Aguas subterraneas 2016

1. Prof. Olga Ortega
USMA 2016
Aguas
subterráneas

2. Introducción
• En el mundo de la construcción se pueden presentar distintos tipos de
imprevistos a la hora de construir un determinado proyecto, por lo que es
de suma importancia el estudio del terreno de la futura obra, este estudio
debe incluir el estado de aguas subterráneas, estudio hidrológico de suelos
es fundamental
• El estudio les permitirá elegir el método
mas adecuado para el control de las aguas subterráneas

3. Por ejemplo
• El Tablestacado es fundamental para lograr delimitar
espacios y funciones en terreno con desniveles.
Los elementos prefabricados que componen las
tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración
o golpeo
• Well poin permite rebajar el nivel freático

4. Venecia
• Se inunda cada vez mas debido a
subsidencia por bombeo de agua
subterranea
• Desde 1969 no se permite hacer
mas pozos y el bombeo esta
regulado
Bahia de Galveston,
Houston, Texas
• Terrenos hundidos
varios metros por
extraccion de agua
subterranea y petroleo

5. Embudo de Winter Park, Florida central
Embudos Catastróficos

6. AGUAS SUBTERRÁNEAS
HIDROGEOLOGÍA
Pingos
.

7. Hidrología de aguas subterráneas
La definición y los términos
utilizados para denominar el estudio
de las aguas subterráneas han
variado a través del tiempo.
Actualmente se aceptan como
términos adecuados los de
hidrología subterránea (para
diferenciarla de la
hidrología de superficie, división ésta
introducida por Meinzer en 1942),
hidrogeología o geohidrología

8. La hidrogeología hace parte de la hidrología
general considerando ésta como
"la ciencia que trata de las aguas terrestres, de sus maneras de
aparecer, de su circulación y distribución en el globo, de sus
propiedades físicas y químicas y sus interacciones con el medio físico y
biológico y sus reacciones a la acción del hombre",
Definición ésta adoptada por el Comité Coordinador del decenio
hidrológico internacional iniciado en
1965 bajo patrocinio de la UNESCO.
Aunque la hidrogeología se refiere exclusivamente al estudio del
agua subterránea, un hidrogeólogo debe comprender todos los aspectos
del ciclo hidrológico, ya que las aguas subterráneas no representan más
que una parte del ciclo hidrológico total del agua.
(ejemplo: Cuenca del Rio la Villa recibe aguas sub. De otras
cuencas….calidad contaminacion etc…)

9. Definicion de La hidrogeología
• Se define
La hidrología subterránea como
«Aquella parte de la hidrología que estudia el
almacenamiento, la circulación y la distribución de las
aguas terrestres en la zona saturada de las formaciones
geológicas, teniendo en cuenta sus propiedades físicas y
químicas, sus interacciones con el medio físico y
biológico y sus reacciones a la acción del hombre».

10. Aunque teorías oscuras y míticas prevalecieron por miles de años,
acerca del origen de fuentes y manantiales de aguas subterráneas, su
utilización es conocida desde tiempos antiquísimos.
En efecto, muchos siglos antes de nuestra era los pueblos del
Oriente Medio construían obras de captación de dichas aguas y el uso
de los pozos excavados desde la superficie estaba bastante
generalizado.
Arquitecto romano Marco Vitrubio expuso la primera teorización
correcta e importante, determinando que el agua subterránea se
originaba principalmente de la infiltración de las lluvias y de la nieve
que se funde a través de la superficie y que dichas aguas aparecían
luego nuevamente en las zonas bajas.
Después de la segunda guerra mundial la hidráulica de las aguas
subterráneas tuvo avances significativos, debido principalmente al
problema de evacuación de desechos radioactivos de plantas nucleares,
ya que se empezaron a estudiar los efectos que tendría enterrar éstos en
las formaciones geológicas y en las aguas que almacenaban, lo que
obligó a los investigadores a profundizar en el conocimiento de su
hidráulica.

11. ¿QUÉ ES ELAGUA
SUBTERRÁNEA?
En la imagen se observan las áreas de recarga, así como las líneas de flujo y
tiempo de desplazamiento del agua en un acuífero desde que alcanza la zona
saturada hasta su salida a la superficie según diferentes trayectorias.
El agua subterránea es la que se encuentra por debajo del terreno, situada bajo el
nivel freático, ocupando completamente los poros y fisuras de dicho terreno.

12. Nivel Freático: conforma el límite superior de la zona saturada en
un acuífero libre.
Capa freática o capa libre: limitada solo en su base por una capa
relativamente impermeable. Su limite superior está libre actuando la
presión atmosférica.
Es el lugar geométrico de los puntos de un acuífero
libre que se encuentran a la presión atmosférica.
Su altura en un acuífero libre viene determinada por la cota que
alcanza el agua en un pozo en reposo.
NAPA: nivel de aguas a presión atmosférica.

13. ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS
Casi toda el agua subterránea existente en la tierra tiene origen en el
ciclo hidrológico, que es el sistema por el cual el agua circula desde
océanos y mares hacia la atmósfera y de allí hacia los continentes, donde
retorna superfi cial o subterráneamente a los mares y océanos.
Los factores que infl uyen en los procesos del ciclo hidrológico son
fundamentalmente los factores climáticos, como la temperatura del aire,
intensidad de los vientos, la humedad relativa del aire y la insolación y el
tipo y densidad de la cobertura vegetal
Agua Subterranea es la que rellena espacios vacíos en rocas,
sedimentos o suelo que se encuentra debajo de la superficie. Constituye el
22% del agua dulce del planeta
Se define
Agua subterránea se entiende el agua que ocupa todos los vacíos
dentro del estrato geológico, comprende toda agua que se encuentra por
debajo del nivel freático.
Proviene de infiltración: escorrentía, lagos, pantanos, pozos y sistemas
de tratamiento de aguas

14. OTROS ORÍGENES DELAGUA SUBTERRÁNEA
Además del ciclo del agua, las aguas subterráneas pueden tener otros orígenes
diferentes.
Las aguas subterráneas originadas en el ciclo del agua se denominan aguas
vadosas o meteóricas, las otras se denominan de acuerdo a su origen:
 "Precipitaciones ocultas" son aguas que provienen de la condensación del
vapor de agua atmosférico en los poros del suelo.
 Aguas juveniles que son aquellas de origen profundo, como es el caso de un
magma granítico que al enfriarse expulsa un pequeño volumen de agua. Estas
aguas provienen del interior de la tierra y nunca han estado en contacto con la
superficie.
 Aguas fósiles que son aguas vadosas atrapadas en el terreno y que permanecen
en él durante miles de años. Es el caso de las aguas en el Sahara que se estima
entraron al acuífero hace 300.000 ó 400.000 años. (eje. Lago Vostok)
 Aguas geotermales que son aguas vadosas que siguen un camino complicado,
calentándose en las zonas profundas y volviendo a subir a la superficie.
 Aguas marinas que son las aguas del mar que han invadido recientemente los
sedimentos costeros

15. ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
La zona de aireación
Las cavidades del terreno
contienen agua
Menor cantidad de su
capacidad potencial
En un paso intermedio, las películas de agua cubren las partículas
solidas pero el aire esta todavía presente en las zonas porosas del
suelo.
Esta zona es llamada zona insaturada o de aireación, y el
agua presente es agua gravitacional
Zona de saturacion
Zona en la cual el agua se
encuentra en cantidad muy
cercana a la capacidad
potencial del terreno y
donde las fuerzas
predominantes son de
gravedad

16. Infiltración: “Cantidad de agua precipitada que atraviesa la superficie del
terreno y pasa a ocupar, total o parcialmente, los poros, fisuras y oquedades del
suelo.”
Percolación: “ Movimiento del aguas u otro liquido a traves de los
intersticios del terreno. Se suele aplicar al flujo vertical a través del medio no
saturado.”
Zona no Saturada:“Terreno comprendido entre la superficies del suelo
y la zona saturada. En ella los poros estan ocupados por aire y agua.”
Zona Saturada: Franja del terreno situada por debajo de cierta
profundidad donde el agua ocupa totalidad de los poros.
Recarga parte del agua infiltrada que alcanza la zona saturada.

18. Aguas subterraneas
Estratificación de una roca
• Algunos materiales típicos que conforman los acuíferos tienen
las siguientes propiedades, como valores promedio:

19. Distribución vertical del agua subterránea
• En un pefil de subsuelo, normalmente se
presentan dos zonas con caracteres hidráulicos
diferentes, integradas por varias franjas o fajas.
La zona más somera se denomina de aireación o
zona no saturada y
La más profunda de saturación o zona saturada
Los acuíferos se clasifican, en función de su estructura y
el tipo de porosidad derivada de los materiales que
conforman el acuífero

20. Las aguas subterráneas gozan por lo general, de una constancia de
temperatura que las aguas de circulación superficial no pueden poseer.
Fenómeno no exclusivo de las aguas termales. las aguas de origen más
profundo no son precisamente las que poseen mayor Radiactividad.
Es variada según los intercambios químicos y aportes de agua
exterior, e informa sobre su riqueza en electrolitos disueltos.
Temperatura
Radiactividad
Conductividad
eléctrica
PROPIEDADES DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
Turbidez y
transparencia
Estas propiedades de las aguas de circulación varían en muchas
ocasiones con su caudal.
Composición
Las sales alcalinas son muy frecuentes, el cloruro de sodio se
encuentra casi siempre y en cantidad generalmente aceptable para
la alimentación humana.

21. El agua subterránea puede alojarse en
el suelo y subsuelo Poros
Porosidad
primaria
Espacio poroso de las rocas sedimentarias,
donde la circulación del agua depende de la
permeabilidad.
Porosidad
secundaria
Fracturas en rocas ígneas y metamórficas
(Cristalinas y densas)
Disolución Mayormente calizas,
tobas margas, yeso, etc.

22. Aguas subterráneas

23. Pozos en acuífero libre y confinado

24. AGUAS FREÁTICAS Y CONFINADAS
Definiciones generales
Acuífero: Formación geológica (conjunto de rocas con ciertas
características) que permite la circulación del agua y que
permite transmitirla para la extracción y uso por parte del
hombre.
Acuicludio: Formación geológica que conteniendo agua en su
interior, no puede transmitirla ni permite su explotación. E.g.
arcillas.
Acuitardo: Formación geológica que conteniendo agua la
transmiten muy lentamente por lo que tampoco son aptas para
la captación, pero sin embargo pueden permitir una recarga
vertical a otros acuíferos. E.g. arcillas limosas o arenosas.
Acuífugo: Formación geológica que no contienen agua ni las
pueden transmitir. Ej. Macizo granítico sano

25. Aguas freáticas ≠ Acuíferos profundos
Las aguas subterráneas no son ríos subterráneos!!!
Aguas freáticas en materiales porosos
Limites
• Superior: franja capilar que separa la zona de aireación de la
zona de saturación.
• Inferior: alguna capa impermeable del subsuelo, e.g. arcillas
compactadas con poros subcapilares que pueden ceder agua solo
por evaporación.  Acuicludo.
• Zona de aireación: zona de meteorización, solución y
descomposición de las rocas.
• Zona de saturación: predomina la precipitación de sales,
compactación y cementación.

26. Aguas freáticas en materiales porosos
Fuerzas actuantes
Mayormente la presión atmosférica, también
fuerzas capilares, coloidales y moleculares que
se manifiestan como percolación vertical o
lateral.
–Movimiento de las aguas
–Mayormente laminar ≠ ríos.

27. Aguas Freaticas
Aguas freáticas en materiales porosos
Pendiente del nivel freático o relieve
del NF
Depende de las características hidráulicas del acuífero
(Mayormente de la transmisibidad).
Determina la velocidad del flujo, que a su vez depende de la
permeabilidad.
Es una replica atenuada de la superficie topográfica
Nivel freático
> Llanura  somero.
> Montañas  profundo

28. Posición de la freática
“Es una replica de la superficie topográfica”.
Depende de:
Profundidad de la capa impermeable más alta, que determina el espesor
del receptáculo freático.
Inclinación de la capa porosa.
Variaciones de sección a caudal constante el caso de “ojos de agua”
cuando se estrecha un valle seco y aflora la freática, aumenta la velocidad
Bernoulli.
Variaciones de caudal para sección constante cuando hay gran aporte de
los ríos y aumenta la freática.
Cambios de permeabilidad (ley de Darcy)
Descarga de
la capa freática
• Zonas llanas
NF cerca de
la superficie
Aflora por intersección con la superficie
topográfica  bañados, esteros y lagos.
Evaporación y transpiración.
Zonas montanas
NF profundo Alimentan los ríos de montaña

29. Acuiferos
• Se denomina acuífero a la formación
geológica capaz de almacenar agua y
suministrarla, gracias a su permeabilidad,
la que es debida a su porosidad, figuración o
disolución.

30. ESTRUCTURA DE LOS ACUÍFEROS
Zona no
saturada o
zona vadosa
Acuífero no confinado
Acuífero confinado
Área de
evapotranspiración o
zona edáficas

31. ¿QUÉ ES UN ACUÍFERO?
Acuíferos libres, no confinados, ó freáticos,
son aquellos en los que el límite superior de la
masa de agua forma una superficie real que
está en contacto con el aire de la zona no
saturada y, por lo tanto, a presión
atmosférica.
Acuíferos confinados, cautivos o a
presión son aquellos que en su límite
superior o techo, el agua está a una
presión superior a la atmosférica. Se
comportan así los materiales permeables
que están cubiertos por una capa
confinante mucho menos permeable, por
ejemplo, una capa arenosa bajo otra
arcillosa.

32. Aguas Confinadas
Origen de la presión hidráulica
El solo hecho de que el punto de recarga se encuentre a una cota más
elevada que un punto de descarga de un pozo, ya explica que pueda ser
surgente.
A medida que aumenta la diferencia de altura entre el punto de recarga y el
punto de captación, mayores serán las presiones a las que el agua estará
sometida.
En síntesis se da por la diferencia de alturas entre la zona de recarga y la
ubicación de un pozo.
Entre las aguas confinadas a presión se debe diferenciar las que son
ascendentes pero que no alcanzan las superficie (semisurgentes)
de las que si alcanzan la superficie (surgentes o artesianas).
El agua trata de alcanzar el nivel de altura por el cual entró a alimentar el
acuífero.
Pero se debe considerar que hay perdidas de presión por fricción y
desconfinamientos; por lo que disminuye la presión de surgencia.

33. Los acuíferos se pueden clasificar:
A).En función del tipo de materiales que constituyen el
acuífero:
1.- Depósitos no consolidados de materiales sueltos.
2.- Rocas sedimentarias consolidadas.
3.- Rocas ígneas y metamórficas.
B. En función de la presión hidrostática del agua
contenida en ellos:
1.- Acuíferos libres, no confinados o freáticos.
2.- Acuíferos confinados, cautivos o a presión.
3.- Acuíferos semiconfinados o semicautivos

34. A. Clasificación de los acuíferos según
materiales
Acuíferos en formaciones plutónicas y
metamórficas,
Acuíferos en formaciones sedimentarias
consolidadas,
Acuíferos en formaciones sedimentarias
disgregadas y
Acuíferos en formaciones volcánicas.

35. Acuíferos en formaciones plutónicas y
metamórficas
• Son rocas permeables solo por fisuración, y aun así en
conjunto se deben considerar como poco permeables.
• Las aguas suelen ser de buena calidad; pero presentan el
peligro de contaminación a causa de su superficialidad, hecho
que debe ser tenido en cuenta en áreas urbanas con captaciones
individuales o diseminadas y alcantarillado deficiente o nulo.
• Los caudales suelen ser de 1 a 4 l / seg. Por captación, con
fuertes variaciones estaciónales.
Las rocas típicas son:
granitos, niesses, pizarras, cuarcitas

36. Acuíferos en rocas detríticas
• Son permeables por porosidad y las rocas características son
las areniscas y los conglomerados.
• En general dan lugar a acuíferos confinados con caudales
variables.
• La calidad de las aguas será función del tipo del clastro y del
cemento del conglomerado.
• La captación debe hacerse mediante sondeo, siendo muy
recomendable no utilizar en la perforación lodos, arcilla ni
bentonita, sino agua o aire

37. .
• Acuíferos en rocas carbonatadas
Son permeables por porosidad o fisuración y disolución.
Por su distribución geográfica y temporal, así como por
sus altos rendimientos hidrogeológicos, son los acuíferos
mas importantes.
Los caudales extraíbles de cada captación suelen ser
importantes, no siendo extraño alcanzar los 100 l / seg.;
pero resultando excepcionales los de 400 – 500 l / seg.
• Acuíferos en rocas sulfatadas
Los acuíferos en yesos son de un interés mucho menor que
los anteriormente. Pueden proporcionar en casos
caudales importantes.
Su aprovechamiento se minimiza por su salobridad,
debido al alto porcentaje del Ion sulfato, debe ser
considerada como formación impermeable o acuífero no
explotable

38. A: Clasificación de los acuíferos Segun
presion Hidrostatica
La figura representa los distintos
tipos de acuíferos según la presión
hidrostática del agua contenida en
ellos.
Acuíferos libres, no confinados o freáticos:
Son aquellos en los que el límite superior de
la masa de agua forma una superficie real
que está en contacto con el aire de la zona
no saturada y, por lo tanto, a presión
atmosférica.

39. Acuíferos confinados, cautivos o a presión
son aquellos que en su límite superior o
techo, el agua está a una presión superior a
la atmosférica. Se comportan así los
materiales permeables que están cubiertos
por una capa confinante mucho menos
permeable (por ejemplo, una capa arenosa
bajo otra arcillosa).
Acuíferos semiconfinados o
semicautivos; pueden considerarse como
un caso particular de los acuíferos cautivos,
en los que el muro (límite inferior), el techo
o ambos, no son totalmente impermeables
sino que permiten la circulación vertical del
agua. Este paso vertical de agua puede
hacerse desde o hacia el semipermeable, e
incluso variar con el tiempo, según sean los
valores relativos de los niveles
piezométricos.

40. Acuifero confinado
• Agua atrapada por estratos
impermeables (aquicludes)
• Agua bajo presion
• Secuencia de rocas inclinadas:
recarga
• No existe nivel freatico, pero si
nivel potenciometrico
• Potenciometrico (artesian-
pressure surface)
– Nivel por encima de
superficie de tierra, el agua
sale por si misma al
bombearla. Lugar donde se
acumula la presion de las
estratas impermeables

41. Cuando las formaciones geológicas
transmiten el agua muy lentamente y es
muy difícil extraerla mediante
captaciones en cantidades importantes,
reciben el nombre de Acuitardo.
Para definir aquellas
formaciones geológicas que
conteniendo agua en su interior
no la transmiten y, por tanto, no
permiten extraerla, se utiliza el
término de Acuicluído; y
Acuífugo cuando no contienen
agua.

42. Rocas sedimentarias consolidadas. Las
más importantes son las calizas y las
dolomías.
Las areniscas y calcarenitas suelen
constituir también importantes acuíferos.
Rocas ígneas y metamórficas. Las
posibilidades de formar acuíferos en estas
rocas quedan reducidas a las zonas
alteradas superficialmente o fracturadas
por fallas o diaclasas. Pueden tener
importancia para el abastecimiento a
pequeños núcleos de población y al
ámbito rural.
Las rocas volcánicas pueden constituir o
no importantes acuíferos, su
comportamiento está entre las rocas
consolidadas porosas y las fracturadas.

43. a. Acuíferos de porosidad primaria o poroso
Constituidos por formaciones geológicas sedimentarias. Los materiales suelen
ser gravas y principalmente arenas, que varían su composición y tamaño en
función de su origen geológico (fluvial, eólico, lacustre, glacial, etc). Estos
materiales pueden estar sueltos o no consolidados (generalmente son
formaciones recientes, de edad cuaternaria) o consolidados
b. Acuíferos de porosidad secundaria o fisurado:
Formados por rocas “duras” de origen ígneo o metamórfico. La porosidad en
estos acuíferos viene dada por la presencia de zonas de alteración, fracturas,
fallas o diaclasas, única forma que tiene el agua de almacenarse y de circular.
Hay que tener en cuenta que para que el agua pueda circular, estas fracturas
tienen que estar abiertas y comunicadas
c. Acuíferos kársticos por disolución:
Compuestos por rocas de origen carbonático (calizas, margas, dolomías),
donde la porosidad (huecos y cavernas) se desarrollan en forma secundaria por
disolución del carbonato. El agua en estos acuíferos circula por entre los huecos
con una velocidad mayor que en los acuíferos porosos o fracturados

44. Movimiento del Agua Subterránea en un Acuífero
Confinados

45. Porosidad
Permeabilidad
Filtración
Alude a la cantidad de espacios vacíos dentro de la masa rocosa; la
arcilla y la arena son porosas, igualmente una arenisca mal cementada o
una roca fracturada o con planos de disolución, porque hay volumen de
espacios vacíos en el seno de la roca.
FACTORES DEL MOVIMIENTO DE AGUAS
SUBTERRÁNEAS
La permeabilidad alude a la capacidad que tiene un material de permitir
que se establezca el flujo de aguas subterráneas cualquier fluido a través
suyo. Ello dependerá de la porosidad y de la conexión entre las
aberturas e intersticios, y del tamaño y forma de tales conductos.
La filtración varía mucho, según la naturaleza del suelo, la vegetación
y la estación.
Un suelo arenoso y desnudo puede absorber del 30 al 60 % del agua
lluvia caída.
El mismo terreno arenoso recubierto de vegetación, sólo deja filtrar un
10 %, exclusivamente durante el otoño y el invierno.

46. Nivel freático colgado
Manantiales
Localidades donde el nivel freático
colgado intersecta a la tierra
Intrusión Salina

47. • Si el nivel del agua superficial está por encima del nivel
freático,
Si se produce un aporte a las aguas subterráneas, (B)
Si esta por debajo se produce un aporte a las aguas
superficiales. (A)
Relación ríos-capas freáticas

48. • Esquema de sondeo

49. Prestar mas

50. Quiz
1. De donde proviene Agua Subterránea
2. Cual es la diferencia entre :Acuifero, Acutardo,
Acucludo, Acufugo
3. Según la Relación Rios -Capa Freatica:
a. Si el nivel de agua es por encima de Nivel freático se
produce aporte _____________
b. Si el nivel de agua es por debajo de Nivel freático se
produce aporte__________________
4. Fuerzas actuantes en movimiento de agua subterránea
son____________________
5. La Ubicación del Nivel Freático depende de
características ________

51. No espera que otro
haga el trabajo por Ud.