Universidad Central del Este Facultad de Ciencias de las Ingenierías y Recursos Naturales Unidad didáctica 10 HIDROLOGIA DE AGUA SUBTERRANEA - HIDROGEOLOGIA ING. MIGUELINA I.BRUGAL AYRA

INTRODUCCIÓN Hidrogeología (Aguas subterráneas) La hidrogeología, es la ciencia que estudia las aguas subterráneas, trata de su origen y formación, así como de su movimiento y características físicas, químicas y biológicas. Estudiar suelo, circulación del agua y como llega Establecer las condiciones técnicas de las captaciones. 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. Relacionado con las aguas y el suelo donde existen y circulan.

ubicación más favorable. Continuación Prospección. Se refieren a la ubicación de reservorios de agua subterránea con características que a priori resulten apropiadas para una posterior explotación o aprovechamiento del recurso. Los métodos de exploración hidrogeológica, se clasifican en directos e indirectos ubicación más favorable. Cualidades de las aguas subterráneas exigibles según las condiciones de empleo. Su aplicación: a los usos A priori es una locución latina que en español significa “previo a”. Es una expresión que hace referencia a un principio anterior de la experiencia, y se adquiere mediante la deducción

ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS ¿Cuál es el origen del agua Subterránea? Infiltración de agua de lluvias y superficiales, a través de las capas permeables. La infiltración está controlada por: Cantidad e intensidad de las lluvias. Topografía de la región. Porosidad. Permeabilidad de rocas o suelos. Vegetación La infiltración está controlada por: Cantidad e intensidad de las lluvias. Topografía de la región. Porosidad. Permeabilidad de rocas o suelos. Vegetación

9.1 Conceptos fundamentales de la hidrogeología

CONCEPTO GENERAL ACUÍFERO: es una formación geológica, formada por una o más capas de rocas (gravas, arenas, caliza, entre otras), situada en la zona saturada, capaz de almacenar y transmitir al agua libre en cantidades importantes. Se caracteriza, por poseer una permeabilidad significativa y una extensión y espesor considerables. Constituyen almacenes de enormes reservas que pueden ser utilizadas, mediante obras de captación.

Clasificación de las formaciones geológicas según su comportamiento: Las presiones hidrostáticas 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 circule a través de ella. Ej. Granito o esquistos inalterado y no fracturados.

Clasificación de las formaciones geológicas según su comportamiento: Las presiones hidrostáticas 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 circule a través de ella. Ej. Granito o esquistos inalterado y no fracturados.

LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS SE CLASIFICAN EN: 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 freáticos o libres: se habla de espesor saturado, que será igual o mayor que el espesor del estrato o formación geológica correspondiente.

LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS SE CLASIFICAN EN: Aguas de fisura: Son propias de rocas compactas fisuradas, no solubles, como las rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias compactas especialmente silíceas. Aguas cársticas: son fundamentalmente aguas de fisura, pero que circulan por rocas solubles (calizas).

El más frecuente de los acuíferos confinados perfectos, es el Semiconfinado, 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 Semiconfinado, separado por un acuitando

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 u 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 este por encima de la superficie topográfica se producen los sondeos surgentes Artesianos. Valores típicos: Acuíferos libres 0.3 a 0.001 (3.10-1 a 10-2) Acuíferos Semi confinados (10-3 a 10-4) Acuífero Confinado (10-4 a 10-5

CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. La propiedad de los acuíferos de contener agua, está gobernada por varios factores: Porosidad, Permeabilidad, Transmisibilidad Especifica y Coeficiente de Almacenamiento. las rocas no son completamente sólidas (poseen grietas o espacios intergranulares), y al conjunto de estas aberturas o intersticios se le llama porosidad. La porosidad es la propiedad principal que condiciona a una formación geológica como acuífero. Se expresa por la relación entre el volumen de huecos y el volumen total. m = Vv/Vt

CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. 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, dedolomitización 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.

Se pueden diferenciar dos tipos de porosidades: Porosidad: Total y eficaz Porosidad total mt es igual al volumen de huecos dividido volumen total. Se expresa en % o en tanto por 1 a dimensional. Porosidad eficaz, me es igual al volumen de agua Drenado por la gravedad, dividido volumen total. Se Expresa igual que la mt. 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

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 granos Cuanto menos clasificado esté un material, menor va a ser su porosidad. Tamaño de los granos La mezcla de tamaños disminuye la porosidad. Variación de la porosidad debida al grano de homogeneidad del tamaño de los granos.

Relaciones texturas rocas y su porosidad 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

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 %

me si la afecta el tamaño del grano; si es fino, la 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 Tanto la mt y me depende de: La heterometría, las partículas finas ocupan los poros que dejan los gruesos y la porosidad disminuye. Forma y disposición de los granos. La compactación, cementación y re-cristalización que disminuyen la porosidad

La porosidad por fracturación está determinada por la: Historia Tectónica de la zona y la litología En este tipo de porosidad es importante la eventual disolución de la fractura o la colmatación por los minerales arcillosos o precipitaciones de otros minerales.

PERMEABILIDAD O CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (K) La permeabilidad, es facilidad con que un medio deja pasar el agua a través de el. 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 ó cm/seg. (geotecnia) Q / sección = K . Gradiente hidráulico La ecuación, representa la Ley de Darcy

TRANSMISIBILIDAD O TRANSMISIVIDAD (T) Es una medida de la capacidad de un acuífero para conducir agua o transmitir agua, definiéndose como el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo, a través de una franja vertical de acuífero de ancho unitario, extendida en todo el espesor saturado, cuando el gradiente hidráulico es unitario y a una temperatura de 15°C Este término utilizado en Hidrogeología fue propuesto por Theis (1935) para indicar la capacidad de un acuífero de dejar pasar el agua 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 permeables Algo permeable Permeable Muy permeable Calificación del acuífero Sin acuífero Acuífero muy pobre Acuífero pobre Acuífero de regular a bueno Acuífero excelente Tipo de materiales Arcilla compacta (<1/256 mm) pizarra granito Limo arenoso (1/256-1/16 mm) Limo Arcilla limosa Arena fina (1/16-2 mm) Arena limosa Caliza fracturada Arena limpia Grava y arena Arena fina Grava limpia (< 2 mm)

La transmisividad es el producto de la conductividad hidráulica y el espesor saturado del acuífero: T = K x b m2 /d , cm2 /seg. Donde: T —> Transmisividad (L2/T), b —> Espesor saturado del acuífero (L) K —> Conductividad hidráulica (L/T).

Coeficiente de Almacenamiento (S) Es el volumen de agua liberado por una columna de base unidad y de altura todo el espesor del acuífero, cuando el nivel desciende una unidad.. El coeficiente de S es, como: la me a dimensional volumen/volumen), y los valores que representa son mucho mas bajos en los confinados perfectos que en los Semiconfinado.

Los conceptos básicos del inicio. La hidrogeología de cualquier formación geológica esta dividida en dos factores: Su capacidad de almacén, de almacenar agua y ceder la (Porosidad eficaz ), Coeficiente de almacenamiento (S). Su capacidad transmisor, le permitir que el agua circule a través de ella (Permeabilidad, Transmisividad). Los conceptos básicos del inicio. Porosidad Permeabilidad Acuíferos Alta o moderada Alta Acuítardos Alta o moderada Baja Acluícludo Alta Nula Acluífugo Nula a muy baja Nula

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. Mármol coralino Sedimentarias orgánicas rocas calizas

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 posteriores a la formación de la roca, hablándose entonces de una porosidad secundaria. 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.

La República Dominicana cuenta con una reservas de diferentes variedades de mármoles estimada de forma conservadora por los expertos nacionales, en mas de 300 millones de metros cúbicos; que equivaldría a un valor aproximado de US$1 ,500 millones. La rocas calizas es abunadante, en el área del Pomier, en San Cristóbal; donde se encuentran varias concesiones de explotación de Cal Viva, Cal Hidratada, Carbonato de Calcio, Agregados para la Industria de la Construcción, Bloques, Losas de Pisos y Bloques para Rompeolas.  principales depósitos de mármoles del pais estan localizados en la provincia de Samaná donde se realizan extracciones de Portorro y se ha comprobado además la existencia de Brecha Dorada, Roja y Mármol Gris. reservas de Mármol Travertino en la zona de Canoa, Vicente Noble. De donde se extrajo en forma de bloques por parte de la empresa estatal Grupo CORDE. actualmente existe una empresa local privada Explomarca S.A., la cual extrae Travertíno en la Trinchera, provincia San Juan. Marmol y caliza coralima http://www.dgm.gov.do/fiscalizacion/images/potencial1.jpg

ROCA CARSTICAS COMO ACUÍFERO. 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 Ojo Guareña es un complejo kárstico situado en España, formado por más de 100 km de galerías,1 declarado Monumento Natural por el gobierno de Castilla y León en el año 1996. cuevas se formaron en materiales carbonáticos del Coniaciense y se sitúan sobre un nivel de margas impermeables. división de la escala temporal geológica, es la tercera edad o piso del Cretácico superior, segunda época del período Cretácico. Esta edad se extiende de 89,3 hasta 85,8 millones de años atrás, aproximadamente. http://2.bp.blogspot.com/_cmMSMBEtlFw/TQ5ZXsfLwVI/AAAAAAAAJZw/Md1gADv3zog/s1600/OG-1.jpg

ROCAS SEDIMENTARIAS CALIZAS ORGÁNICAS: formadas por depósitos fundamentalmente de origen orgánico, es decir los restos de lo organismos vivos. Rocas típicamente orgánicas son la creta, el carbón, el coral y la turba. Calizas coralinas (Calizas bohémicas) Contienen restos de esqueletos de corales, briozoos, bivalvos, moluscos, etc. Calizas algales Estromatolitos (algas azules) Lumaquetas (Coquinas) Acumulación de restos de conchas cementadas

ROCAS SEDIMENTARIAS CALIZAS ORGÁNICAS Cretas (Calizas pelágicas) Acumulación de esqueletos de foraminíferos y flagelados.  Tobas calcáreas.   Precipitados de carbonatos sobre tallos de plantas   roca caliza muy porosa, una variedad de limo, formada por la precipitación de carbonatos a partir de cuerpos de agua dulce a temperatura ambiente

Visitar los siguientes enlaces: Instituto Geológico y Minero de España. Disponible en: http://www.igme.es/museo/ Servicio Geológico Nacional .Disponible en: http://www.sgn.gob.do/ Wegener Tesla. Rocas sedimentarias. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=4rILJ2i6UM0 Publicado el 2 de nov. de 2012.Duración 16 minutos

ROCAS SEDIMENTARIAS CARBONES ORGÁNICAS LIGNITOS HULLA ANTRACITA Las rocas orgánicas son aquellas que se han formado por la acción de los seres vivos. Son los carbones y petróleos

Roca Sedimentarias orgánicas sílice Las rocas silíceas son aquellas que como su nombre indican poseen sílice en su composición. De su origen químico por precipitación podemos clasificarlas como: Sílex, agata , Jaspe y , Ópalo Arcosa roja. Una arenisca de grano mal redondeado de cuarzo. Chert (bandas negras) en estratos devónicos. Se extraen en Queensland, en el noreste de Australia y son los ópalos de alta calidad formados en concreciones de mineral de hierro, o rocas silícea. El Devónico, una división de la escala temporal geológica, es el periodo geológico que comenzó hace 416 ± 2,8 millones de años y terminó hace 359 ± 2,5 millones de años.2 3 4 Es el cuarto período de la Era Paleozoica, después del Silúrico y antes del Carbonífero. nombre procede de Devon, un condado ubicado en la península de Cornualles (Cornwall), en el suroeste de Inglaterra, donde las rocas devónicas son comunes. ópalos de alta calidad formados en concreciones de mineral de hierro, o rocas silícea

ACUÍFEROS ROCAS VOLCÁNICAS 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. Rocas volcánicas piroclásticas son aquellas que se han formado a partir del material fragmentario (piroclastos) expulsados por el volcán. Piedra pome o plumita, es una roca ígnea volcánica vítrea, con baja densidad (flota en el agua) y muy porosa, de color blanco o gris. Cuando se refiere a la piedra pómez en lo que respecta a sus posibles aplicaciones industriales, también puede ser conocida como puzolana. 

R. SEDIMENTARIAS R. METAMÓRFICAS R. ÍGNEAS No consolidadas (poros) Consolidadas (poros, fracturas, conductos de disolución) (fracturas) Intrusivas (fracturas) Efusivas (poros, tubos, zonas escoriáceas, fracturas) GRAVA CONGLOMERADO GNEISS GRANITO Y OTRAS ROCAS IGNEAS DE CRISTALIDAD ELEVADA BASALTO Y OTRAS ROCAS IGNEAS DE CRISTALIDAD BAJA ARENAS ARENISCAS PIZARRAS LIMOS LIMONITAS ESQUISTOS ARCILLAS TILL TILLITAS MARGAS CALIZAS DOLOMIAS MÁRMOL

INVESTIGACIONES HIDROGEOLÓGICAS Las aguas subterráneas pueden ser investigadas: Empíricamente Observaciones locales Indicios locales. Indicios de la varita mágicas o Zahorí Científicamente, (Aparatos especiales) Correlacionan ciertas propiedades geofísicas de la corteza terrestre, como: medir campo eléctrico (resistividad o conductividad eléctrica), la densidad y el magnetismo son información Indicadoras de agua subterránea, obtenidas en la práctica de perforación de pozos de investigación.

Dependen: Estructura geológica, Porosidad (forma y tamaño),Tipos de roca Existencia de agua de calidad MÉTODOS MÁS USADOS: 1. Medición de Campo Eléctrico. Resistividad o conductividad eléctrica del suelo. mayor método científico para la prospección depende: Material de la roca Su constitución Densidad Porosidad (forma y tamaño de los poros) Cantidad y calidad de agua. Temperatura

2. Medición de la Refracción Sísmica Se basa en la reflexión o refracción de ondas provocadas por golpes o impulsos fuertes en el suelo. Se colocan instalaciones de observación en la superficie a diferentes distancias, midiendo los intervalos de tiempo entre un impulso y las ondas de llegada al punto de observación. El impulso puede ser obtenido por: Por detonación (dinamita) y Equipos de Mecánico pesado Inconvenientes: La velocidad de la onda es mayor en roca consolidada que en roca no consolidada. La interpretación es difícil y muy costoso el equipamiento.

3. PERFORACIÓN POZOS DE SONDEOS. Perforar varios pozos de diámetro pequeño en puntos estratégicos del área donde se quiere determinar la existencia y las características de los niveles de agua. El agua se bombea y el caudal es medido en uno de ellos; mientras que los otros se observa la depresión del nivel estático y se determina el cono de depresión. Así se verifica la capacidad del nivel. Se considera el Método más exacto, pero debido al costo elevado de las perforaciones de los pozos, es un método caro, siendo más utilizado en formaciones en que los niveles se encuentran a poca Profundidad. https://youtu.be/tIt6-GTo_4I?t=78 Pozos de agua y sistema de agua. Tolima y toda Colombia. distribución y consumo directo de agua potable. Excavación de pozos

Mapa Hidrogeológico

MANANTIAL Un manantial es un flujo natural de agua que surge del interior de la Tierra desde un solo punto o por un área pequeña. Pueden aparecer en tierra firme o ir a dar a cursos de agua, lagunas o lagos. Los manantiales pueden ser permanentes o Intermitentes- Tener su origen en el agua de lluvia que se filtra o tener un origen ígneo, dando lugar a manantiales de agua caliente.

Su clasificación

RESURGENCIAS En geología, son los lugares en donde un flujo hidrológico subterráneo aflora del subsuelo. En el origen de una resurgencia, en teoría hay un curso de agua superficial en el que una parte o la totalidad del flujo por escorrentía se infiltra al subsuelo para resurgir más adelante al aire libre. Las resurgencias son particularmente abundantes en las mesetas calcáreas de tipo karst, como en los causses franceses, por ejemplo. Este caudal surge normalmente al aire libre, pero también puede hacerlo en el mar, hasta a varias decenas de metros de profundidad y hasta a varios cientos de metros de la orilla. Estas resurgencias marinas han sido utilizadas tradicionalmente por los marineros como fuente de agua potable en plena mar.

Se distinguirse tipos especiales: pie de ladera. El agua surge a través de los desgastamientos de las corrientes acumuladas en los montes. Las intermitentes, En las que la salida de las aguas cesa periódicamente a causa de que Existen depósitos subterráneos con salida de sifón, que han de llenarse hasta cierta altura por la aportación de las venas acuíferas esperando sobrevenga la descarga. Mecanismo análogo Las intercalares y las intermitentes compuestas

Resurgencia del río Loue https://media3.picsearch.com/is?o5sTac08i2cstaF1-kL2hZ2TpALfe6pQDtKvsrUbzOc&height=341 https://media5.picsearch.com/is?pPG4CAs_Qv3j0P3gU73PIhn7vluGzV3TcLTnV5FrjWs&height=341 Resurgencia del río Lison Resurgencia del río Loue

Fuentes intercalares Experimentan aumento periódico de caudal, debido a la coexistencia de una fuente continua con un depósito intercalar - intermitente Intermitentes Compuestas. Están formados por dos o más depósitos de este tipo cuya acción se superpone. Manantiales que responden a cualquiera de estos tipos, sobre todo al de grieta con agua a presión aparecen bajo la superficie del mar, y son observable cuando surgen en la costa por endulzamiento del agua, formación de torbellino a la salida o el movimiento de las arenas del fondo.

REFERENCIAS CONSULTADAS 1] Daker, Alberto. Captación, Elevación y Mejoramiento del Agua. Volumen II. Edición Sexta 1983. 2] Custodio, Emilio; Llamas, Manuel Ramón. Hidrología de Aguas Subterráneas. Segunda Edición corregida. Ediciones Omega S.A. Barcelona 1983. 3] Murcia Viudas, Andrés, Aguas Subterráneas Prospección y Alumbramiento para Riegos. Ministerio de Agricultura.Segunda Edición. Madrid 1960. 4] Sánchez San Román, Javier. Hidrogeología. Universidad de Salamanca, España. 2003