UNIVERSIDAD DE ORIENTE NCLEO BOLVAR ESC CIENCIAS DE

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO BOLÍVAR ESC. CIENCIAS DE LA TIERRA DPTO. DE ING. CIVIL ING. SANITARIAS I Aguas Subterráneas (pozos) Integrantes: Prof. : Ing. Carlos Pérez Marsiglia, Osmer Núñez, Edgard Pérez, Carlos Ciudad Bolívar, Agosto del 2009.

OBJETIVOS Explicar el origen de las fuentes subterráneas. Identificar los diferentes tipos de acuíferos. Definir las características de los acuíferos. Elaborar conceptos de los diferentes elementos que se presentan en el estudio de extracción del agua mediante el bombeo de pozos. Establecer relaciones entre los diferentes elementos en el bombeo de pozos. Aplicar fórmulas de cálculo de los elementos en pozos equilibrados y no equilibrados.

AGUAS SUBTERRÁNEAS (POZOS) Ø BREVE INTRODUCCIÓN. Ø MATERIALES DEL SUBSUELO: Ø CONCEPTOS. Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Aguas Subterráneas - Acuíferos Libres - Acuíferos Confinados - Porosidad - Permeabilidad - Transmisibilidad - Producción especifica y retención especifica - Línea Piezométrica - Coeficiente de almacenamiento Ø HIDRÁULICA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS. - Condición de equilibrio Ø HIPÓTESIS. - Hipótesis Ø EJERCICIOS. - Acuífero Libre - Acuífero confinado

ü Fuentes Subterráneas.

Ø MATERIALES DEL SUBSUELO SE CLASIFICAN: Según su capacidad. Contener Transmitir Acuíferos Gravas Arenas ü ü Acuiclusos Limos Arcillas ü X Acuifugos Rolas X X

Ø CONCEPTOS. Las aguas subterráneas constituyen parte del - Aguas Subterráneas: ciclo hidrológico y son aguas que por percolación se mantienen en movimiento a través de estratos geológicos capaces de contenerlas y de permitir su circulación. Se llaman acuíferos, aquellas formaciones geológicas capaces de contener agua y de permitir - Acuíferos: su movimiento a través de sus poros cumpliendo dos funciones importantes: a) almacenar agua, y b) conducirla.

Ø CONCEPTOS. Son aquellas formaciones en las cuales el nivel del agua - Acuíferos Libres coincide con el nivel superior de la formación geológica Dibujo que la contiene, es decir, la presión en el acuífero es la presión atmosférica.

Ø CONCEPTOS. Se llaman también artesianos, en los cuales el agua esta confinada entre dos estratos - Acuíferos Confinados impermeables Dibujo y sometida a mayores que la presión atmosférica. presiones

Ø CONCEPTOS. - Línea Piezométrica Es una línea imaginaria que coincide con el nivel de la presión hidrostática.

Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Porosidad (n) Por lo general, las rocas no son completamente solidas, sino que poseen gran cantidad de grietas o espacios intergranulares. El conjunto de estas aberturas o intersticios es lo que se llama Porosidad. La porosidad es una medida del contenido de vacíos o intersticios y se expresa como un porcentaje del espacio vacío respecto del volumen total. Gravas 30 a 35 % Arenas 35 a 45 % Arcillas 55% sólidos aguas – vacios

Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Permeabilidad (K) Es el volumen de agua que pasa en la unidad de tiempo (1 día), a través de una sección de acuífero de área unitaria (1 m 2), cuando el gradiente hidráulico es unitario y en condiciones de temperatura de 60º F (15º C). La permeabilidad tiene dimensiones de velocidad Q=V. A m/día o m 3/día/m 2 V = K. i (ley de Darcy) i = gradiente hidráulico 1 m Q i = h/L pendiente de carga por unidad de longitud 1 m 1 m

Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Transmisibilidad (T) Volumen de agua que pasa en la unidad de tiempo, a través de una franja vertical de acuífero de ancho unitario extendida en todo el espesor saturado. Y se expresa en m 3/día/m. T=K. m T = transmisibilidad K = permeabilidad m = espesor del acuífero Franja del acuífero de ancho unitario m = altura del acuífero

Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Producción especifica y retención especifica Producción especifica: Cantidad o volumen de agua que puede ser extraído del acuífero. Retención especifica: Cantidad o volumen de agua extraído en el material poroso dividido entre el volumen total, expresado en porcentaje. Rs = ar x 100 V Ps = ad x 100 V ar = volumen de agua retenida ad = agua drenada V = volumen total Rs = retención especifica Ps = producción especifica

Ø CARACTERÍSTICAS DE LOS ACUÍFEROS. - Coeficiente de almacenamiento (S) Volumen de agua que es drenado por área unitaria, cuando la presión hidrostática desciende una unidad. • Acuíferos libres, S = 0, 02 a 0, 2 • Acuíferos Confinados, S = 5 x 10 -3 a 5 x 10 -5 Esto equivale a decir que de cada m 3 de acuíferos saturados podemos extraer de 0, 02 a 0, 2 m 3 de agua en el primero de los casos, y de 5 x 10 -3 a 5 x 10 -5 para los confinados.

Ø HIDRÁULICA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS. - Condición de equilibrio Al extraer agua de un acuífero, por medio de un pozo, el agua se acerca al pozo desde todas las direcciones en forma radial, convergiendo hacia él, y el área de penetración va disminuyendo constantemente. El agua extraída en los momentos iníciales del bombeo procede de su alrededor, pero a medida que se prolonga el bombeo, el pozo se alimente del almacenaje a distancias mayores, provocando en el acuífero la formación de un cono invertido que se denomina cono de depresión o cono de influencia. R 3 R 2 R 1 h 1 Dibujo h 2 h 3

R 3 R 2 R 1 h 3 h 2

y Q NIVEL ESTATICO h 1 ho o ro x r 1 Q [=] m 3/día Corte esquemático de acuífero libre bajo la condición de equilibrio.

y Q NIVEL ESTÁTICO Capa Impermeable h 1 ho m Capa Impermeable o ro x r 1 Q [=] m 3/día Corte esquemático de acuífero confinado bajo la condición de equilibrio.

1. El Acuífero es Isótropo 2. El espesor es contante 3. El pozo penetra todo el espesor del acuífero 4. El nivel estático es horizontal 5. El flujo es laminar 6. La condición de equilibrio existe 7. El pozo bombeado es 100 por 100 eficiente 8. No existe interferencia de un pozo con otro

üUn pozo de 24 pulg es perforado en un Acuífero de 30 m de espesor, es bombeado durante 72 horas a una rata de 30 LPS. Un pozo de observación a 15 m presenta un abatimiento de 3 m y otro a 30 m con abatimiento de 1 m. Suponiendo que se cumplen las condiciones de equilibrio se pregunta: 1) Cual es el abatimiento del pozo bombeado, ¿se requiere extraer un gasto mayor? 2) Cual es la Transmisibilidad del acuífero 3) A que distancia se recomienda perforar otro pozo para extraer un gasto similar sin producir interferencia.

Conversiones 1” ------ > 0, 254 m 1 m 3 ----- 1000 lts 1 día ----- > 86. 400 seg Datos: Ø = 24” Q = 30 LPS robs 1 = 15 m robs 2 = 30 m sobs 1 = 3 m sobs 2 = 1 m H = 30 m t = 72 horas T=?

• Formulas: • Aplicación de Formula: §Ecuación de Pb y Pobs 1 • Unidades: (1) Q [=] m 3/día K [=] m 3/día/m 2 §Ecuación de Pb y Pobs 2 Ø = 24” ≈ 0, 60 m rb = 0, 60 m = 0, 30 m 2 rb = 0, 30 m Q = 30 LPS x 1 m 3 x 86. 400 seg 1. 000 lts 1 día Q = 2. 592 m 3/día (2) Dibujo

Igualando las ecuaciones (1) y (2) 1) Abatimiento del pozo bombeado y Este abatimiento viene siendo aproximadamente 2/3 del espesor que es lo indicado, por lo cual No se recomienda extraer un gasto mayor. 2) La transmisibilidad del acuífero K = 5, 10 m 3/día/m 2 Se obtuvo sustituyendo hb en ecc. (1) ó (2) T = 153 m 3/día/m Dibujo

3) A que distancia se recomienda perforar otro pozo para extraer un gasto similar sin producir interferencia. La distancia mínima seria dos veces el radio de influencia (2 R) R = 43 m 2 R = 86 m Distancia mínima para perforar otro pozo sin interrumpir el primer pozo. Dibujo

ü Se tienen 3 pozos de 20” de Ø c/u abierto en un acuífero confinado, equidistantes a 30 m c/u, al extraer un gasto de 10 LPS de uno de ellos se mide abatimientos de 3 m en los otros. Si el nivel freático se encuentra a 5 metros de profundidad, a continuación se encuentra un estrato impermeable a 10 m con espesor de 4 metros y posteriormente el acuífero confinado de 15 m hasta la roca, la T= 70 m³/día/m. a) Cuál será el abatimiento de cada uno de los pozos al bombear 10 LPS de cada uno de ellos? b) A que distancia de cualquiera de ellos podría abrirse otro pozo para extraer el mismo caudal sin causar interferencia? Datos: Ø = 20” = 0, 508 m rb = 0, 254 m Q = 10 LPS = 864 m 3/día T = 70 m 3/día/m sobs a = 3 m

Capa impermeable • Formulas: • Unidades: Q [=] m 3/día 30 m K [=] m 3/día/m 2 h [=] m 30 m T [=] m 3/día/m

• Aplicación de Formula: §Ecuación de PA --› PB §Ecuación de PA --› PC Pb Po P 1 P 2 P 3 P 1 12, 37 3 3 P 2 3 12, 37 3 P 3 3 3 12, 37 Σ a) Abatimiento en cada uno de los pozos bombeando 10 LPS. 18, 37 Dibujo

b) A que distancia de cualquiera de ellos podría abrirse otro pozo para extraer el mismo caudal sin causar interferencia? 2 30 m 2 R 315, 04 m 1 30 m 3 Dibujo