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• Carlos

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………...……..pág. 3 Objetivo general Objetivos específicos I.

MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………………………..……….…pág. 5

1.1.

Acuíferos…………………………………………………………………………………..……pág. 5

1.2.

Acuífero no confinado………………………………………………………...…………pág. 6

1.2.1. Ventajas y desventajas………………………………………………………………..…pág. 7 1.2.2. Características principales de los acuíferos libres……………………………pág. 8

II.

1.3.

¿Cómo sale a la superficie el agua subterránea?...............................pág. 9

1.4.

Propiedades importantes de los acuíferos………………………………….....pág. 10

1.5.

Ley de Darcy……………………………………………………………………………..…...pág. 10

1.6.

Ejercicio de aplicación…………………………………………………………………….pág. 12

CONCLUSIONES……………………………………………………………………….…...........................pág. 14

Referencias bibliográficas

I.

INTRODUCCIÓN

El recurso hídrico, a nivel nacional, está siendo altamente afectado por la presión humana, agravando cada vez más su disponibilidad (cantidad y calidad). Estos factores de presión son fundamentalmente la sobreexplotación de acuíferos, el vertimiento de sustancias contaminantes a los cuerpos de agua, los cambios en el uso del suelo tales como la deforestación, las prácticas agrícolas inadecuadas, el incremento de urbanizaciones en zonas de producción hídrica, entre otros. Este decrecimiento en la disponibilidad hídrica aunando a un alto índice de crecimiento poblacional, generan conflictos los cuales están incrementando y que tienden a agravarse; si no se toman las medidas necesarias, como la regulación del uso del agua a través de mecanismos de planificación normativas y leyes que permitan su protección y su distribución en forma racional, que se refleja también en la sobreexplotación del recurso agua del subsuelo. En ese sentido, es necesario conocer cómo es que se genera el agua subterránea en el subsuelo; porque es tan importante como reserva de agua dulce; si existe algún misterio en su origen magmático o profundo; o si es considerado más que una fase o etapa del ciclo del agua. A veces se olvida esta obviedad y se explotan las aguas de una región como si nada tuviera que ver con las precipitaciones o la escorrentía superficial con resultados indeseables. Las aguas subterráneas son las aguas procedentes de las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo, etc.) y del deshielo de la nieve que se infiltra en el terreno a través de las rocas permeables y que forman la superficie terrestre. Esta agua infiltrada se desplaza por el interior de la tierra lentamente por gravedad, hasta que se encuentra una roca impermeable; que no deja pasar el líquido y no puede seguir su descenso acumulándose y formando lo que se conoce con el nombre de acuífero. El agua subterránea es de gran importancia, especialmente en aquellos lugares secos donde el escurrimiento fluvial se reduce mucho en algunas épocas del año. Se estima que en Estados Unidos, de toda el agua que se usa al año, una sexta parte es agua subterránea, En Lima, por otro lado, del total de agua que se consume un 40% proviene del subsuelo. En el presente informe se presenta el tema de acuíferos no confinados o libres que es aquel que no tiene una capa de materiales impermeables encima de ellas. En el acuífero libre el nivel freático coincide con la superficie y se encuentra en contacto directo con la zona sub saturada del suelo. Su posición varía dependiendo de la época de lluvias o las épocas secas.

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: 

Estudiar y presentar el marco teórico sobre acuíferos no confinados o libres a partir de la investigación de diferentes fuentes de consulta.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: 

Aplicar las ecuaciones básicas de acuíferos no confinados en el ejercicio de aplicación.



Explicar las ventajas y desventajas de los acuíferos libres.



Describir las características de los acuíferos libres.

II. MARCO TEÓRICO 2.1. ACUÍFEROS Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de río, limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina nivel freático, y en el caso de un acuífero libre, corresponde al nivel freático.

En el subsuelo, el agua se puede encontrar bajo una amplia gama de condiciones, desde el agua que circula libremente, hasta el agua que se encuentra formando parte de la estructura de las rocas. Las formaciones que contienen y transmiten agua del subsuelo reciben el nombre de acuíferos. Los tipos principales son dos: no confinados y confinados.

2.2. ACUÍFEROS NO CONFINADOS Llamado también acuífero libre, se dice que es libre cuando presenta como límite superior la superficie freática y como límite inferior una unidad del tipo de los acuíferos (impermeable). Este tipo de acuífero funciona con una superficie freática a una presión igual a la atmosférica y su espesor varía en el tiempo, esto es, con las fluctuaciones de la superficie freática.

El flujo es libre como en los canales; la línea de energía es siempre descendente en el sentido del flujo; el nivel freático sigue más o menos las mismas variaciones de la superficie. Los acuíferos no confinados son como verdaderos lagos subterráneos en material poroso; como no hay restricción en la parte superior el nivel freático es libre de subir y bajar. Si se perforan pozos de observación hasta el estrato impermeable, el lugar geométrico de los niveles alcanzados es el ni ve1 freático (figura 5.2).

Los acuíferos no confinados son como verdaderos lagos subterráneos en material poroso; como no hay restricción en la parte superior el nivel freático es libre de subir y bajar (figura 5.3). Muchas veces estos acuíferos alimentan corrientes superficiales y lagos.

Al ser bombeado un acuífero libre, el agua de su almacenamiento se mueve por efecto de la gravedad hacia el nivel freático conforme éste desciende. A este mecanismo se le conoce como "drenaje retardado" y es otra característica de un acuífero libre.

2.2.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Un acuífero libre presenta ciertas ventajas con respecto a los otros tipos de acuíferos: 

Cede volúmenes de agua muchos mayores por cada metro de abatimiento del nivel freático



Presenta mejores condiciones de recarga, por estar totalmente abierto a la superficie en su límite superior.

No obstante, su gran desventaja respecto a los demás acuíferos, es su alto nivel de susceptibilidad a la contaminación proveniente de la superficie del terreno, ya sea por infiltración directa de sustancias líquidas peligrosas y/o por la lixiviación de materiales contaminantes localizados en la superficie del terreno, tales como fertilizantes, desechos sólidos ( basura).

2.2.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS ACUÍFEROS LIBRES Tiene una superficie freática sin presión, debido a que cuentan con una superficie libre y con comunicación directa con la atmósfera (la presión sobre la superficie freática es igual a la presión atmosférica) Su espesor, así como la temperatura del agua, su mineralización y el caudal asequible dependen de fluctuaciones estaciónales climáticas, durante el transcurso de los años; si son de gran espesor (>1000 m) se manifestarán diferentes sistemas de flujo subterráneo y en consecuencia, aguas de diferente calidad físico-química. • La recarga se produce por:  La infiltración de las precipitaciones atmosféricas.  La infiltración de las aguas de los ríos, lagos y canales.  La condensación de los vapores de agua dentro del terreno.  El movimiento lateral de agua procedente de otros acuíferos (colgados, superiores o laterales)  Se localizan en casi todas partes, por lo común, asociados a depósitos no consolidados de edad cuaternaria en los cauces de los ríos, en los aluviones antiguos y actuales valles fluviales, en los conos aluviales de pie de monte y en la zona de meteorización y fracturamiento de las rocas compactas.  Son fácilmente accesibles a la explotación, cuando se encuentran a poca profundidad, situación que puede permitir el acceso de sustancias contaminantes.  El agua contenida en los acuíferos libres se encuentra en movimiento constante, desplazándose bajo la influencia del gradiente hidráulico, de los lugares donde la carga hidráulica es más alta, hacia donde es más baja.

2.3. ¿CÓMO SALE A LA SUPERFICIE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS? De dos formas: 

De forma natural: el agua subterránea se mueve a través de los materiales porosos saturados del subsuelo hacia niveles más bajos por los que se infiltró y puede volver a surgir naturalmente como fuentes o manantiales. En las fuentes el agua subterránea sale al exterior por un punto de la superficie terrestre. También se puede formar una fuente en un corte del terreno donde hay un acuífero.



De forma Artificial: sacándola al exterior mediante la construcción de pozos. Un pozo es una perforación vertical en el terreno hasta llegar a la zona donde hay agua subterránea acumulada. El agua puede llevarse hasta el nivel del suelo de manera sencilla con ayuda de un recipiente (un cubo, por ejemplo) o más fácilmente con una bomba, manual o con motor.

2.4. PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS ACUIFEROS  Porosidad: Definida como la relación del volumen de vacíos al volumen total, mide la capacidad de una formación para contener agua. La porosidad varía desde valores muy altos en las arcillas (45%) hasta valores muy bajos en las formaciones con grandes cavidades o cavernas. Una alta porosidad no indica que el acuífero rendirá grandes volúmenes de agua a un pozo.

 Rendimiento específico: Es el volumen de agua, expresado como un porcentaje del volumen total del acuífero, que drenará libremente o por gravedad del acuífero. Es siempre menor que la porosidad porque una parte del agua es retenida por fuerzas capilares y moleculares. Las arcillas, aunque tienen una alta porosidad, rinden poca agua a los pozos debido a esas fuerzas. Los acuíferos económicamente más importantes son los depósitos de arenas y de gravas.

2.4. LEY DE DARCY Fue Darcy (1856) quien confirmó que, con excepción de las grandes cavernas o fisuras, el agua del subsuelo escurre siempre con movimiento laminar. Aceptando las hipótesis del flujo unidimensional y uniformemente distribuido en espesor. La ley de Darcy es una de las bases más importantes en el análisis de comportamiento y movimiento del agua en el subsuelo. De acuerdo a esta ley, el flujo de un fluido a través de un medio poroso de área A, es directamente proporcional

a la pérdida de carga hidráulica y a un coeficiente K, e inversamente proporcional al trayecto recorrido, la ecuación de Darcy se expresa: v = Kp. s V: velocidad aparente del agua. Kp: coeficiente de permeabilidad de Darcy o conductividad hidráulica. S: pendiente de la línea de energía, prácticamente igual a la pendiente de la línea piezométrica.

EJERCICIO DE APLICACIÓN 1.- En una hoya, con una extensión de 2500 Ha, se encuentra un acuífero libre que tiene las siguientes dimensiones: Largo promedio: 5.8 km Ancho promedio: 3.3 km Espesor promedio: 18 m De la investigación realizada se determina α = 15% y S = 0.047. Los datos pluviográficos de la región indican una precipitación media de 300 mm/año y pérdidas por evaporación del orden 40 por 100. Resolver: 01) Volumen total de agua que puede almacenarse en el acuífero. 02) Volúmenes de agua que recibirá anualmente el acuífero.

03) Rata de bombeo permisible sin peligro de agotarlo; bombeando 12 horas diarias todo el año. 04) Nivel de las aguas subterráneas después de 7 meses de sequía, extrayendo el gasto anterior.

SOLUCIÓN Datos:

1.- Volumen total de agua que puede almacenarse en el

A = 2500Ha L = 5.8 Km = 5800m A = 3.3 Km = 3300m H = 18m α = 15% = 0.15 S = 0.047 Ᵽ = 300 mm/año Evaporación = 40%

acuífero: 5800m x 3300m x 18m = 344 520 000 𝒎𝟑 de acuíferos. volumen de agua: 344 520 000 𝑚3 𝑥 0.15 = 𝟓𝟏 𝟔𝟕𝟖 𝟎𝟎𝟎 𝒎𝟑 de agua.

2.- Volumen de agua que recibiría anualmente el acuífero: V = 0.300 m/año x 25 000 000 𝑚2 x 0.6 = 4 500 000 𝒎𝟑 /𝒂ñ𝒐 3.- Rata de bombeo permisible, bombeando 12h al día: 4.5 x 106 m3 / año 12 x 60 x 60 365 seg/año

= 0.285 𝒎𝟑 /𝒔𝒆𝒈 = 285 L/seg durante 12h/día

4.- Nivel de las aguas subterráneas después de 7 meses de sequía: 7 x 30 x 12 x 60 x 60 x 285 = 2 585 520 𝒎𝟑 de agua extraída en 7 meses, siendo S = 0.047; es decir 1𝑚3 de acuíferos nos produce 0.047 𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎, ¿cuantos 𝑚3 de acuíferos se requieren para producir 2 585 520 𝑚3 ? 0.047 2 585 520 𝑚3

1 X

X=

2 585 520 0.047

= 𝟓𝟓 𝟎𝟏𝟏 𝟎𝟔𝟒 𝒎𝟑

El Área del acuífero es: 5800m x 3300m = 19 140 000 𝒎𝟑 Luego, el espesor afectado es:

55 011 064 19 140 000

= 2.87m

Es decir, que al final del séptimo mes, el acuífero habrá bajado 2.9m

CONCLUSIONES  Se dio a conocer los aspectos conceptuales y metodológicos de los acuíferos libres que desempeñan un papel estratégico, cada vez más importante para el desarrollo sostenible y la seguridad medioambiental.  El agua subterránea es de gran importancia, especialmente en aquellos lugares secos donde el escurrimiento fluvial se reduce mucho en algunas épocas del año.

 En el acuífero libre el nivel freático coincide con la superficie y se encuentra en contacto directo con la zona sub saturada del suelo

REFERENCIAS 

Morán, Wendor Chereque. 2003. Hidrología para estudiantes de ingeniería civil. Lima : Pontificia universidad catolica del perú, 2003.

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http://www.gwp.org/globalassets/global/gwpsam_files/publicaciones/varios/aguas_subt erraneas.pdf

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GAVIRIA, Jorge Ignacio; BETANCUR, Teresita. Acuíferos libres. Gestión y Ambiente, 2005, vol. 8, no 2.