INGENIERÍA CIVIL - CURSO DE HIDROLOGIA

1. Hidrologí
a
Clase 15:
Hidrogeología
Docente:
Ing. Giovanni
Vargas Coca

2. EL AGUA EN LAS ROCAS
Se inicia aquí la fase subterránea del ciclo hidrológico,
comenzado por clasificar las rocas por su capacidad para
almacenar y transmitir el agua y por definir distintos acuíferos
según la anergia que tiene al agua almacenada en sus poros.
Ley de Darcy, que caracteriza el movimiento del agua
subterránea , y finalmente trata la zona no saturada como zona
de paso de flujo del agua que constituye la recarga de los
acuíferos.

3. “Regolito” término empleado para descubrir la
cubierta suelta y discontinua de vestigios de roca
descompuesta, que se extiende sobre el lecho de
roca sólida o “bedrock”.
El término “suelo” denomina a la parte más alta
del regolito, donde la intemperización química es
más activa.
De aquí que el regolito incluya tanto la capa de
suelo como el material suelto subyacente, que en
regiones de clima templado alcanza hasta los 2 m
de profundidad, mientras en regiones de clima
húmedo los 70 o más, pudiendo actuar como un
medio de almacenamiento de agua o también para
transmitirla vertical y horizontalmente a lugares de
almacenamiento sobre el lecho de roca.
Después que el agua entra en el regolito se aloja
en los ambientes mostrados en la Fig. 1.

4. Clasificación de las formaciones geológicas
según su comportamiento hidrogeológico
Acuífero (del latín fero, llevar).- Formación geológica que contiene agua
en cantidad apreciable y que permite que circule a través de ella con
facilidad.
Ejemplos: Arenas, gravas. También granito u otra roca compacta con una
fracturación importante.

5. Clasificación de las formaciones geológicas
según su comportamiento hidrogeológico
Acuicludo (del latín cludo, encerrar).- Formación geológica que contiene agua
en cantidad apreciable y que no permite que el agua circule a través de ella .
Ejemplo: Limos, arcillas. Un m3 de arcillas contiene mas agua que el mismo volumen
de arenas, pero el agua esta atrapada, no puede salir por gravedad, y por tanto no
podrá circular en el subsuelo ni en condiciones naturales ni hacia un pozo que esté
bombeando.

6. Clasificación de las formaciones geológicas
según su comportamiento hidrogeológico
Acuitardo (del latín tardo, retardar, impedir).- Formación geológica
que contiene agua en cantidad apreciable pero que el agua circula a través de
ella con dificultad.
Evidentemente se trata de un concepto intermedio entre los dos anteriores.
Ejemplos: Arenas arcillosas, areniscas, rocas compactas con alteración y/o
fracturación moderadas.

7. Clasificación de las formaciones geológicas
según su comportamiento hidrogeológico
Acuífugo (del latín fugo, rechazar, ahuyentar).- Formación geológica que no
contiene agua porque no permite que circule a través de ella.
Ejemplo: granito o esquisto inalterados y no fracturados
De estas cuatro denominaciones, es la menos utilizada.

8. En una región sin mejores recursos, una formación que
proporcionara 0,5 litros/seg. se denominaría “acuífero”, y su
explotación sería interesante.
En cambio, en una zona con buenos acuíferos, esa formación se
denominaría “mal acuífero” o “acuífero pobre” o “acuitardo”, y
probablemente una perforación con ese caudal se cerraría.

9. Parámetros que define a una roca como acuífero:
De acuerdo con la definición de acuífero son dos los parámetros que
permiten considerar a los acuíferos como verdaderos embalses
subterráneos:
Su capacidad de almacenar agua y su capacidad para permitir que le agua
circule en su interior.

10. Capacidad de una roca de almacenar agua
La capacidad de almacenar agua se mide a partir del coeficiente de
almacenamiento, (S), que se define como el volumen de agua que
proporciona una columna del acuífero de base unitaria y altura el espesor
saturado del acuífero al descender en una unidad de potencial hidráulico.

11. Porosidad: TIPOS
Porosidad Total
Porosidad Total (mt):
mt = Volumen de huecos/ volumen total
Puede expresarse en % ó en tanto por 1 (en cualquier caso es adimensional). Es
decir que 12% es equivalente a 0,12, pero dejando cómo se está expresando,
porque también puede existir una porosidad del 0,12%

12. Porosidad: TIPOS
Porosidad Eficaz
Porosidad Eficaz (me): (Volumen de poros interconectados entre si o no, con
relación al volumen de la roca en %; será menor que la total, Solo seran
equivalentes en el caso en el que todos los huecos estuviesen interconectados)
me = Volumen de agua drenada por gravedad/volumen total
Se expresa igual que la porosidad total.
Retención específica: Diferencia entre los dos parámetros anteriores.

13. Ejemplo 01:
Disponemos de 1 m3 de arena seca, le introducimos agua hasta
que esté completamente saturado (todos los poros llenos de
agua). Supongamos que hemos necesitado 280 litros. Después
dejamos que el agua contenida escurra libremente; supongamos
que recogiéramos 160 litros. Evidentemente los 120 litros que
faltan se han quedado mojando los granos.
Con estos datos podemos calcular:
1 m3 = 1000 dm3 ≈ 1000 litros
mt = 280 /1000 = 0,28 ≈ 28% (porosidad total )
me = 160 / 1000 = 0,16 ≈ 16% (Porosidad Efectiva)
Retención específica = 0,28 - 0,16 = 0,12 ≈ 12%

14. Ejemplo 02:
¿Que volumen de agua puede extraerse por gravedad de 1m3 de material
poroso, saturado al 20% y con una porosidad drenable del 8%?
Solución:
Que le volumen en consideración esté saturado al 20% implica
que el agua tan solo ocupa 0.2 m3. de ese volumen, el 8%
corresponde al agua drenable por gravedad. El volumen total
de agua será:
V = 1m3 *0.2 * 0.08 = 0.016 m3 = 16 l.

15. Porosidad Intergranular y Porosidad por
Fracturación
Al hablar de porosidad, intuitivamente se piensa en los poros de un material
detrítico, pero las rocas compactas también pueden contener cierta
proporción de agua en su interior en sus fracturas (diaclasas, fallas). Estos
planos de fracturas a veces son ocluidos por los minerales arcillosos
resultantes de la alteración, y en otras ocasiones, al contrario, la disolución
hace aumentar la fractura enormemente (especialmente en calizas).

16. Porosidad Intergranular y Porosidad por Fracturación

17. Factores
En el caso de la porosidad intergranular, la porosidad total no
depende del tamaño de grano (piénsese que el % de huecos
en el dibujo anterior sería el mismo si lo reprodujéramos
ampliado o reducido).
En cambio la porosidad eficaz sí se ve muy afectada por el
tamaño de grano: si es más fino, la retención específica
aumenta.
Tanto la total como la eficaz dependen de:
• La heterometría: los finos ocupan los poros que dejan los
gruesos y la porosidad disminuye.
• La forma y disposición de los granos.
• La compactación, cementación y recristalización, que van a
ir disminuyendo la porosidad

18. La porosidad por fracturación está determinada por la historia tectónica de
la zona y por la litología; es decir: cómo cada tipo de roca ha respondido a
los esfuerzos, en este tipo de porosidad es determinante la posible, la
eventual disolución de la fractura o, en sentido contrario, la colmatación
por minerales arcillosos o precipitación de otros minerales.

19. Permeabilidad y Transmisividad
Permeabilidad: La facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por un
fluido, en este caso el agua.
En Hidrogeología, la permeabilidad (o mejor: conductividad hidráulica, K) es un
concepto más preciso. Es la constante de proporcionalidad lineal entre el
caudal y el gradiente hidráulico:

20. La gradiente es la pendiente de desplazamiento. Aquí obliga al agua a circular a través del medio
poroso, y lógicamente, a mayor gradiente, circulará mayor caudal.

21. La ecuación anterior es la Ley de Darcy, para definir el
concepto de permeabilidad y obtener sus unidades:
despejando en la fórmula anterior se comprueba que
las unidades de K son las de una velocidad (L/T). En el
Sistema Internacional serían m/seg., pero para manejar
números más cómodos, por tradición se continúa
utilizando metros/día. En Geotecnia y otras ramas de
ingeniería se utiliza el cm/seg.

22. Transmisividad
El parámetro que nos indique la facilidad del agua para circular horizontalmente por una
formación geológica será una combinación de la permeabilidad y del espesor:
Transmisividad = Permeabilidad x Espesor
Como las unidades de la permeabilidad son L/T y las del espesor L, las unidades de la Transmisividad
serán L2/T. Por ejemplo: m2/día, o cm2/seg.

23. Tipos de Acuíferos: Libres
En los acuíferos libres el agua se encuentra rellenando los poros o fisuras por
gravedad, igual que el agua de una piscina llena el recipiente que la contiene. La
superficie hasta donde llega el agua se denomina superficie freática; cuando esta
superficie es cortada por un pozo se habla del nivel freático en ese punto.
En los acuíferos libres se habla de espesor saturado, que será menor o igual que el
espesor del estrato o formación geológica correspondiente.

24. En los acuíferos confinados el agua se encuentra a presión, de modo que si
extraemos agua de él, ningún poro se vacía, sólo disminuye la presión del agua y
en menor medida la de la matriz sólida.
Al disminuir la presión del agua, que colaboraba con la matriz sólida en la
sustentación de todos los materiales suprayacentes, pueden llegar a producirse
asentamientos y subsidencia del terreno.
La superficie virtual formada por los puntos que alcanzaría el agua si se hicieran
infinitas perforaciones en el acuífero, se denomina Superficie piezométrica, y en
un punto concreto, en un pozo, se habla de nivel piezométrico (en griego: piezo =
presión)
• Cuando una perforación alcanza el techo de un acuífero confinado, el nivel del
agua dentro de la perforación puede subir varios metros.
Tipos de acuíferos: Confinados

26. Coeficiente de almacenamiento
Hemos visto que el volumen de agua que proporciona
un acuífero libre se puede calcular mediante la
porosidad eficaz. Pero este parámetro no nos sirve en
el caso de los acuíferos confinados: cuando
proporcionan agua, todos sus poros continúan
saturados, sólo disminuye la presión, de modo que el
dato de la porosidad eficaz no indica nada. Necesitamos
un parámetro que indique el agua liberada al disminuir
la presión en el acuífero.

27. 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 piezométrico desciende una unidad.
• En la figura (a) se representa el concepto: en una columna
de 1 m2 de acuífero, la superficie piezométrica ha
descendido 1 metro al extraer un volumen S.
• Es evidente que el concepto de porosidad eficaz encaja
perfectamente en la definición de coeficiente de
almacenamiento (figura b): si consideramos 1 m2 de
acuífero libre y hacemos descender 1 metro su superficie
freática el volumen de agua que habremos extraído será la
porosidad eficaz (me).

29. • El coeficiente de almacenamiento es, como la porosidad
eficaz, adimensional (volumen / volumen), y los valores
que presenta son mucho más bajos en los confinados
perfectos que en los semiconfinados. Los valores típicos
serían éstos:
Acuíferos libres: 0,3 a 0,01 (3.10-1 a 10-2)
Acuíferos semiconfinados: 10-3 a 10-4
Acuíferos confinados: 10-4 a 10-5
• La naturaleza hidrogeológica de cualquier roca o formación geológica está definida
por dos factores:

30. Geometria del sistema Cotas de la Base y del techo
( Para construcción ) Situación de los límites
k permeabilidad, T trasmisividad.
kh/Kv anisotropía.
Características hidráulicas m, porosidad eficaz.
( Para construcción ) S , coeficiente de almacenamiento.
B factor de goteo, c resistencia hidráulica.
Inf, capacidad de infiltración.
Areas de recarga y descarga
entre acuíferos
Funcionamiento Hidráulico Relaciones
( Para construcción y ajuste ) con aguas superficiales
Condiciones en los límites
Infiltración lluvia (1) Balances generales.
Pérdidas por evapotranspiración.
Acciones sobre el sistema Infiltración excedentes de riego.
( En períodos de ajuste ) cursos de agua Q ó h
masas de agua Q ó h
Recarga puntos de agua Q
otros acuíferos Q ó h
Respuesta a las acciones Superficies piezometricas
( En períodos de ajuste ) Hidrogramas
Evolución bombeos y recargas.
Evolución infiltración Lluvia.
Leyes hidrológicas Evolución infiltración excedentes de riego.
( Para explotación ) Evolución rios y canales( Q, h, %/m2, % P ).
Evolución masas de agua.
Evolución acuíferos vecinos.
( 1 ) En el campo y en el espacio
Q = caudales, h = alturas
%/m2 ( porcentaje del caudal por m2 )
% P ( Porcentaje de la Pluviometría )
DATOS NECESARIOS PARA UN MODELO

31. OCEANO PACIFICO
Pte.Piedra
Callao
Independencia
La Molina
Chorrillos
S.Juan de Lurigancho
La Victoria
SurcoLince
ATE
San Miguel
P-395
P-181
P-156
P-623
P-130
RIOLURIN
RIO
RIMAC
Lurin
Pachacamac
RIOCHILLON
P-310
P-306
P-375
P-235
P-439
P-516
P-502
P-521
P-219
P-423
P-620
Pz.-1
La Punta
El PinarC° Negro
C° Blanco
C° Cucaracha
C° Mulería
C° La Milla
Sector Villa
Cieneguilla
C° Oquendo
C° San Cristóbal
C° El Agustino
C° Centinela
M ORRO SOLAR
C° Manchado
P-296
P-01
P-Loayza
P-633
P-210
P-569
ESCALA GRAFICA:
0 5000 m. 10 000 m.
C° Huaquerone
P-180
P-349 P-410
RED DE PIEZOMETROS DE LOS ACUIFEROS RIMAC Y CHILLON

32. CH
CH1
CH´
CALLAO
LIMA
VITARTE
MIRAFLORES
CHORRILLOS
0 5 10 km
CH
R
R1
R
R2
R3
R
Secciones hidrogeológicas
N
LEYENDA
L L2
CH
CH2
CH
CH3
R
R'
Pachacámac
Lurín
L
L3
L
L1
L2
L
MORRO
SOLAR
SAN MIGUEL
EL
AGUSTINO
LA MOLINA
CARAPONGO
HUACHIPA
LURIGANCHOCERRO
MULERIA
COLLIQUE
PUENTE PIEDRA
CERRO
OQUENDO
Fdo.Las Palmas
José Galves
Guayabo
Cieneguilla
UBICACIÓN DE LAS
SECCIONES
HIDROGEOLOGICAS

33. PERFIL ESQUEMATICO
SECCION HIDROGEOLOGICA LONGITUDINAL R-R'
DEL ACUIFERO RIMAC
Nivel Piezométrico: Marzo 98
Basamento rocoso
Código de Pozo SEDAPAL 270
LEYENDA
Material predominantemente grueso
Material predominantemente fino
El Agustino
579
513
0
-100
-200
Cotam.s.n.m.
La Punta
Bellavista
516
64
68
100
300
400
500
Ate - Vitarte
0 4
6 Km.

34. SECCION TRANSVERSAL R - R3
Río Rímac
566 533
87110
105
72444239231132428250
459
MirafloresCallao
-100
-200
-300
-400
0
100
200
Cotam.s.n.m.
0 4
3 Km.

35. SECCION HIDROGEOLOGICA
SAN MIGUEL
P-726
Base del Acuífero
Dirección del
Flujo Subterráneo
NMM
Superficie del terreno
Nivel de la Napa ( Marzo - 2000 )
Nivel de la Napa ( Marzo - 1997 )
P-240
P-324 P-755
P-493
P-623
P-624PUEBLO LIBRE
El elevamiento del Nivel de la Napa en el Sector de San
Miguel, por efectos del Uso Conjuntivo, ha permitido
contrarrestar el riesgo de intrusión marina
Distancia ( Km )
Nivel de la Napa ( Marzo
2005).

36. Red de Pozos y Manantiales - Ilo
P - 1P - 2
P - 3P - 4 P - 5
P - 6
P - 7P - 8
P - 9
P - 10P - 11
P - 12P - 13P - 14P - 15
P - 16
P - 17
I - 1 I - 2 I - 3I - 4I - 5
I - 6I - 7I - 8I - 9
I - 10I - 11 I - 12
I - 13A - 1
A - 2A - 3A - 4
A - 5
A - 6A - 7A - 8A - 9
A - 10
A - 11A - 12
A - 13
A - 14
A - 15
A - 16
A - 17
A - 18A - 19
A - 20
A - 21
A - 22A - 23
A - 24 A - 25
A - 26
A - 27
A - 28
A - 29
A - 30
A - 31
A - 32
A - 33
A - 34
A - 35
A - 36
A - 37
A - 38
A - 39
A - 40
A - 41
A - 42
A - 43
A - 44
A - 45
A - 46
A - 47
A - 48
A - 49
A - 50
A - 51
A - 52
A - 53
A - 54
A - 55
A - 56
A - 57
A - 58
A - 59
A - 60
A - 61
A - 62
A - 63
A - 64
A - 65
A - 66
A - 67
A - 68
A - 69
A - 70
A - 71
A - 72
A - 73 A - 74
A - 75
A - 76A - 77
A - 78

37. Morfología del Acuífero Moquegua
Con la información
topográfica y del
impermeable, se tiene la
morfología del acuífero

38. Prepararlo.
Buscar en archivos.
Inventario Obtener datos de campo y en encuestas.
Interpretar los datos y filtrarlos.
Sintetizar los datos.
Inventario de :
pozos geologia escorrentía
fuentes informes evaporación
manantiales topografía meteorología
galerías pluviometría
aforos niveles de agua subterránea composición química del agua.
caudales niveles de agua superficial. explotación
recargas en pozos y piezometros vertidos
planes de ordenación
Sondeos
Datos Pozos experimentales
Complementarios Período de observación.
Estaciones de aforo e hidrometeorología
El inventario ahorra mucho tiempo y dinero
El inventario es la única fuente de datos históricos.
No encargar el inventario a inexpertos o a desidiosos.
OBTENCION DE DATOS PARA MODELO

39. Circulación del agua Subterránea
Intuitivamente, pensamos que el agua circula de los
puntos donde está más alta hacia los puntos en los que
está más baja, ya que así lo vemos en las aguas
superficiales y muchas veces esta aproximación intuitiva
es cierta. Por el contrario, es frecuente que el agua
subterránea circule hacia arriba, o incluso verticalmente
hacia arriba.

40. El agua subterránea no siempre circula de los puntos más
altos hacia los más bajos.
Erosión (socavación) en puentes

41. Si realizamos unas perforaciones en el corte de la
figura 1b veremos que la columna de agua a la
izquierda es más alta que a la derecha (Figura 2), y
análogamente, si disponemos de dos sondeos
(abiertos solamente en sus extremos) arriba y abajo
del acuitardo de la figura 1c, observamos que en el
acuífero inferior el nivel del agua es más alto que en el
acuífero superior.
En ambos casos, el agua circula de los puntos en los
que la columna de agua es más alta hacia aquellos en
los que es más baja.

42. El agua circula de los puntos en que la columna de agua
es más alta hacia los que la columna es más baja.

43. Potencial Hidráulico
En realidad, el agua se mueve de los puntos en los que
tiene más energía hacia aquellos en los que tiene
menor energía. Esa energía se denomina potencial
hidráulico y veremos que queda reflejada precisamente
por la altura de la columna de agua en ese punto.

44. GRACIAS