04 acuiferos

Rolando Apaza Campos HIDROGEÓLOGO
Estudio de laEstudio de la
Zona SaturadaZona Saturada
YY
AcuíferosAcuíferos

EFECTOS DEL AGUA DE LA ZONA SATURADA ENEFECTOS DEL AGUA DE LA ZONA SATURADA EN
EL COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO DE LOSEL 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 MaureEjem: 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

100
Vt
VsVt
η
−
=100
Vt
Vv
=η
CÁLCULO DE POROSIDAD

Cálculo de Índice de vacíos (e)Cálculo de Índice de vacíos (e)
e
Vv
V Vv
Vv
Vs
=
−
=
e
e
+
=
1
η
η
η
−
=
1
e

Tipos de porosidad enTipos 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 DEHOMOGENEIDAD / HETEROGENIDAD DE PARÁMETROS DE
POROSIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICAPOROSIDAD Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
HOMOGÉNEO
ISOTROPICO
HOMOGÉNEO
ANISOTROPO
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

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 (ηe)
= 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
dporgravedadrenadaAguaVol
Se y
arg....
...
==η
realV
KI
e
..
=η eA
Q
realV
η..
. =
si

Porosidad
Total
η
Porosidad
Eficaz
Sy
Retención
Específica
Re
Porosidad Total (η) = Porosidad eficaz (ηe o Sy) + Retensión específica (Re)
η= Sy + Re
RELACION
POROSIDA TOTAL
(η), RETENSIÓN
ESPECÍFICA (Re ) Y
POROSIDAD
ESPECIFICA (Sy)

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

ACUÍFEROACUÍFERO
 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 (φ) 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 (φ 1) es mayor que la carga
hidráulica del acuífero 2 (φ2),
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
Rocas
Sedimentarias
ACUIFEROS FRACTURADOS
Rocas
Igneas
Rocas
metamorficas

ACUIFEROS EN MEDIOS INCONSOLIDADOSACUIFEROS 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 – 0,05
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 %

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

VulnerabilidadVulnerabilidad
de acuíferosde acuíferos
porosos, pocoporosos, poco
profundosprofundos
.- 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 HIDROGEOLÓGICOSBASE 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)

Porosidad
Las 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 Hidráulica
Planos 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 ROCASACUÍFEROS 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 carbónico
Movimiento 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 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

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

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

IMAGEN SATELITE EN EXPLORACIONES
HIDROGEOLÓGICAS
ACUIFEROS VULCANO SEDIMENTARIOS EN EL
ALTIPLANO PERUANO BOLIVIANO

IMAGEN SATELITE LANDSAT BANDAS 742 CUENCA DE RIOIMAGEN 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 50
O
’
17 40
O
’
17 30
O
'
PERU
CHILE
PERU
CHILE
BOLIVIA
BOLIVIA
C. Condorpico
CordilleradelBarroso
N.Paucarani
Río Uchusuma
C. La Monja
17 40’
O
17 30
O
'
69 50
O
' 69 20
O
'
Laguna
Blanca
AYRO
CHARAÑA
F1
F2
F3
F4
F5
F6

MODELO DIGITAL DE RELIEVE DE LA CUENCA DE RIO MAURE

F o r m a c ió n C a p illu n e
F m S e n c a - P e r ú
F m . P é re z - B o liv ia
F m . O x a y a - C h ile
F m . M a u r e - P e rú
F m . M a u ri B o liv ia
A c u ífe ro lib r e
A c u ífe ro
c o n fin a d o a
s e m ic o n fin a d o
D e p ó s ito s a lu v ia le s , flu v io a lu v ia le s ,
m o r re n a s - P e rú
F m C h a ra ñ a - B o liv ia
F m . C h iu c h iu - C h ile
V o lc . H u ila c o llo - P e rú
F m A b a ro a - B o liv ia
Im p e r m e b le
Ig n im b rit a s
im p e r m 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.
Ba ixa a meia
Im permeável
R2
R1
PN
Resistividade ohm .m/Pot. Nat. MV
Profundidadem.
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/Ichuna33-t/Characato
32-U /Lagunillas
32-t/Callali
31-t/Condoroma
29-q/Antabamba
PERU
CHILE
BOLIVIA
DESAGUADERO
ILAVE
Lagunillas
Palca
Lag.Suches
AREQUIPA
Lag.Salinas
SanBartolome
Antabamba
Lag.Vizcachani
Sta. Lucia
LagoTiticaca
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/Ichuna33-t/Characato
32-U /Lagunillas
32-t/Callali
31-t/Condoroma
29-q/Antabamba
PERU
CHILE
BOLIVIA
DESAGUADERO
ILAVE
Lagunillas
Palca
Lag.Suches
AREQUIPA
Lag.Salinas
SanBartolome
Antabamba
Lag.Vizcachani
Sta. Lucia
LagoTiticaca
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
Desag
uadero
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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