RECURSOS

HÍDRICOS

Departamento de GeologíaUniversidad de Chile

HIDROGEOLOGÍA

ESCURRIMIENTO EN MEDIOS PERMEABLESInterpretación de Pruebas de Bombeo

Acuíferos Semiconfinados

El método que a continuación se describe es aplicable a acuíferos semiconfinados,vale decir en aquellos medios permeables que hacia el techo presentan un estratosemipermeable, desde el cual se aporta agua subterránea al acuífero al descenderen éste la carga hidráulica producto del bombeo.

En este caso se incorporan, por lo tanto, dos parámetros adiconales que se denomi-nan : el factor de filtración (L) desde el medio semipermeable y la resistencia hidráu-lica de éste (c). El primero se expresa en “m” y el segundo en días. Se relacionanentre sí mediante la siguiente expresión :

____L = √ T * c

HIDROGEOLOGÍA

ESCURRIMIENTO EN MEDIOS PERMEABLESInterpretación de Pruebas de Bombeo

Acuíferos Semiconfinados

además

hfr - hpiezq = -------------

c

donde

q es el caudal aportado por el medio semipermeable ;hfr es el nivel de carga del medio semipermeable (medio freático) ; yhpiez es el nivel de carga del medio semiconfinado.

HIDROGEOLOGÍAESCURRIMIENTO EN MEDIOS PERMEABLESMétodo de Walton

Este autor desarrolló un método de análisis para el estudio de los acuífe-ros semiconfinados siguiendo una línea de razonamiento semejante a lautilizada por Theis. Las expresiones matemáticas son las siguientes :

Q 4 u T tT = --------- W(u, r/L) S = -------------

4 π s r2

donde

Q es el caudal bombeado en m3/día ;s es el descenso (m) provocado por el bombeo, en un pozo de observa-

ción ubicado a una distancia r del pozo de bombeo ;r es la distancia entre el pozo de bombeo y el pozo de observación (m) ;t es el tiempo de bombeo para el cual se genera el descenso s (días) ;T es la transmisividad del acuífero (m2/día) ;S es el coeficiente de almacenamiento del acuífero (adimensional) ;u parámetro adimensional ;W(u, r/L) función del pozo según Walton, adimensional.

HIDROGEOLOGÍA

HIDROGEOLOGÍAESCURRIMIENTO EN MEDIOS PERMEABLESMétodo de Walton

Para determinar T y S a partir de las ecuaciones señaladas, se debeseguir el siguiente procedimiento :

• preparar las “curvas tipo” de la función del pozo representando en papel lo-garítmico los valores de W(u, r/L) vs los valores de 1/u ;

• representar los valores de s vs los valores de t/r2, obtenidos mediante el con-trol de niveles realizado en el pozo de observación durante la prueba de bom-beo, en un papel logarítmico de la misma escala que la utilizada para las cur-va tipo ;

• superponer la curva de los datos reales a la familia de curvas tipo y, mante-niendo los ejes de coordenadas paralelos, encontrar la posición en la que lamayor parte de los puntos se ajusta a una de las curvas tipo ;

• elegir un punto arbitrario A, en la parte en que ambas hojas se traslapan, y apartir de éste determinar los valores de W(u, r/L), 1/u, s y t/r2 ;

• sustituyendo los valores en las fórmulas indicadas, determinar los valores deT y S ;

• conociendo el valor numérico de r/L, que corresponde al valor de la curva tipoque se escogió, determinar L y conocido este último determinar c mediante lafórmula indicada anteriormente.

HIDROGEOLOGÍACAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA

- Las obras de captación de agua subterránea se pueden subdividir endos grandes conjuntos, aquellas de carácter gravitacional y las no gravi-tacionales.

- A las primeras pertenecen los drenes y galerías de infiltración y las otrascorresponden a sondajes, norias y punteras. Consultar ¨Captaciones delRecurso Subterráneo¨ en Secretaría Docente.

- El término gravitacional hace referencia al hecho de que el agua captadapor la obra fluye naturalmente (por efecto gravitatorio) desde el punto decaptación hasta el sector de consumo o estación de bombeo.

- La decisión que debe tomar el hidrogeólogo al momento de optar por un ti-po determinado de captación va a depender, básicamente, de los siguien-tes parámetros:

• características hidrogeológicas del sector donde se ubicaría la captación;• magnitud de los caudales requeridos; y• costo de la obra.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA

SONDAJES

- Es un tipo de captación subterránea del tipo no gravitacional, que se ca-racteriza por ser profunda y de diámetro mas bien reducido.

- Los sondajes son obras óptimas para sectores donde el nivel estático seencuentra a profundidades superiores a 10 m y donde las fluctuacionesestacionales de este último son importantes.

- Este tipo de captación suele no tener limitaciones en cuanto a los cauda-les a extraer, ya que por lo general dichas limitaciones provienen del a-cuífero.

- Los sondajes son capaces de entregar caudales máximos que pueden al-canzar entre 200 y 250 l/s. Por su puesto estos rendimientos de sondajesson muy poco comunes.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJES

- Son captaciones onerosas debido a que la tecnología y materiales que seutilizan son de alto costo.

- En la construcción de un sondaje se reconocen las siguientes etapas :perforación, habilitación, desarrollo y bombeo.

Perforación

Esta fase es de gran relevancia en el proceso de obtención de datos hidro-geológicos. A continuación se indican los aspectos técnicos de mayor im-portancia que deben considerarse en esta etapa.

Muestreo• Como regla general, es recomendable muestrear cada dos metros mientras

no se alcance el nivel estático y luego metro a metro por debajo de la super-ficie equipotencial.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJES

Muestreo (Continuación)• Las muestras extraídas deben tener unos 3 kg como mínimo y deben sacarse

en duplicado. Una de ellas queda en el terreno hasta el final de la construcción,para luego enviarse a bodega, y la otra debe enviarse al laboratorio para prac-ticar en ella el análisis granulométrico de rigor.

• Es muy recomendable que la obra esté supervisada por un geólogo que puedadescribir en detalle los sedimentos o niveles líticos que constituyen el mediopermeable que se explora.

• Las muestras deben guardarse en bolsas de polietileno gruesas, debidamenteetiquetadas, identificando el pozo, la profundidad de procedencia y la fecha.

• La descripción de las muestras en terreno debe considerar los tres elementosconstitutivos de un depósito, vale decir, la fracción clástica mayor, la matriz yel cemento.

• El análisis granulométrico es importante al momento de definir la habilitacióndel pozo, ya que constituye una medida cuantitativa de las características se-dimentológicas de los materiales, que complementa bien la descripción delgeólogo.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJES

Muestreo (Continuación)

• Las mallas que usualmente se utilizan en un análisis de este tipo son las siguientes :

malla 3/4” = 19,0 mmmalla 3/8” = 9,5 mmmalla 5 = 4,0 mmmalla 10 = 2,0 mmmalla 20 = 0,840 mmmalla 35 = 0,500 mmmalla 60 = 0,250 mmmalla 120 = 0,120 mmmalla 200 = 0,074 mm

• El tamiz más relevante es la malla 200, ya que todo el material que es capazde pasar a través de él corresponde a las fracciones de limos y arcillas, queson las que reducen la permeabilidad del sedimento.

HIDROGEOLOGÍA

Tubería revestimiento de 20”

Tubería revestimiento de 16”

Tubería revestimiento de 14”

Perforación y Tubería de Revestimiento

Perforación

Cabeza Trituradora

Superf detrituración

Vías deagua

Hilo

Cuello

Hombros

Hilo

Cuer-po

Gancho

Cuerpo

HIDROGEOLOGÍA

HIDROGEOLOGÍA

Esquema de Máquina Perforadorade Percusión

(tomada de Custodio y Lamas)

HIDROGEOLOGÍA

Sonda de Rotopercusión (Barber)

Tubería de revestimiento(de perforación)

Pluma de perforación

Camión sobre el que vaemplazada la maquinaria

de perforación

HIDROGEOLOGÍA

Pluma de perforación

Tubería flexible pordonde transita elmaterial extraído

HIDROGEOLOGÍACriba

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJESHabilitación

• La labor de habilitación de un sondaje consiste en definir todos los paráme-tros que caracterizarán al pozo terminado.

• Estos parámetros son los siguientes :- diámetros y espesor de las tuberías y cribas;- ubicación en profundidad de las tuberías y cribas;- abertura de las cribas (slot);- espesor del espacio anular a rellenar con gravilla seleccionada y gra-

nulometría de esta última; y- longitud del sello sanitario y dimensiones del brocal de hormigón.

• La tarea de habilitación se ejecuta considerando los siguientes aspectos re-levantes :

- la descripción estratigráfica ejecutada por el geólogo durante la perfora-ción, para identificar los niveles permeables atravesados;

- los resultados de los análisis granulométricos practicados en las mues-tras extraídas durante la perforación;

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJESHabilitación (Continuación)

- el caudal que se espera del sondaje, ya que esto dimensiona la moto-bomba sumergida que deberá instalarse en el pozo;

- la posición del nivel estático, debido a que las cribas debieran ubicar-se desde algunos metros por debajo de éste;

- profundidad a la cual se proyecta instalar la bomba, ya que nunca de-be instalarse la succión de la bomba enfrentada a un nivel habilitadocon cribas; y

- la información hidrogeológica disponible de pozos aledaños.

Desarrollo

• La labor de desarrollo del pozo consiste en remover de los entornos inmediatosdel sondaje las fracciones de limos, arenas finas y muy finas. Este trabajo se e-jecuta de dos formas distintas : mediante la inyección de aire a presión o median-te pistoneo con una herramienta conocida como émbolo buzo.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASONDAJESDesarrollo (Continuación)

• El desarrollo, al retirar los finos y las arenas del acuífero enfrentado a las cribas,permite conformar un verdadero filtro natural en los entornos del pozo. Esto ga-rantiza que durante la explotación, no accedan al sondaje fracciones arenosas que destruirían en poco tiempo la bomba.

• El sistema de desarrollo mediante aire a presión es rápido pero suele ser mode-radamente eficiente; sin embargo el método con émbolo buzo, si bien es lento,permite generar una gradación granulométrica en el acuífero próximo al pozo, es-tructurando un filtro natural my eficiente para deterner el acceso de fraccionesarenosas al pozo durante la explotación.

HIDROGEOLOGÍA

Espa

cio

Anu

lar R

elle

no c

on G

ravi

lla

Espa

cio

Anu

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elle

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ravi

llaAcuífero Acuífero

Embolo Buzo

HIDROGEOLOGÍAResultados de Desarrollo Unidireccional (con aire)

yBidireccional (con émbolo buzo)

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEADRENES

• Los drenes son captaciones gravitacionales de disposición subhorizontal que seemplazan en áreas donde el nivel estático es muy estable y poco profundo (0 a 2,5 mdesde la superficie del terreno).

• Este tipo de captación es apta tanto para la obtención de agua subterránea comopara drenar áreas donde la posición de la superficie freática es muy somera, gene-rando dificultades para emplazamientos urbanos o para la actividad agrícola.

• Básicamente existen dos tipos de drenes : abiertos y cubiertos. Los primeros sonsimplemente zanjas que colectan el agua subterránea de la porción superior delacuífero, permitiendo el flujo en su interior para evacuar los recursos hacia aguasabajo. Estos drenes son eficientes y de bajo costo, pero pueden representar un ries-go para personas o animales por el hecho de ser abiertos al igual que los canales.

• Los drenes cerrados pueden ser zanjas rellenas con material detrítico grueso, al-tamente permeable, o tuberías enterradas que colectan el agua para conducirla a-guas abajo.

HIDROGEOLOGÍADren Abierto

Relleno con Gravilla

Dren Cerrado (Tubería Ranurada)

HIDROGEOLOGÍACAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEADRENES

• Los rendimientos de un dren por metro lineal son muy variables, en términos gene-rales se puede estimar un rango entre 0,05 l/s a 0,5 l/s. Esto implica que un dren de100 m de largo podría aportar cerca de 50 l/s.

• La gran ventaja de este tipo de captación es el ahorro de energía para extraccióndel agua desde el acuífero. Si el punto de consumo se ubica aguas abajo de la cap-tación, el suministro sería gravitacional, lo que a largo plazo implica una fuerte dis-minución de los costos de operación.

• Cuando el dren es de gran diámetro se habla de una galería de infiltración. Estees el caso de la Galería Las Vegas que es una obra subterránea que atravieza trans-versalmente todo el valle del río Aconcagua en el sector homónimo. Esta captacióndata de principios del siglo pasado (siglo XX).

• En el caso de los drenes cerrados, conformados por tubería enterrada, el sistemade construcción se inicia desde aguas abajo hacia aguas arriba. Al interceptar la su-perficie freática y comenzar el flujo de agua, éste se canaliza en una zanja para po-der continuar la penetración en el acuífero.

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEAPUNTERAS

• Las punteras son cilindros generalmente metálicos de diámetro pequeño (11/2” a 4”)y largo entre 5 y 7 m. En el extremo inferior están dotadas de una punta de lanza ysu tramo terminal es ranurado de forma que el agua subterránea pueda acceder alinterior del cilindro.

• Este tipo de captación se adecua muy bien a sectores donde el acuífero se anida ensedimentos arenosos con muy escasas fracciones gruesas y donde el agua subte-rránea se presenta siempre muy somera.

• El emplazamiento se logra hincando la puntera en el terreno, para lo cual se inyectaagua a presión a través de ella, de forma que aprovechando la punta de lanza de suextremo, se pueda hundir en el sedimento.

• Las punteras no se instalan por unidad, sino que siempre se emplazan conjuntosde ellas en lo que se dado en denominar malla de punteras.

• El caudal de cada puntera es por lo general bajo (0,2 a 1,5 l/s) de allí que sea siem-pre necesario construir mallas de punteras que puedan aportar caudales mayores.

HIDROGEOLOGÍA

N.E.

N.D.

MotobombaMalla de Punteras

HIDROGEOLOGÍA

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEANORIAS

• Este es un tipo artesanal de captación de agua subterránea que ha sido y seguirásiendo utilizada por largo tiempo.

• Se caracteriza por ser una captación de gran diámetro y de poca profundidad (ge-neralmente entre 5 y 25 m) que suele verse afectada por las fluctuaciones estaciona-les del nivel estático y que debe construirse en sectores donde el agua subterránease presente poco profunda.

• En general son captaciones de rendimiento moderado, que se utilizan con fines do-miciliarios o agrícolas, cuando los requerimientos son modestos (1- 30 l/s aprox.)

• Este tipo de captación se construye de modo artesanal y siempre es convenienteiniciar la excavación con un diámetro importante (2,5 a 3,5 m) de forma que puedaprofundizarse durante los períodos de sequía, cuando la superficie equipotencialdesciende producto de la ausencia o disminución ostencible de la recarga.

HIDROGEOLOGÍA

N.E.

N.D.

Brocal dehormigón

Tubería decemento comprimido

de diámetro 1,2 m

Barbacanas

Relleno congrava y gravilla

FlujosubterráneoFlujo

subterráneo

Flujo subterráneo

CORTE ESQUEMÁTICO DE UNA NORIA

HIDROGEOLOGÍAESQUEMA DE BOMBEO DESDE UNA NORIA

N.E.N.D. 1

Flujo subterráneo

N.D. 2

Succión

ImpulsiónMotobomba

Asiento paraMotobomba

3,5 a 3,0 m

Válvula