HDL I Cap 7 AGUAS SUBTERRÁNEAS

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Hidrología 
M.Sc. Marina Farías de Reyes 1
Ingeniería Civil
Cap 7
Aguas subterráneas
I. Variables hidrológicas
M.Sc. Marina Farías de Reyes
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http://geotecniafacil.com/que-es-un-acuifero/
IMPERMEABLE
IMPERMEABLE
http://www.unidiversidad.com.ar/acuiferos
o basamento
Acuífero libre
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https://hmgeounah.files.wordpress.com/2016/04/001_03_08_aguas_subterraneas.pdf
MANANTIAL O FUENTE
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Acuífero
Acuitardo
Acuícludo
Basamento
Lecho confinante
DEFINICIONES BÁSICAS
Porosidad Permeabilidad
Acuífero
Alta o media
Alta
Acuitardo
Baja
Acuicludo
Alta
Nula
Acuífugo
Nula
TIPOS DE FORMACIONES 
HIDROGEOLÓGICAS
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TIPOS DE ACUIFEROS
 Su parte superior está delimitada por un 
estrato impermeable o de muy baja 
permeabilidad por lo que el flujo de agua es 
prácticamente inexistente.
 El acuífero se encuentra completamente 
saturado y la presión a la que se encuentra 
sometida el agua es superior a la 
atmosférica. 
 En los casos, donde el agua subterránea 
asciende hasta la superficie, estas se 
denominan captaciones surgentes o 
artesianas.
 Reciben la recarga de agua de otras zonas 
más alejadas donde la capa superior no es 
impermeable y por tanto en esta zona 
funcionan como acuíferos libres.
ACUÍFERO CONFINADO O CAUTIVO
IMPERMEABLE
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 Se trata de un acuífero que no se 
encuentra confinado por ninguna capa 
impermeable o de baja permeabilidad y 
por tanto el límite superior de la zona 
saturada de agua (nivel freático) se 
encuentra a presión atmosférica.
 Por encima de este límite superior de 
agua, los poros se encuentran, al menos 
en parte ocupados por aire 
constituyendo la zona no saturada.
ACUÍFERO LIBRE
IMPERMEABLE
 Se trata de acuíferos intermedios entre 
acuíferos libres y acuíferos confinados.
 Su característica principal es que la 
parte superior está compuesta por un 
terreno de permeabilidad reducida, pero 
sin llegar a ser impermeable (acuitardo). 
 Es posible la recarga a través de este 
nivel pero en un trascurso de tiempo 
importante.
ACUÍFERO SEMICONFINADO
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 Aquel que contiene agua 
libre por encima del cuerpo 
principal de agua subterránea.
 Y que está separado de ésta 
por un estrato poco permeable 
y por una zona no saturada.
 Acumulaciones de agua 
subterránea de escasa 
continuidad lateral situadas por 
encima del nivel 
freático principal.
ACUÍFEROS COLGADOS 
O BOLSAS DE AGUA
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Adaptado de: http://www.unidiversidad.com.ar/acuiferos
o basamento
Acuífero libre
Acuífero libre salado
Acuífero confinado dulce
CONSIDERACIONES
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R
E
LA
C
IO
N
E
S
 B
Á
S
IC
A
S
 
C
O
N
 U
N
 R
ÍO
CONO DE 
DEPRESIÓN
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IMPACTOS
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INTRUSIÓN SALINA
INTRUSIÓN SALINA
Causada por 
bombeo 
excesivo
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CONTAMINACIÓN DEL 
AGUA SUBTERRÁNEA
LEY DE DARCY
 Henry Darcy trabajó muchos años en el abastecimiento de agua a la 
ciudad francesa de Dijon.
 Se interesó en el flujo del agua a través de los medios porosos 
porque se utilizaban filtros de arena para depurar el agua y por la 
observación de pozos que contribuían al abastecimiento de la ciudad. 
 En 1856 presentó un informe sobre el tema, que incluía un pequeño 
apéndice describiendo sus experimentos y la obtención de la ley. 
 Ese anexo puede considerarse el nacimiento de la hidrogeología 
como ciencia, ha sido la base de todos los estudios físico-
matemáticos posteriores sobre el flujo del agua subterránea. 
http://hidrologia.usal.es 
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 En los laboratorios actuales se usan aparatos similares al que utilizó Darcy, y 
que se denominan permeámetros de carga constante.
 Básicamente un permeámetro es un recipiente de sección constante por el 
que se hace circular agua conectando a uno de sus extremos un depósito 
elevado de nivel constante. 
 En el otro extremo se regula el caudal de salida mediante un grifo que en 
cada experimento mantiene el caudal también constante.
 Finalmente, se mide la altura de la columna de agua en dos puntos
LEY DE DARCY: PERMEÁMETRO
http://hidrologia.usal.es 
𝑖
 Darcy repitió el experimento con varios materiales porosos y cambiando las 
variables,
 Dedujo que el Q era linealmente proporcional a la sección y al gradiente 
hidráulico. 
 Y que la constante de proporcionalidad era característica de cada arena o 
material que llenaba el permeámetro. 
LEY DE DARCY
http://hidrologia.usal.es 
𝑄~𝑖;𝑄~𝐴 
𝑸 𝑲. 𝒊.𝑨
𝑖
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 La constante de proporcionalidad era característica de cada material que 
llenaba el permeámetro. 
 Gradiente adimensional.
 v = q = Q/A (LT-1)
 K(LT-1)
LEY DE DARCY: 
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA O PERMEABILIDAD
http://hidrologia.usal.es 
𝑄~𝑖;𝑄~𝐴 
𝑸 𝑲. 𝒊.𝑨 
𝒗 𝒐 𝒒 𝑲. 𝒊
𝑖
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
O PERMEABILIDAD
 Facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por un fluido 
(agua).
 Constante de proporcionalidad lineal entre el caudal y el 
gradiente hidráulico:
http://hidrologia.usal.es 
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ENSAYO O PRUEBA DE 
BOMBEO
Es una herramienta común 
utilizada en hidrogeología 
para caracterizar y evaluar 
un acuífero.
Se realiza por medio de 
bombeo, y observando su 
respuesta (descenso de 
nivel) en un pozo(s) de 
observación.
ENSAYO O PRUEBA DE BOMBEO
Típicamente se interpretan usando un modelo analítico de 
flujo en el acuífero. 
Así, se hacen calzar los datos observados en el mundo real, 
asumiendo que los parámetros del modelo ideal son 
aplicables al acuífero del mundo real.
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ENSAYOS DE BOMBEO EN POZOS 
Permiten obtener resultados que se pueden clasificar en dos 
grupos:
a) La construcción experimental de:
• Curvas de caudal-nivel en función del tiempo de bombeo.
• Curvas de abatimiento-caudal.
• Curvas de remontada (recuperación) de la napa.
b) La obtención de parámetros e indicaciones directas 
aproximadas de los factores que permitan una explotación racional 
de la napa como son:
• La permeabilidad.
• Las reservas y posibilidades de captación de caudal de la napa.
• La frecuencia y volumen de la realimentación de la napa. 
CONDICIONES
Desde el punto de vista del tiempo, los ensayos 
pueden realizarse bajo:
Régimen permanente o estacionario.
Régimen transitorio o variable.
El análisis de los resultados dependerá si se está 
trabajando en un acuífero libre o uno confinado.
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Modelos matemáticos para estudiar los acuíferos y pozos
RÉGIMEN PERMANENTE O 
ESTACIONARIO
ACUÍFERO LIBRE
Q
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RÉGIMEN PERMANENTE O 
ESTACIONARIO
ACUÍFERO LIBRE
Q Caudal extraído del pozo 
(m3/s)
D Diámetro del pozo (m)
r Radio del pozo (m)
H Profundidad del acuífero o 
nivel estático del pozo (m)
h Nivel dinámico del pozo (m)
z Nivel dinámico en un punto 
ubicado a una distancia x del 
pozo
(H-h) = sp: Abatimiento del pozo 
(H-z) = s: Abatimiento de un punto 
ubicado a una distancia x
R Radio de Influencia del cono 
de depresión (m)
K Conductividad hidráulica del 
acuífero (m/s)
ACUÍFERO LIBRE
FÓRMULAS DE DUPUIT
Para conocer el caudal, si conozco el radio de 
influencia y los niveles estático y dinámico 
del pozo:
Si tengo un piezómetro ubicado a “x” del 
centro del pozo, mido el nivel freático, que 
habrá descendido “s=H-z”, puedo igualar los 
Q y determinar R despejando de:
)/ln(
)( 22
rR
hHk
Q



)/ln()/ln(
2222
rx
hz
rR
hH 


Régimen permanente
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Si tengo, además del pozo ensayado, dos piezómetros 
más, donde puedo medir el abatimiento “s1” y “s2”, se 
podrá determinar gráficamente el radio de influencia “R”. 
Previamente, debemos hacer la corrección de Jacob a los 
abatimientos medidos:
H
s
ssc 2
2

Régimen permanente Acuífero Libre
s1
s2
z1
z2
x1
x2
Determinación del radio R gráficamente: ploteamos en un 
papel semilogarítmico los datos correspondientes a los 
dos piezómetros y prolongamos la recta así formada 
hasta tocar el eje x. Dicha intersección es R.
Acuífero libre en régimen permanente
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 10 100 1000
x (distancia al pozo - m)
S
c 
 (
m
)
R
Régimen permanente Acuífero Libre
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RÉGIMEN PERMANENTE
ACUÍFERO CONFINADO
e
Q
RÉGIMEN PERMANENTE
ACUÍFERO CONFINADO
Q Caudal extraído del pozo (m3/s)
D Diámetro del pozo (m)
r Radio del pozo (m)
H Profundidad del acuífero o nivel 
estático del pozo (m)
h Nivel dinámico del pozo (m)
(H-h) = sp: Abatimiento del pozo 
(H-z) = s: Abatimiento de un 
punto ubicado a una distancia x
R Radio de Influencia del cono de 
depresión (m)
K Conductividad hidráulica (m/s)
e Espesor del acuífero
En un acuífero cautivo los R son 
mayores que en uno libre.
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ACUÍFERO CONFINADO
FÓRMULAS DE THIEM
)/ln(
)(2
rR
hHeK
Q



Para conocer el caudal, si conozco el 
radio de influencia y el nivel 
dinámico del pozo:
Si tengo un piezómetro ubicado a 
“x” del centro del pozo, el nivel 
freático estará a una profundidad 
“s=H-z”, puedo determinar R:
)/ln()/ln( rR
hH
rx
hz 


Régimen permanente
)/ln(
)(2
rx
hzeK
Q



Para determinar la T, manipulamos la siguiente expresión:
Luego, para dos puntos 1 y 2:
Restando y despejando:
)/ln(
)(2
rx
hzeK
Q



hzrx
T
Q
)/ln(
2
hzrx
T
Q
 11 )/ln(
2
hzrx
T
Q
 22 )/ln(
2
menos
2121 )/ln(
2
zzxx
T
Q

 )(
)/ln(
2 21
21
zz
xxQ
T



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TRANSMISIBILIDAD O 
TRANSMISIVIDAD
SUPERPOSICION DE EFECTOS
http://ponce.sdsu.edu/uso_y_sostenibilidad_del_agua_subterranea.html
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Q= 6 l/s
Q= 3.5 l/s
 Si disponemos de los datos suficientes para calcular el descenso
que produciría A si B no bombeara, y análogamente el que
produciría solamente B, en el caso real (bombean los dos) bastará
calcular el descenso producido por uno y por otro y sumarlos.
SUPERPOSICIÓN DE EFECTOS
Q= 6 l/s
Q= 3.5 l/s
Calcular el abatimiento total en x:
 Acuífero confinado de 10 m de espesor.
 Radios de influencia:
 Ra= 300 m, Rb= 200 m. x
R
T
Q
s ln
.2

T= 30 m/d
T= 1.25 m/h
T= 0.0003 m/s
Pozo A B
Q= 0.006 0.0035 m3/s
x= 140 95 m
R= 300 200 m
ln(R/x) 0.7621 0.7444
S= 2.10       1.19       m
Stotal= m3.29