA

FEITOZA & FILHO (1997) Hidrogeología Conceptos y

Aplicaciones Brasil. Edit. CPRM 389 P.

FREEZE, R Y CHERRY, J (1979). GROUNDWATER.

USA - New Jersey. Edit. Pretence Hall 604 Pg

FETTER, C (1994). APLIEED HYDROGEOLOGY. Edición

III. USA. Edit. Pretence may. 691 Pg


HIDROGEÓLOGO

IMAGEN SATELITE EN EXPLORACIONES

HIDROGEOLÓGICAS

ACUIFEROS VULCANO SEDIMENTARIOS EN EL

ALTIPLANO PERUANO BOLIVIANO


HIDROGEÓLOGO

IMAGEN SATELITE LANDSAT BANDAS 742 CUENCA DE RIO AMURE: SUBCUENCA DE RIUCHUSUMA Y RIO KAÑO

69 20'O

69 50O ’

17 40O ’

17 30O ’

PERU

CHILE

PERU

CHILE

BO

LIVIA

BOLIVIA

PA-7

PA-3

PA-5

PA-4

PA-1

PA-10

PA-9

PA-6

PA-12 PA-8

PA-13

P-7

P-3

P-2

P-4 P-5

P-9

P-10

Pch-ALT

P-12

P-13PA-10

P-1

C. Condorpico

Cor

dille

ra d

el B

arr

oso

N.Paucarani

Río

C. La Monja

17 40O ’

17 30O ’

69 50O ’ 6 ’9 20

O

N

Limite de fronteraLimite de subcuencaPozo profundopozo superficial

LEYENDA

P-12

FUENTE: Información elaborado por el autor sobre base de imagen satélite LANDSAT 742 (1995) obtida de Instituto de Recursos de Desarrollo “ IRD” .

Fm SenccaFm PérezFm Oxaya

TQ-vseQ Fluvioglacial ou Fm Charaña Fm Chiu Chiu

Q-flgFm Barroso

LEGENDA

TQ-vse

Q-flg

Q-flg

TQ-vse

Charaña

Ayro

Rio Kano O


HIDROGEÓLOGO

RASGOS MORFOTECTONICOS DE INTERÉS HIDROGEOLÓGICA- ÁREA

DE FRONTERA PERU, BOLÍVIA E CHILE

N

0 5 10 Km

Falha reconhecida

Limite de fronteira

Limite da sub- bacia

LEGENDA

69 20'O

69 50O ’

17 40O ’

17 30O '

PERU

CHILE

PER

U

CHILE

BO

LIV

IA

BOLIVIA

C. Condorpico

Cord

illera

del B

arr

oso N.Paucarani

Río Uchusuma

C. La Monja

17 40’O

17 30O '

69 50O ' 69 20

O '

Laguna

Blanca

AYRO

CHARAÑA

F1

F2

F3

F4

F5

F6


HIDROGEÓLOGO

MODELO DE RELIEVE DIGITALDE LA CUENCA DE RIO UCHUSUMA Y KAÑO

Rio Uchusuma

Rio Kaño

RIO MAURE

PERU

BO

LIVIA

CHILE

CHIL

E

BO

LIV

IA P

ER

U

Limite de la subcuencade rio Uchusuma y Kaño

Limite territorial

Rio

LEYENDA:

N

0 5 10 Km

Nev. Cerke

Cor

d. E

L B

AR

RO

SO

CH

AR

AÑ

A

AYRO

Nev. Condorpico

FUENTE: Información elaborado con datos de Aero Interferometro de Radar de la USGS-E.U

Nev. Paucarani

Nev. Huencune

Nev

. Mon

ja

Nev. Queñuta

Pacocahuauchusuma

MODELO DIGITAL DE RELIEVE DE LA CUENCA DE RIO MAURE


HIDROGEÓLOGO

Formación Capillune

Fm Senca - Perú

Fm. Pérez - Bolivia

Fm. Oxaya- Chile

Fm. Maure - Perú

Fm.Mauri Bolivia

Acuífero libre

Acuífero

confinado a

semiconfinado

Depósitos aluviales, fluvioaluviales,

morrenas - Perú

Fm Charaña - Bolivia

Fm. Chiuchiu - Chile

Volc. Huilacollo - Perú

Fm Abaroa - Bolivia

Impermeble

Ignimbritas

impermeables


HIDROGEÓLOGO

0 50 100 150 200 250

300

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

PERMEABILIDADE

Alta.

Ba ixa a meia

Im permeável

R2

R1

PN

Resistividade ohm .m/Pot. Nat. MV

P r o

f u

n d

i d a

d e

m

.

350

Fm.

SENCCA

Fm.

MAURE

Fm.

CHARAÑA

Fm.

CAPILLUNE


HIDROGEÓLOGO

PERFIL GEOLÓGICO - GEOFÍSICO DE LA ZONA DO AYRO Y RIO KAÑO- PERU SE - NW


HIDROGEÓLOGO

35-X/Rio Maure

36-X/Palca

34-Y/Pizacoma

34-v/Huaytire

33-X/Ilave

33-V/Pichacani

33-U/Ichuna33-t/Characato

32-U/Lagunillas

32-t/Callali

31-t/Condoroma

29-q/Antabamba

PERU

CHIL

E

BOLI

VIA

DESAGUADERO

ILAVE

Lagunillas

Palca

Lag. Suches

AREQUIPALag. Salinas

San Bartolome

Antabamba

Lag. Vizcachani

Sta. Lucia

Lago Titicaca

Lag. Lariscota

0 5 0 1 0 0 km .

N

35-X/Rio Maure

36-X/Palca

34-Y/Pizacoma

34-v/Huaytire

33-X/Ilave

33-V/Pichacani

33-U/Ichuna33-t/Characato

32-U/Lagunillas

32-t/Callali

31-t/Condoroma

29-q/Antabamba

PERU

CHIL

E

BOLI

VIA

DESAGUADERO

ILAVE

Lagunillas

Palca

Lag. Suches

AREQUIPALag. Salinas

San Bartolome

Antabamba

Lag. Vizcachani

Sta. Lucia

Lago Titicaca

Lag. Lariscota

0 5 0 1 0 0 km .

N

FIGURA16 - ABRANGÊNCIA DA BACIA SEDIMENTAR DAFORMAÇÃO MAURE NO ALTIPLANO

Fm. Maure

Amplitude da bacia Maure no Peru

Afloramiento desde el

cuadángulo de Antabamba

– Apurimac (Lat 14 ° Sur).

Hasta cuadrángulo de

Palca en Tacna (18° Lat

Sur)

Dpto de la Paz

Extensión ± 600 Km de NW - SEArequipa

Antabamba

BOLIVIA

CHILE

Desag

uadero

Ilave

Lagunillas

Fm. Maure

Amplitud de cuenca

AMPLITUD DE LA FORMACION MAURE EN EL PERÚ


HIDROGEÓLOGO

MODELO CONCEPTUAL DE ACUIFERO MAURE EN LA

CORDILLERA OCCIDENTAL DEL SUR DEL PERU

Fte: Rolando Apaza 2005

04 Acuiferos

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