García Rodríguez, M y Fernández Escalante A. E.(2009). Hidrogeología básica. básica. Las aguas subt subt erráneas y su fluj o ( 3º edición) edición) . Ediciones Ediciones FI FI EC, 135 pág.
Capítulo 2
2.1. Definiciones 2.1.1. Acuífero Se denomina acuífero a aquel estrato o formación geológica, que permitiendo la circulación de agua por sus poros o grietas, hace que el hombre pueda aprovecharla en cantidades económicamente apreciables para subvenir a sus necesidades (Custodio y Llamas, 1983). Según la presión del agua contenida en los acuíferos, puede hablarse de: acuíferos libres, acuíferos confinados o acuíferos semiconfinados. a) Acuífero libre Los acuíferos libres se caracterizan por tener una superficie libre de agua en contacto directo con el aire, es decir, que está a presión atmosférica. El nivel del agua en los pozos de estos acuíferos coincide con el límite superior de la zona saturada (figura 2.1). b) Acuífero confinado o cautivo Son acuíferos en los que el agua se encuentra a una presión mayor que la atmosférica. El agua en estos acuíferos rellena todos los poros de la formación geológica. A efectos prácticos para su identificación en campo, cuando se perfora un pozo, el nivel del agua asciende por encima del techo del acuífero. Es decir, el nivel piezométrico se encuentra siempre por © Ediciones FIEC
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encima del techo de la formación geológica que almacena el agua (figura 2.2).
Figura 2.1. Bloque diagrama esquemático de un acuífero libre parcialmente drenado por un río.
Figura 2.2. Esquema de un acuífero confinado.
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c) Acuífero semiconfinado En este tipo de acuíferos el agua se encuentra a una presión superior a la atmosférica, y el nivel piezométrico también se sitúa por encima del techo del acuífero. A diferencia de los acuíferos cautivos, tienen conexión con el exterior en algún punto, bien a través de un acuitardo o por contacto directo.
Figura 2.3. Esquema de un acuífero semiconfinado. En la zona de la derecha, el acuífero está en contacto directo con la superficie, y se comportará como libre. Se denomina zona surgente a aquella en la que el nivel piezométrico se sitúa por encima de la superficie topográfica. En los pozos que se perforen en la zona surgente el agua llegará a la superficie o cerca de ella sin necesidad de bombearla.
Con frecuencia al analizar la estructura geológica de una región cuando se quiere hacer un estudio hidrogeológico, nos encontramos series de estratos de diferentes permeabilidades, que suelen dar lugar a acuíferos superpuestos. Generalmente en la superficie se encuentran acuíferos libres, y en niveles más profundos acuíferos confinados o semiconfinados (figura 2.4).
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Figura 2.4. Esquema de una zona con superposición de acuíferos. A. Acuífero libre drenado por un manantial, B. Acuífero confinado con pozos no surgentes y C. Acuífero confinado con una extensa zona surgente.
Figura 2.5. Esquemas comparativos entre un acuífero y un acuitardo. En un acuífero, a las pocas horas de perforar un pozo el nivel freático en su interior coincide con el del acuífero. En un acuitardo, a pesar de que los materiales puedan estar completamente saturados, el volumen de agua que puede extraerse del pozo es muy escaso debido a la baja permeabilidad de la formación geológica.
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2.1.2. Acuitardo Este término se refiere a las formaciones geológicas que, conteniendo apreciables cantidades de agua, la transmiten tan lentamente que hace que no sean aptas para el emplazamiento de captaciones de agua. Las arcillas limosas o arenosas pueden servir como ejemplo de acuitardo (figura 2.5).
2.1.3. Acuicludo Se define como aquella formación geológica que conteniendo agua en su interior, incluso hasta la saturación, no la transmite y por lo tanto no es aprovechable. Un ejemplo de acuicludo son algunas arcillas.
2.1.4. Acuífugo Se refiere a las formaciones geológicas que ni contienen agua ni la pueden transmitir. El granito inalterado sería un ejemplo de acuífugo.
Figura 2.6. Acuicludo y acuífugo. En el acuicludo los materiales pueden contener agua pero no transmitirla, de modo que si se perfora un pozo apenas tendrá agua (por ejemplo las arcillas). En un acuífugo los materiales no pueden almacenar agua y los pozos estarán siempre secos (por ejemplo el granito inalterado).
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2.2. Parámetros hidrogeológicos Los parámetros hidrogeológicos permiten conocer y cuantificar cómo es el movimiento del agua en el interior del acuífero, de acuerdo con la ecuación general del flujo de las aguas subterráneas. Seguidamente se definen los más útiles y empleados, que son: porosidad, permeabilidad, transmisividad, coeficiente de almacenamiento, así como el concepto de caudal específico.
2.2.1. Porosidad La porosidad de una roca, o porosidad total, viene expresada por la relación entre el volumen de intersticios en una muestra dada de un medio poroso y el volumen bruto del medio poroso incluidos los huecos. Se representa por la letra “m”y suele expresarse en tanto por ciento.
m = Vh /Vr Donde: Vh = es el volumen de huecos Vr = es el volumen de roca Entre otros factores, la porosidad de una roca depende de parámetros texturales tales como: el tamaño, la selección, la forma, el empaquetamiento y la madurez textural y composicional. En estudios hidrogeológicos, para conocer cómo se mueve el agua a través de acuífero, tiene más interés el término de “porosidad eficaz”, que según UNESCO (1992), puede definirse como la relación entre el volumen de agua que puede ser drenado por gravedad de un medio poroso inicialmente saturado, y el volumen total del medio poroso. Se representa por “m e”y se suele expresar en tanto por ciento.
me= Vhc /Vr
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Donde: Vhc = es el volumen de huecos conectados entre sí. Vr = es el volumen de roca.
Figura 2.7. A) La porosidad total incluye todos los poros de la porción de roca considerada, independientemente de que contengan o no agua, y de que estén conectados entre ellos. B). Para determinar la porosidad eficaz, únicamente se consideran los poros interconectados que permiten el movimiento del agua. En la figura viene representado por los poros sombreados, todos ellos conectados entre sí.
2.2.2. Permeabilidad La permeabilidad se define como el flujo unitario de agua que atraviesa una sección unitaria de acuífero, bajo la influencia de un gradiente hidráulico unitario, a temperatura de campo, y se expresa como: 2
K = c d γ / µ Donde : c = constante adimensional. d2 = factor que depende de la superficie intergranular. γ = peso específico del líquido. µ = viscosidad del líquido. © Ediciones FIEC
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en esta expresión, al término cd 2 = k, que es la permeabilidad intrínseca o específica, y depende exclusivamente de las características del terreno. La permeabilidad (K) se suele expresar en m/día. No se puede establecer una relación directa entre permeabilidad y porosidad, ya que por ejemplo un terreno muy poroso puede tener una permeabilidad baja si sus poros son pequeños y están mal conectados, o bien tener una alta permeabilidad si los poros son grandes y están bien interconectados. La permeabilidad está relacionada con la porosidad eficaz.
Tabla 2.1. Valores de la permeabilidad (según autores)
K (m/día) K < 10-2 10-2 < K < 1 1 < K < 10 10 < K < 100 K > 100
Calificación estimativa Muy baja Baja Media Alta Muy alta
2.2.3. Transmisividad Es el volumen de agua que atraviesa una banda de acuífero de ancho unitario en la unidad de tiempo y bajo la carga de un metro. Es un parámetro representativo de la capacidad que tiene el acuífero para ceder agua. Se suele medir en m 2 /día, siendo menos habitual en m2 /hora o en 2 m /segundo. Este parámetro se obtiene a partir de la realización de ensayos de bombeo en pozos. Básicamente, el método empleado en estos ensayos consiste en extraer agua de los pozos, y medir, para diferentes intervalos de tiempo, los caudales bombeados y los descensos del nivel del agua bien en el pozo de bombeo o en piezómetros de observación perforados en la zona o radio de influencia del acuífero. Existen varios métodos para su determinación que
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no serán tratados en este libro. El lector interesado, puede familiarizarse con ellos en el libro de Villanueva e Iglesias (1983). Tabla 2.2. Valores de la transmisividad (según autores)
T (m2 /día) T < 10 10 < T < 100 100 < T < 500 500 < T < 1.000 T > 1.000
Calificación estimativa Muy baja Baja Media a alta Alta Muy alta
La permeabilidad y transmisividad se relacionan por la expresión:
T=K· b Donde: b = es el espesor del acuífero considerado (en metros). K = permeabilidad (m/día).
Figura 2.8. Esquema explicativo del concepto de la transmisividad calculado a partir de la permeabilidad y del espesor saturado.
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2.2.4. Coeficiente de almacenamiento En Custodio y Llamas (1983) se define como el volumen de agua que puede ser liberado por un prisma vertical del acuífero de sección igual a la unidad, y altura igual a la del acuífero saturado, si se produce un descenso unidad del nivel piezométrico o de la carga hidráulica. Es un parámetro adimensional. En el glosario de la UNESCO (1992), el coeficiente de almacenamiento viene definido como el volumen de agua liberado o añadido a un acuífero por unidad de superficie del acuífero y por unidad de variación de carga hidráulica. Tabla 2.3. Valores del coeficiente de almacenamiento (según autores). Tipo de material permeable Cárstico: Caliza y dolomías jurásicas
Tipo acuífero
Valor medio de S
Libre Semiconfinado Confinado
2 x 10-2 5 x 10-4 5 x 10-5
Cárstico: Calizas y dolomías cretácicas Libre y terciarias Semiconfinado Confinado Poroso intergranular: Gravas y arenas Libre Semiconfinado Confinado Cársticos y porosos: Calcarenitas marinas terciarias Libre
2 x 10-2 - 6 x 10-2 10-3 - 5 x 10-4 10-4 - 5 x 10-5 5 x 10-2 - 15 x 10-2 10-3 10-4 15 x 10 -2 - 18 x 10-2
En acuíferos libres el coeficiente de almacenamiento coincide con la porosidad eficaz y se puede representar en tanto por ciento.
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Figura 2.9. Coeficiente de almacenamiento en un acuífero libre. Representa el volumen de agua vaciado al descender el nivel freático la unidad, sobre un prisma de base unitaria. Coincide con la porosidad eficaz.
Figura 2.10. Coeficiente de almacenamiento en un acuífero confinado. La figura representa un prisma de base unitaria con un descenso unitario del nivel piezométrico.
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2.2.5. Caudal específico El caudal específico (Q e) de un pozo se define como el cociente entre el caudal de agua bombeada, expresada en litros por segundo, y el descenso del nivel piezométrico producido en el pozo expresado en metros. Este parámetro da una idea del rendimiento de las captaciones y está muy relacionado con la transmisividad del acuífero, que se puede determinar con bastante aproximación mediante la expresión. 2
T (m /día) = Qe (l/s/m) · 100
Figura 2.11. El caudal específico se expresa como el cociente entre el caudal bombeado en un pozo, expresado en l/s, y el descenso medido en el pozo en metros.
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