04 acuiferos

Rolando Apaza Campos HIDROGEÓLOGO

Estudio de la Estudio de la Zona SaturadaZona Saturada

YYAcuíferosAcuíferos


EFECTOS DEL AGUA DE LA ZONA SATURADA EN EFECTOS DEL AGUA DE LA ZONA SATURADA EN EL COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO DE LOS EL COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO DE LOS

SUELOSUELO

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


.- Agua en la zona saturada.- Agua en la zona saturada

.- Porosidad y tipos de porosidad.- Porosidad y tipos de porosidad

.- Acuífero poroso y fracturado.- Acuífero poroso y fracturado

Ejem: Acuífero Maure Ejem: Acuífero Maure

T E M A S


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


100Vt

VsVtη 100VtVv

CÁLCULO DE POROSIDAD


Cálculo de Índice de vacíos (e)Cálculo de Índice de vacíos (e)

eVv

V VvVvVs

ee

1

1

e


Tipos de porosidad en Tipos de porosidad en Formaciones GeológicasFormaciones Geológicas


RELACIÓN: AGUA, SÓLIDOS, AIRE EN MUESTRAS DE SUELO


VARIACIÓN DE LA POROSIDAD EN MEDIOS POROSOS Y FRACTURADOS


PARÁMETROS DEFINEN LA CAPACIDAD POTENCIAL DEL MEDIO PARA LA CIRCULACIÓN

DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

POROSIDAD

Conductividad hidráulica “k”

Transmisividad “T”

Almacenamiento “S”


HOMOGENEIDAD / HETEROGENIDAD DE PARÁMETROS DE HOMOGENEIDAD / HETEROGENIDAD DE PARÁMETROS DE POROSIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICAPOROSIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA

HOMOGÉNEO ISOTROPICO

HOMOGÉNEO ANISOTROPO

1 Kx

HETEROGÉNEO ISOTROPICO

HETEROGÉNEOANISOTROPO

K1>k2

1 K

1 Kx

2 KyKx ≠Ky varía en todas direcciones

3 Kx

1 Ky 3 Ky

Ky

Kx

Kx = Ky

Kx < Ky

Kx = Ky varía en el espacio


POROSIDAD DE MATERIALES GRANULARES

Y FRACTURADOS

El grado se selección de granos determina régimen de flujo, velocidad de transito de aguas subterráneas


POROSIDAD EFECTIVA (Sy) RETENCIÓN ESPECÍFICA (Sr)

Porosidad total (ή) = Sy + Sr

POROSIDAD TOTAL


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


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)

adecdiferenciaxAreadporgravedadrenadaAguaVolSe y arg....

...

realVKI

e..

eAQrealV..

.

si


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)


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

Tipo de formación Total % Eficaz %Arcillas LimosArenas finas, arenas limosasArena gruesa o bien clasificadaGravaShale intactaShale fraturada/alteradaAreniscaCalizas, dolomías NO carstificadasCalizas, dolomías carstificadasRocas ígneas y metamórficas sin fracturar Rocas ígneas y metamórficas fracturadas

40 a 6035 a 5020 a 5021 a 5025 a 401 a 1030 a 505 a 350,1 a 255 a 500,01 a 1 1 a 10

0 a 53 a 1910 a 2822 a 3513 a 260,5 a 5

0,5 a 100,1 a 55 a 400,00050,00005 a 0,01


ACUÍFERO 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


CLASIFICACIÓN DE FORMACIONES GEOLÓGICAS EN FUNCIÓN DE ALMACENAMIENTO Y DRENAJE

Uso en cartografía hidrogeológica


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 DETRITICO

ACUIFERO KÁRSTICO


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


Carga hidráulica y nivel potenciométrico de acuíferos confinados


Acuíferos RegionalesAcuíferos Regionales


.

.- Acuífero limitado por formación (es) semipermeable de menor resistencia hidráulica (Conductividad hidráulica k) que facilita el flujo vertical ascendente 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.


¿COMO SE DETERMINA EL FLUJO VERTICAL DE LAS ¿COMO SE DETERMINA EL FLUJO VERTICAL DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS?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


Acuíferos colgadosAcuíferos colgados


GEOLOGÍA DE AGUAS SUBTERRÁNEASGEOLOGÍA 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


Acuíferos en Formaciones Geológicas

Por la naturaleza del medio

Medio Inconsolidado Medio consolidado

Depósitos fluvio aluviales

ACUIFEROS POROSOS

RocasSedimentarias

ACUIFEROS FRACTURADOS

RocasIgneas

Rocasmetamorficas


ACUIFEROS EN MEDIOS INCONSOLIDADOS ACUIFEROS EN MEDIOS INCONSOLIDADOS (POROSOS)(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


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 – 0,05Limo Arcilloso 0,40 – 0,55 0,03 – 0,08Limo Arenoso 0,30 – 0,40 0,05 – 0,10Arena bien graduada 0,30 – 0,40 0,10 – 0,15Arena gravosa 0,28 – 035 0,15 – 0,20Grava 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 %


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


Acuíferos formados en zonas de intensa actividad geodinámica: conos aluviales

Acuiferos formados en zonas de meandros abandonados y paleocanales


Indicadores de profundidad de superficie

freática


Vulnerabilidad Vulnerabilidad de acuíferos de acuíferos

porosos, poco porosos, poco profundos profundos

.- Contaminación por pozos sépticos

.- Contaminación por grifos de hidrocarburos


Interferencias de bombeo de pozos explotación

Evolución de radio de influencia de pozos de explotación

R

Acuífero libre


HIDROGEOLOGIA DE

CUIFEROS FRACTURADOS


BASE DE ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS BASE DE ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS DE MEDIOS FRACTURADOSDE 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)


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


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.


Zonas de menor Resistencia HidráulicaPlanos de estratificación

Singhal & Gupta,1999

FOLIACION

Larsson, 1985


FRACTURAS Y

DIACLASAS

Singhal & Gupta,1999


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


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 = 10-10 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


ACUÍFEROS FORMADOS EN ROCAS ACUÍFEROS FORMADOS EN ROCAS CALCAREASCALCAREAS

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.



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 carbónicoMovimiento y velocidad del agua.

Temperatura del agua

Formación de estructuras en calizas



AGUAS SUBTERRÁNEAS EN ROCAS VOLCÁNICAS E IGNEAS Propiedades hidráulicas

Tipo de roca

Tipo de vacíos yPorosidad %

Conductividad Hidráulica K m/dia

Caudal máximoL/ seg

Andesita, Riolitas, Basaltos

Porosidad primaria: intergranularRoca compacta = 1%

Pobre menor a 10-2

Porosidad secundaria:Grietas de enfriamientoFractura o diaclasaOrificios de enfriamiento.Contacto estratigráfico.

Varía en función de grado de fracturamiento y estructuras presentes.Generalmente presentan K variable10–2 <k<10

Varia en función estructuras y zonas

de recargaCasos excepcionales

28 – 60

Tobas, Brechas, Piedra pómez

Porosidad primaria,Similar a formaciones sedimentarias = 85 %

Regular a buena1<K<10

10 – 40

Porosidad secundariaFracturas, fallas

Alta10<k<100

30 – 70


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 detalladoTipo de roca Tipo de vacíos y

Porosidad % Conductividad

Hidráulica K m/diaCaudal máximo

L/ segGranitos

granodioritasCuarcitasPizarras Gneis

Porosidad primaria intergranular

Roca compacta = 1%

Pobre menor a 10-4

Porosidad secundariaFracturas

Fallas

Varia en función de grado de fracturamiento

1 a 10-3

Variable 0,8

casos excepcionales 25



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 PgFETTER, C (1994). APLIEED HYDROGEOLOGY. Edición III. USA. Edit. Pretence may. 691 Pg


IMAGEN SATELITE EN EXPLORACIONES HIDROGEOLÓGICAS

ACUIFEROS VULCANO SEDIMENTARIOS EN EL ALTIPLANO PERUANO BOLIVIANO


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


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 '

PERUCHILE

PERU

CHILE

BOLIV

IA

BOLIVIA

C. Condorpico

Cor

dille

ra d

el B

arro

so

N.Paucarani

Río Uchusuma

C. La Monja

17 40’O

17 30O '

69 50O ' 69 20O '

Laguna Blanca

AYRO

CHARAÑA

F1F2

F3

F4

F5

F6


MODELO DIGITAL DE RELIEVE DE LA CUENCA DE RIO MAURE


Fo rm a c ión C a p illune

Fm Senc a - Pe rúFm . Pé rez - Bo livia Fm . O xa ya - C hile

Fm . M a ure - Pe rúFm .M a uri Bo livia

Ac uífe ro lib re

Ac uífe ro c o nfina d o a se m ic onfina d o

Depósitos a luvia les, fluvioa luvia les, m orrena s - PerúFm C ha ra ña - Bo liviaFm . C hiuc hiu - C hile

Vo lc . Huila c o llo - Pe rúFm Ab a ro a - Bo livia

Im p e rm e b le

Ig nim b rita s im p e rm e a b le s


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.Baixa a meia

Impermeável

R2

R1

PN

Resistividade ohm.m/Pot. Nat. MV

350

Fm.SENCCA

Fm.MAURE

Fm.CHARAÑA

Fm.CAPILLUNE


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


35-X/ Rio Maure

36-X/ Palca

34-Y/ Pizacoma

34-v/ Huaytire

33-X/Ilave

33-V/Pichacani

33-U/I chuna33-t/Characato

32-U/Lagunillas

32-t/Callali

31-t/Condoroma

29-q/Antabamba

DESAGUADERO

ILAVE

Lagunillas

Palca

Lag. Suches

AREQUIPALag. Salinas

San Bartolome

Antabamba

Lag. Vizcachani

Sta. Lucia

Lag. Lariscota

0 50 100 km.

N

35-X/ Rio Maure

36-X/ Palca

34-Y/ Pizacoma

34-v/ Huaytire

33-X/Ilave

33-V/Pichacani

33-U/I chuna33-t/Characato

32-U/Lagunillas

32-t/Callali

31-t/Condoroma

29-q/Antabamba

DESAGUADERO

ILAVE

Lagunillas

Palca

Lag. Suches

AREQUIPALag. Salinas

San Bartolome

Antabamba

Lag. Vizcachani

Sta. Lucia

Lag. Lariscota

0 50 100 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 - SE Arequipa

Antabamba

BOLIVIA

CHILE

Desaguadero

Ilave

Lagunillas

Fm. Maure

Amplitud de cuenca

AMPLITUD DE LA FORMACION MAURE EN EL PERÚ


MODELO CONCEPTUAL DE ACUIFERO MAURE EN LA

CORDILLERA OCCIDENTAL DEL SUR DEL PERU

Fte: Rolando Apaza 2005

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