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Agradecimientos: A mis padres por su paciencia y a mis compañeros y amigos por su colaboración y ayuda.

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

INDICE 1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................. 3 1.1 CONTEXTO SOCIOCULTURAL................................................................................................................ 3 1.2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO....................................................................................................................... 4 2. SITUACIÓN GEOGRÁFICA. ......................................................................................................................... 5 3- GEOLOGÍA ...................................................................................................................................................... 6 3.1 RASGOS GEOLÓGICOS GENERALES ..................................................................................................... 6 3.1.1. MATERIALES PERTENECIENTES AL PALEOZOICO. ..................................................................... 6 3.1.2. MATERIALES DE COBERTERA MESOZOICA. .................................................................................. 8 3.2. CARTOGRAFIA GEOLOGICA. ................................................................................................................. 9 3.2.1 METODOLOGIA DE TRABAJO.......................................................................................................... 10 3.2.2 PROBLEMAS QUE SE PLANTEAN EN EL TRAZADO GEOLÓGICO. ............................................. 13 3.3 HISTORIA GEOLOGICA........................................................................................................................... 15 4. LABORES MINERAS Y EL FENOMENO DE SUBSIDENCIA. .............................................................. 17 4.1. CONCEPTOS GENERALES ..................................................................................................................... 17 4.2. ANALISIS Y TEORIA Y DE LA SUBSIDENCIA .................................................................................... 18 4.2.1. CONTROL DE LOS HUECOS EN LA EXPLOTACION SUBTERRANEA ......................................... 18 4.2.2. PREDICCIÓN DE HUNDIMIENTOS Y PERFILES GRAFICOS ....................................................... 19 4.2.3 TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES EN LOS PUNTOS DE LA SUPERFICIE DEL TERRENO. ............................................................................................................................................ 20 4.2.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL FENOMENO DE SUBSIDENCIA. ......................................... 21 a) b)

EFECTO DE LAS CAPAS INCLINADAS........................................................................................... 22 EFECTO DE LOS TERRENOS DE RECUBRIMIENTO..................................................................... 23

4.3. APLICACIÓNES DE LA TEORIA AL CASO ESTUDIADO:.................................................................. 24 4.3.1. CARACTERISTICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO............................................................................. 24 4.3.2. MODELO DE HUNDIMIENTOS........................................................................................................ 26 a) b) c)

MODELO DE HUDIMIENTO POR CHIMENEA TABULAR............................................................ 26 MODELO DE HUNDIMIENTO POR CUÑA TABULAR................................................................... 29 SOLAPAMIENTO DE YACIMIENTO MULTICAPA. ....................................................................... 31

4.4. CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE LAS LABORES Y LA SUBSIDENCIA:................................... 32 5. HIDROGEOLOGÍA ....................................................................................................................................... 34 5.1. CONCEPTOS GENERALES ..................................................................................................................... 34 5.2. PARAMETROS HIDROGEOLÓGICOS DIRECTOS. ............................................................................. 38 5.2.1 CLIMATOLOGÍA ................................................................................................................................. 39 1. 2.

CLIMA LOCAL. ................................................................................................................................... 39 MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES.......................................................................................... 39

5.2.2. CONTROL DE ACUIFEROS. ............................................................................................................. 44 a) b) c)

CONCEPTOS GENERALES. ............................................................................................................... 44 MEDICIÓN DE LOS CAUDALES DE DECARGA............................................................................. 45 REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS DATOS DE CAUDALES. ................................................ 46

5.2.3. ANALISIS DE LOS DATOS DE MEDICIÓN DIRECTA..................................................................... 47 5.3. PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS INDIRECTOS. ......................................................................... 51 5.3.1 CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA O PERMEABILIDAD.................................................................. 51 5.3.2. ENSAYOS GRANULOMÉTRICOS...................................................................................................... 51 a) b) c) d) e)

TOMA DE MUESTRAS. ...................................................................................................................... 52 REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS................................................................................................... 53 ANÁLISIS DE DATOS......................................................................................................................... 55 CALCULO DE LA PERMEABILIDAD. .............................................................................................. 59 RESULTADOS:..................................................................................................................................... 60

5.3.3. ENSAYOS EN PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE............................................................. 61 a) b) c) d)

CONCEPTOS TEÓRICOS. ................................................................................................................... 61 REALIZACIÓN DE ENSAYOS. .......................................................................................................... 62 MEDICIONES DE CAUDAL. .............................................................................................................. 66 RESUMEN DE RESULTADOS: .......................................................................................................... 67

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6. RECOPILACIÓN DE ANALISIS QUIMICOS DE AGUAS...................................................................... 68 7. CONCLUSIONES. ......................................................................................................................................... 69 ANEXOS .............................................................................................................................................................. 71 ANEXO I .......................................................................................................................................................... 72 FICHAS DE AFLORAMIENTO. ................................................................................................................... 72 ANEXO II......................................................................................................................................................... 87 FICHAS DE PUNTOS DE AGUA. ................................................................................................................ 87 ANEXO III ........................................................................................................................................................ 94 DATOS PLUVIOMÉTRICOS. ....................................................................................................................... 94 ANEXO IV ........................................................................................................................................................ 98 DATOS DE CAUDALES................................................................................................................................ 98 ANEXO V ....................................................................................................................................................... 101 ENSAYOS GRANULOMETRICOS. ............................................................................................................. 101 ANEXO V ....................................................................................................................................................... 117 ENSAYOS DE PERMEABILIDAD. ............................................................................................................. 117 REFERENCIAS. ............................................................................................................................................... 123

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1. INTRODUCCIÓN. 1.1 CONTEXTO SOCIOCULTURAL. Es evidente e innegable la necesidad que tiene la sociedad actual de un flujo continuo de recursos extraídos de las entrañas de la tierra, y son también evidentes, las continuas repercusiones negativas que ello conlleva. Hoy en día se trabaja pensando en minimizar al menos estas repercusiones y neutralizarlas en la medida de lo posible. La práctica habitual de la minería ha procurado a su entorno problemas bien conocidos en Asturias como la destrucción de cauces fluviales, la acumulación de residuos mineros y otros muchos problemas medioambientales. En este Estudio Técnico se analizará un problema local, generado entorno a los efectos de la subsidencia de labores mineras antiguas abandonadas y su interacción con la planificación del uso del suelo, desde el punto de vista de la conservación del recurso del agua. El problema ha surgido a raíz de la minería subterránea de capas subverticales de carbón. Esta práctica extractiva ha repercutido a lo largo del tiempo en la superficie del terreno, provocando el colapso de los materiales y la aparición de grandes hundimientos y grietas longitudinales. Debido ha la morfología y magnitud de esta subsidencia, diversos terrenos rústicos se han visto severamente dañados para el uso agrícola, forestal y ganadero para el cual están calificados. Las empresas mineras que han generado el problema, nunca se han hecho cargo de los desperfectos, debido a la flexibilidad de las leyes por las que se regían en la época. Por lo que serán los propietarios actuales, quienes deberán de tomar las medidas necesarias para la restauración de los terrenos afectados. La solución a los problemas de los propietarios y en cierta manera los medioambientales, pasa por recuperar el uso sostenible de esos terrenos, para lo cual es necesario modificar y corregir la superficie del terreno, estabilizar zonas colapsadas y tapar grietas; es decir, una restauración completa de la zona. Ni la restauración de los terrenos ni el proyecto necesario para ello, serán la materia a tratar en este Estudio Técnico. Sin embargo para poder realizar dicha restauración adecuadamente, es necesario tener un conocimiento claro y preciso de los distintos problemas que presenta el terreno, así como de las características intrínsecas de las litologías presentes, y la identificación de determinados parámetros del terreno, que ayudarán a tomar las medidas correctivas más adecuadas conforme a la protección de los recursos hídricos de la zona; objetivos estos del presente estudio, como se explica a continuación.

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1.2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO. Este Estudio Técnico provee del conocimiento básico de:




El medio geológico. El funcionamiento hídrico de la zona La interacción minas-acuíferos.

Con ello se pretende sentar la base para el desarrollo de una solución viable del problema medioambiental generado por la subsidencia minera, que garantice la máxima seguridad de los recursos hídricos subterráneos de la zona y asegure la continuidad y calidad de los mismos, frente a una posible restauración de los terrenos afectados. Para la consecución del objetivo general, es decir; para alcanzar el nivel de conocimiento necesario del medio estudiado y poder determinar la estructura y los parámetros hidrogeológicos del terreno, el Estudio Técnico se ha basado en la consecución de una serie de objetivos parciales. 1º Conocimiento básico de la geología, detección de labores mineras y trazado de planos. Será tratado en el Capitulo 3 del Estudio 2º Análisis y valoración de la subsidencia minera. Será tratado en el capítulo 4 del Estudio 3º Determinación de los parámetros climatológicos. Será tratado en el capítulo 5 del Estudio 4º Identificación análisis y valoración de acuíferos y zonas de recarga. Será tratado en el capítulo 5 del Estudio Estos objetivos parciales, definen complementándose unos a otros, un conocimiento global del entorno, ajustándose así al objetivo general del Estudio. Si bien, cabe decir que en base al conocimiento adquirido, podrán darse algunas recomendaciones sobre como debería llevarse a cabo una posible restauración de los terrenos estudiados.

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2. SITUACIÓN GEOGRÁFICA. La Comunidad Autónoma del Principado de Asturias (Fig.1) está situada en la cornisa Cantábrica del territorio español. Desde Oviedo, capital del Principado, a 15 Km. en dirección al Puerto de Tarna se llega al municipio de Langréo (Fig.2). La zona de estudio se encuentra situada a 3 kilómetros al NE de la localidad langreana de La Felguera a la cual pertenece y comprende el área aproximada que encierra la circunferencia señalada en la Fig. 3 y a la que la toponimia local se refiere como; Picu El Pinal o Alto del Pinal. Las siguientes figuras representan la localización geográfica de la zona de estudio en forma de cascada, desde el panorama regional, hasta el ámbito local. Fig. 1: Situación del municipio de Langréo a nivel regional (fig.2: Situación de la localidad de la Felguera dentro del municipio de Langréo)

(fig.3: Situación de la zona de estudio en el marco local)

Fig. 2: Situación de la población de La Felguera en el municipio de Langréo .

ZONA DE ESTUDIO

Fig.3: Situación y accesos a la zona de estudio, en el marco local

[Fuente: Imágenes extraídas del mapa del concejo de Langréo, realizado por la empresa PROCART. Editado por el Ayuntamiento de Langréo]

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3- GEOLOGÍA 3.1 RASGOS GEOLÓGICOS GENERALES La zona de estudio abarca una superficie de terreno de aproximadamente 1 km², donde afloran materiales puramente sedimentarios que se clasificarán atendiendo a una división cronoestratigráfica. Se van a diferenciar dos conjuntos de rocas; el más antiguo constituido por rocas paleozoicas Pre-pérmicas que forma parte del Macizo Ibérico [1] y un segundo conjunto más moderno, con materiales Permo-mesozoicos-terciarios (Gutiérrez Claverol 1995) pertenecientes a la Cuenca Mesozoica asturiana.; ambos conjuntos están separados por una discordancia. Se puede añadir también un tercer grupo de edad Cuaternaria, constituido por abundantes sedimentos que enmascaran los afloramientos de las rocas de los dos conjuntos anteriores, pero éstos no serán objeto de estudio. A continuación se describen más detalladamente los dos conjuntos de rocas diferenciados:

3.1.1. MATERIALES PERTENECIENTES AL PALEOZOICO. Son los materiales más antiguos que afloran en la zona y se engloban (Julivert 1971) dentro de la denominada Cuenca Carbonífera Central asturiana, que a su vez pertenece a la Zona Cantábrica del Macizo Hercínico español, como se puede ver en la figura 4.

Fig. 4: Situación de la Zona Cantábrica dentro del Macizo Ibérico y distribución de las unidades estructurales de la Zona Cantábrica. [2]

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La edad de esta formación al nivel local del estudio se sitúa entre el Carbonífero Westfaliense D inferior y medio, ocupando aproximadamente el 80% de la extensión superficial de la zona de estudio. Estos materiales presentan una estratificación con elevados buzamientos, del orden de los 60º y dirección N40ºE. Los elevados buzamientos de la estratificación y su orientación se explican al situar estructuralmente la zona de estudio, en lo que se denomina, flanco vertical del Sinclinal de Sama. Estratigráficamente se trata de una sucesión monótona [3] de composición principalmente detrítica, en la que se hallan alternadas pizarras, areniscas y carbón; toda ella fuertemente tectonizada, tanto por la orogenia Varisca como por la Alpina, por lo que presenta una gran complejidad estructural. El ciclotema parálico ideal que representaría repetitiva y de muro a techo sería:

toda la

sucesión sedimentaria de forma

Conglomerados--areniscas--lutitas arenosas--lutitas con raíces--carbón--lutitas con restos vegetales--lutitas--calizas marinas. Sin embargo los episodios representados en los estratos estudiados carecen de la base de conglomerados y de la parte superior caliza, formando ciclos incompletos de areniscas-lutitas y carbón, repitiéndose en muchos casos algunos de los términos y faltando otros. Las litologías predominantes están constituidas por capas de arenisca, que forman potentes bancos de hasta 34 metros de espesor [4] intercaladas con lutitas más o menos arenosas. Además los estratos presentan una variabilidad lateral y vertical de facies muy acusada debido a los factores orogénicos. Cabe indicar la escasez de capas potentes de carbón. Por el contrario, sobresale la multiplicidad de carboneros de poca entidad. La multitud de capas de carbón y carboneros de pocos centímetros, aparecen en la sucesión formando grupos de capas, denominados paquetes. Esta denominación dada por los antiguos mineros, consagrada por el uso y publicada por Adaro, designa solamente paquetes de capas, sin que posea un significado geológico propiamente dicho. Atendiendo ha esta nomenclatura se localiza la zona de estudio en el afloramiento del flanco vertical del sinclinal de Sama, de los paquetes productivos pertenecientes al grupo Sama: Entrerregueres, Sotón y María Luisa. [1] El Grupo Sama está formado por los siguientes paquetes, de muro a techo: Generalas, San Antonio, Mª Luisa, Sotón, Entrerregueres, Sorriego, Modesta y Oscura.

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Fig.5: Columna estratigráfica de los paquetes productivos del Grupo Sama. [3] (Modificado)

3.1.2. MATERIALES DE COBERTERA MESOZOICA. Los materiales pertenecientes ha este periodo, se encuentran de forma dispersa por toda la región, y han sido fruto de diversos estudios, planteando históricamente en algunos casos importantes incógnitas de la estratigrafía de Asturias. La zona de afloramiento mesozoica se sitúa (Gutiérrez Claverol 1973) formando fundamentalmente una franja en el centro y oriente de Asturias (véase Fig.6); en su mayor parte, estos materiales Cretácicos constituyen una cuenca principal alargada, de mas de 80 Km. de longitud, denominada tradicionalmente “Depresión Meso-terciaria Central”.

Fig.6: Extensión de la cuenca cretácica en Asturias (verde).Situación del afloramiento estudiado (rojo). [5] (modificado)

Los materiales Cretácicos estudiados se asientan, sobre los estratos del Carbonífero, en un contacto de naturaleza erosiva discordante. Al haberse acumulado mas tarde, estos materiales han podido librarse de los intensos procesos de deformación que afectaron al basamento, especialmente durante la Orogénesis Varisca, por lo que tienden a disponerse con inclinaciones menores, pudiendo incluso aparecer subhorizontalizados, en este caso los buzamientos intuidos están entre los 17º y 20º, en función de los datos de afloramientos.

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El ambiente sedimentario al que pertenecen estas facies, corresponde a un medio de abanicos aluviales con predominio de procesos de corrientes en canales tipo braided o trenzadas. Un sistema fluvial de este tipo presenta características típicas de un curso de agua con pendientes moderadas, con un lecho de inundación que es recorrido alternativamente por un complejo sistema de canales fluviales. Los afloramientos localizados y estudiados (véase Fig.7) se cree que pertenecen a la unidad litoestratigráfica de la depresión central asturiana denominada Formación Conglomerados y arenas de Pola de Siero, del Cretácico (Gutiérrez Claverol 1995), aunque dicha correlación no ha sido llevada a cabo.

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Fig.7: Cartografía geológica, zona de estudio. Localización de los 3 afloramientos de conglomerados estudiados. [6](Modificada.)

Litológicamente los materiales hallados en los afloramientos se describen como: Conglomerados monomícticos de composición silícea, matriz no cementada y estructura de clastos soportantes muy heterométricos con elevada madurez litológica e índices de redondez altos. Se ha localizado la presencia de diversos canales abandonados con rellenos de arenas limpias. En la zona de muro el conglomerado presenta cementación ferruginosa, que le confiere una gran dureza y resistencia a la disgregación; característica que tan solo se presenta en la zona oeste el afloramiento 1 (véase Fig.7).

3.2. CARTOGRAFIA GEOLOGICA. En los apartados anteriores se ha hecho una breve introducción al conocimiento geológico de la zona basándose fundamentalmente en datos bibliográficos; en adelante se ira desmembrando paso a paso la estructura geológica de la zona a niveles de detalle métricos en algunos casos y se analizarán estratigráficamente los afloramientos principales [véase ANEXO I. Fichas de afloramientos]. La cartografía y el estudio estratigráfico asociado, formaran en su conjunto, la base de desarrollo en torno a la cual gira todo el proyecto de caracterización hidrogeológica de la zona. Por ello en este apartado se documentará y explicará la metodología de trabajo seguida para llevar a cabo el análisis, interpretación y trazado de dicha cartografía geológica y documentación asociada.

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Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal NOTA: Se debe decir que la precisión conseguida puede ser varias veces menor que la escala del mapa. Esto es debido a que la toma de datos que se realiza en el campo, se plasma in situ sobre el formato papel. Los datos por lo tanto se introducen en el mapa de forma aproximada, basándose en el exhaustivo conocimiento de la zona y sin ningún tipo de posicionamiento GPS o topográfico preciso; debido a la falta de medios por una parte y a la poca cobertura y dificultad que presenta la utilización de estos métodos en terrenos con arbolado denso o vegetación.

3.2.1 METODOLOGIA DE TRABAJO. Los pasos seguidos para la realización de esta cartografía geológica, se describen a continuación. PASO 1: RECOPILACION DE INFORMACION Se toma como punto de partida la información documental que proporcionan: •

Mapa Geológico de España a escala 1:50000 hoja nº 53. MIERES.

•

Cartografía Temática Ambiental del Principado de Asturias. Mapa Litológico SAMA 53-II.

•

Planos topográficos escala 1:5000 del Principado de Asturias (formato digital).

•

Vuelo fotogramétrico del año 1994 escala 1:18000 fotogramas 5806 y 5807 del Principado de Asturias.

•

Planos de labores mineras, facilitados por el Departamento de Topografía de las instalaciones del Pozo Candín de la empresa estatal HUNOSA escala 1:2000.

NOTAS SOBRE ORIENTACION CARTOGRAFICA:

La base topográfica digital utilizada, esta geo-referenciada, lo que permite obtener coordenadas UTM del Huso 30 en cualquier punto del plano. La cuadricula del plano con la que se trabajará es también UTM y tiene 500 metros de lado. El Norte cuadricula, presenta una convergencia de meridianos ω=1.82º Oeste. Por otra parte los datos tomados en el campo mediante brújula, son rumbos. La relación entre el rumbo, la orientación UTM y el Norte verdadero, va estar condicionada por la declinación magnética de la zona en el momento de las mediciones, en este caso la declinación es d= 2°43' Oeste. Es necesario conocer esta relación para hacer adecuadamente la transformación de los datos de campo al modelo digital, ya que se tomaran orientaciones respecto a la cuadricula y no rumbos, para el trazado de las horizontales de plano. PASO 2: TRABAJO DE CAMPO El trabajo de campo consiste básicamente en: 1. -Reconocer y diferenciar las distintas litologías 2. -Acotar con la mayor precisión posible los contactos geológicos 3. -Medir la dirección y buzamiento de capas

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4. -Toma de fotografías y notas en los distintos afloramientos y puntos de interés geológico. 5. -Detección de trazas de hundimientos mineros y labores mineras de todo tipo. 6. -Localización de manantiales y puntos de agua. [véase ANEXO II. Fichas de puntos agua] Todos y cada uno de los puntos de interés vistos y estudiados en el campo tienen su homologo en el mapa topográfico desde ese mismo momento, cumplimentando así una cartografía de campo con datos que posteriormente se analizaran en el trabajo de gabinete, aplicándose los sistemas convencionales de trazado de planos geológicos. Herramientas utilizadas para el trabajo de campo: -Plano topográfico escala 1:1000 formato papel (Obtenido mediante herramientas informáticas de CAD a partir del topográfico del Principado 1:25.000) -Brújula de geólogo -Piqueta -Cámara fotográfica -Lápices de varios colores distintos y rotulador permanente -Libreta de notas -Frasco de ácido clorhídrico -Bolsas de plástico para muestras -Cepillo •

SALIDA DE RECONOCIMIENTO:

Se realiza una salida de campo por los alrededores de las poblaciones de Pajomal y Riparape con la intención de hacer una primera acotación de la superficie que abarcará la zona de estudio y hacer una valoración inicial del terreno. Esta inspección previa del terreno, ha permitido: − Localizar un afloramiento de Gonfolitas que sirve como 1ª referencia en el mapa geológico [1] − Localizar los afloramientos Mesozoicos que son de gran interés para el estudio. − Se han acotado las zonas de subsidencia minera más importantes. A partir de esta información inicial, se ha delimitado una cuadricula de 950 x785 metros donde se desarrollara el resto del trabajo de campo [véase plano adjunto.]. •

PRIMERA CAMPAÑA DE CAMPO:

Se realiza siguiendo distintos itinerarios a lo largo de caminos y carreteras, localizando taludes, cortes del terreno y puntos de interés accesibles; anotando su ubicación en el mapa y barriendo completamente la cuadricula demarcada.

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•

SUCESIVAS CAMPAÑAS DE CAMPO

Con los datos de la primera campaña de campo, se hace un esbozo general y se planean las campañas que se realizan posteriormente en función de los afloramientos detectados y la información que se pueda obtener de ellos [véase plano adjunto. HOJA TEMATICA, Mapa de afloramientos]. PASO 3: TRABAJO DE GABINETE El trabajo de gabinete consiste básicamente en: 1. Redacción de documentación 2. Trazado de planos. A partir de los datos obtenidos en el campo y la información recopilada. Herramientas utilizadas para el trabajo de gabinete: − Para la redacción y confección de las fichas y documentos ha sido utilizado el paquete informático de software Microsoft Office. − Para el trazado de la cartografía, la columna, el corte y todos los planos se ha utilizando el programa informático Auto CAD, introduciendo todos los datos del formato papel a un plano digital, de forma manual y aproximada. DOCUMENTACIÓN Y MAPAS: 1. Fichas de afloramientos [Anexo I]. 2. Fichas de puntos de agua [Anexo II]. 3. HOJA TEMÁTICA [Plano adjunto]. Se agrupan en una sola hoja, junto con la cartografía y la información geológica más relevante, dos mapas que complementarán a la cartografía, como puede verse en el esquema siguiente:

HOJA TEMATICA 1- Cartografía Geológica 1:2000 2 4

2- Mapa de Afloramientos 1:5000 1 3- Mapa de Hundimientos Mineros 1:5000 3 4- Columna estratigráfica 5

5- Corte geológico 1:1000

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− Mapa de Afloramientos: se sitúan todos datos de afloramientos del mapa de campo y se referencia aquellos puntos de donde se han hecho fichas, para su posterior localización bidireccional. − Mapa de Hundimientos Mineros: se sitúan sobre el plano topográfico las trazas de los hundimientos detectados. − Columna estratigráfica: representa la geología que aparece en la cartografía geológica ordenada cronoestratigráficamente. − Corte geológico: se hace una sección del mapa geológico por la zona donde se hallan los hundimientos mineros, cortando a la vez el afloramiento cretácico en la mayor extensión posible y de forma perpendicular a la estratificación inferior. − Cartografía geológica: ocupa la parte central de la hoja puesto que toda la información restante esta generada como complemento o ayuda a la comprensión de la misma. En ella se han incluido también las localizaciones de puntos de agua y labores mineras, que más adelante se tratarán con más detalle.

3.2.2 PROBLEMAS QUE SE PLANTEAN EN EL TRAZADO GEOLÓGICO. Se trata de hacer un levantamiento cartográfico de la zona, lo mas preciso posible, localizando y ubicando los estratos mas potentes o representativos y los mas importantes desde el punto de vista hidrogeológico, para disponer a continuación de información geológica que permita obtener un modelo del funcionamiento hídrico lo mas parecido posible a la realidad y para ello es importante la localización del máximo número de puntos de control (afloramientos), que permitan un ajuste adecuado del modelo. Durante la realización de esta parte del estudio se han planteado varios problemas:


PROBLEMA 1:

DETERMINACION EXACTA DEL CONTACTO CARBONIFERO-CRETACICO El contacto entre los materiales del Carbonífero y del Cretácico, es de naturaleza erosiva discordante. Este contacto no ha podido ser localizado con exactitud en ningún punto de la zona de estudio, solamente ha podido hacerse de forma aproximada, debido ha: − −

La cobertera de suelos y abundante vegetación La inexistencia de afloramientos claros, por el derrubio de materiales de las zonas altas. − El enmascaramiento del sustrato, por vestigios de labores mineras o agrícolas. El contacto ha sido trazado con la mayor precisión posible basándose en las características de los 3 afloramientos Cretácicos que aparecen aislados en la zona, siendo el mas meticulosamente trazado y estudiado el afloramiento del Picu El Pinal donde se localiza la subsidencia y se pretende caracterizar el sustrato hidrogeológicamente.


PROBLEMA 2:

CORRELACION DE ESTRATOS DEL CARBONIFERO Para intentar suplir la falta de afloramientos y poder trazar los contactos de las capas en la dirección y buzamientos adecuados, se ha recurrido a dos artificios: 13

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1. METODO DE NIVEL GUIA Se utiliza la fotografía aérea para buscar un nivel guía dentro de la cuadricula, que sirva de base de referencia, tanto en el campo como a la hora de trazar la geología sobre el mapa.

NIVEL GUIA

Fig.8: Imagen aérea. Delimitada por el encuadre rojo la zona de estudio. En amarillo indicaciones de nivel guía. Fuente: Google Earth. Modificada.

Se ha identificado como nivel guía (véase Fig.8), por su continuidad y fácil reconocimiento una potente capa de arenisca que cruza toda la cuadricula en dirección N 40° E, es fácil de reconocer en el campo y en las fotografías, porque presenta una morfología de afloramiento que define indiscutiblemente la traza de la capa, pudiendo ser localizada visualmente en cualquier punto del trazado y físicamente en varios puntos del terreno donde los afloramientos de la roca son de muy buena calidad y permiten su correlación. La dirección marcada por el nivel guía, determina por tanto la dirección que se tomará para todos los estratos de la formación inferior (Carbonífero), pues no ha sido localizada ninguna estructura geológica local que impida extrapolar este dato. La monotonía litológica de la serie carbonífera, las variaciones laterales de facies y potencia, hacen insuficiente la utilización de un solo nivel guía, para poder correlacionar estratos alejados de la arenisca. Para subsanar esta deficiencia se ha optado por la utilización de un segundo método de apoyo en la correlación de estratos. 2. METODO DE LAS LABORES MINERAS La observación en el campo de los vestigios de las labores mineras de montaña y los conocimientos adquiridos, hacen que se plantee como método de apoyo, la utilización de las trazas de subsidencia y las labores localizadas, para estimar la existencia de capas de carbón. Teniendo en cuenta la morfología del terreno, la estratificación y los métodos de laboreo, se ha intuido la existencia de una capa de carbón a partir de la localización de un hundimiento, correlacionando así CARBÓN EXPLOTADO-HUNDIMIENTO, o lo que es lo mismo, causaefecto. Este es un modelo de aproximación que probablemente no se ajuste a la realidad [7] pero que permite hacer un modelo más o menos adecuado atendiendo a su finalidad. 14

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La continuidad espacial de las labores divide la zona en franjas longitudinales de materiales que se suponen entre capas de carbón explotadas, esto facilita la correlación de los estratos de cada franja.


PROBLEMA3:

DIVISIÓN LITOLÓGICA DE LOS ESTRATOS: Por la extrema dificultad que supondría y la carencia de interés para este estudio, las litologías pertenecientes a la sucesión del Carbonífero se representan en base a una división general. El resultado son agrupaciones de estratos con carácter predominante de una u otra litología, diferenciando entre facies con predominio de arena-isca y facies con predominio de arcillas o lutitas. Debe de tenerse en cuenta que, en los tramos cartografiados como materiales de grano fino: limolitas-lutitas-arcillas, pueden encontrarse ínter-estratificadas, capas de arena o arenisca de poca potencia y cambios graduales de granulometría de los materiales. La cartografía geológica elaborada carece de tal precisión y detalle. Solo se ha tratado con especial interés, la capa de arena que en adelante tendrá mayor importancia que el resto de los estratos Carboníferos. Esta capa detectada en varios afloramientos [véase ANEXO I. Ficha: AFLOR-2-SP-CAN.] y cuya litología y características le confieren la denominación de acuífero, da lugar en su afloramiento al norte del Alto del Pinal, al manantial del ARGAYÓN, principal acuífero de la zona y foco de datos de control de caudales de descarga, como se verá mas adelante. Se han detectado al menos otras dos capas susceptibles de ser acuíferos subterráneos libres, pero la fracturación de las rocas y el fenómeno de acuíferos multicapa, no permiten una definición certera de las capas acuíferas, además no es posible cuantificar ni mantener un control de los caudales de descarga.

3.3 HISTORIA GEOLOGICA. Durante la mayor parte del Paleozoico, la región estuvo bajo el nivel del mar, produciéndose el depósito de materiales. Fruto de la existencia de una cuenca parálica en el borde continental situada por delante del orógeno Varisco se formaron las capas pertenecientes al Carbonífero. Estas capas fueron fruto de ciclos sedimentarios con frecuentes transgresiones marinas que propiciaron junto al clima y vegetación adecuados la formación del carbón. Durante este mismo periodo de tiempo, la orogenia Hercínica empezó ha deformar este conjunto de estratos, dando lugar a una intensa deformación y levantamiento de los mismos, quedando emplazados en el flanco NW de un sinclinal, denominado hoy en día flanco vertical del sinclinal de Sama. Tras este periodo de deformaciones tectónicas se dio un periodo de calma predominantemente erosivo y que tendrá continuidad hasta el periodo Cretácico, cuando tiene lugar un nuevo periodo sedimentario con la formación de una nueva cuenca denominada cuenca mesozoica central y la sedimentación de los depósitos detríticos de conglomerados y arenas. Mas tarde todo el conjunto sedimentario sufrirá otra fase de deformación tectónica denominada Orogenia Alpina. Debido a esta última fase tectónica los estratos sufren un basculamiento de varios grados en dirección SW, solo apreciable en los conglomerados

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cretácicos y no en el basamento paleozoico donde esta ultima orogenia esta superpuesta sobre la Orogenia Varisca. Desde el final del periodo de deposición Cretácico el ambiente reinante es erosivo y no aparecen estratos representativos de ninguna otra era geológica. Dando lugar este conjunto de factores, al modelado final de la superficie topográfica del terreno.

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4. LABORES MINERAS Y EL FENOMENO DE SUBSIDENCIA. 4.1. CONCEPTOS GENERALES En este capitulo se van a tratar las cuestiones relacionadas con las minas de montaña abandonadas que se localizan en la zona de estudio y los efectos que esas labores han tenido sobre el terreno. A partir de los datos obtenidos en el campo y los datos bibliográficos se define un modelo estructural aproximado de los hundimientos. Este modelo tiene como finalidad establecer una base para el desarrollo posterior del análisis hidrogeológico que relacione los datos geológicos y los mineros. Para valorar el alcance del fenómeno de subsidencia que se manifiesta en la zona de estudio, es necesario conocer primero ciertos factores característicos: 1. El fenómeno de subsidencia esta asociado a la extracción de carbón en capas inclinadas 60º respecto de la horizontal. Las labores propias del sistema de explotación de las minas de montaña dan lugar a tres tipos de huecos distintos: a) Galerías b) Talleres de explotación c) Chimeneas de ventilación

2. Por ser labores antiguas se supone que los hundimientos ya se han desarrollado completamente, es decir, el tiempo ya ha ejercido su acción sobre ellos y por tanto no se considera esta variable. 3. Las características geotécnicas del terreno son un factor importante. Se puede decir que los terrenos se comportan según sus características geotécnicas de diferente modo al abrir un hueco en ellos. En el capitulo 3 se han visto algunos de los aspectos geológicos del terreno; litología, estratificación, estructura etc., en este capitulo se tendrán en cuenta además, las características de los materiales frente a su comportamiento ante los esfuerzos tensiónales y se hace una división de ellos en tres grupos [5]: a) terrenos inconsistentes: ARENAS, CONGLOMERADOS Se hunden inmediatamente, en forma de embudo cuando se abre un hueco a través de ellos. b) rocas blandas y tenaces : ARCILLAS y PIZARRAS (lutitas) Se flexionan sobre el hueco, su hundimiento es suave y gradual 17

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c) rocas frágiles: ARENISCAS Se suelen mantener en equilibrio formando campanas. Por lo tanto los 3 factores más importantes a estudiar frente a un fenómeno de subsidencia son:




Factor geológico Factor minero Factor tiempo

A continuación se expondrán las distintas teorías aplicables a la predicción y control de los hundimientos mineros. También se hará un análisis de los métodos de explotación de las minas de montaña estudiadas y los huecos que sus labores generaron.

4.2. ANALISIS Y TEORIA Y DE LA SUBSIDENCIA 4.2.1. CONTROL DE LOS HUECOS EN LA EXPLOTACION SUBTERRANEA Autores como Fayol y Trompeter [8] realizaron importantes estudios y demostraron experimentalmente sus teorías; acerca del comportamiento del terreno afectado por labores mineras subterráneas. Estableciendo de esta forma una base teórica, en la que ambos tratan el reparto de las presiones cuando se realiza un hueco en el terreno. Particularmente diferenciaron dos tipos de huecos: galerías y talleres de explotación, para los cuales establecen un modelo de comportamiento; galerías y talleres de explotación.

− Galerías: Conforme a los modelos de comportamiento establecidos, se diferencian 2 tipos de situaciones: 1ª Los materiales en los cuales se abre la cavidad de la galería son resistentes y los esfuerzos no sobrepasan el límite elástico de la roca; esta se deforma ligeramente sufriendo una contracción vertical y una dilatación hacia el hueco abierto; después se detienen las deformaciones, la galería encuentra su estado de equilibrio natural aún sin necesidad de entibación. Este caso se produce cuando se abre una galería en terrenos de excelente resistencia mecánica o a profundidades pequeñas. Galerías que se comportan según este modelo de comportamiento aparecen en dos minas de la zona, al ser escavadas en roca arenisca con características geotécnicas muy buenas. 2ª Los materiales en los cuales se abre la cavidad de la galería no son resistentes y los esfuerzos sobrepasan la capacidad del terreno para contener las presiones; la expansión del terreno no evoluciona hacia un estado de equilibrio que deje intacto el hueco, sino que tiende a llenarlo por entero. Es el caso de la mayor parte de las labores de accesos a tajos detectadas. 18

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− Talleres de explotación: En este caso la realización de la labor consiste en la apertura del tajo, que se hace entre el techo y el muro de la capa para la explotación de un frente y la extracción del carbón. Esto lleva consigo un aumento de la anchura del hueco a medida que se realiza la extracción del mineral. Lo que acaba por dar lugar a la rotura del terreno. Propiciando el aumento de presiones en el frente y un hundimiento progresivo del terreno, que se registra en la superficie.

Fig. 9: taller en una capa explotada por hundimiento.

[8]

Se representa a modo de ejemplo (Fig. 9) el esquema de un taller de explotación en una capa horizontal, que ilustra el modelo teórico. Cabe destacar que en las labores de la zona los talleres están en capas inclinadas y son denominados planos inclinados. Además el método de explotación de las minas difiere de unas a otras, siendo el método utilizado en la parte alta del yacimiento muy poco convencional. Este método consistía en acceder a los macizos superiores de la explotación una vez agotados los tajos de los pisos inferiores y mediante galerías en capa se llegaba hasta el final del macizo, a continuación este se iba explotando en retirada mediante frente único con estivación de madera. Dado que los macizos explotados estaban en cotas superficiales del terreno (20-30 metros de profundidad) el colapso de los talleres da lugar al colapso total del terreno hasta la cota de la superficie, dando lugar a los hundimientos observados actualmente.

4.2.2. PREDICCIÓN DE HUNDIMIENTOS Y PERFILES GRAFICOS Hay varios métodos utilizados en la predicción de la subsidencia minera; métodos empíricos, analíticos, modelos físicos etc. A partir de estos, se obtienen representaciones graficas y valores de distintos parámetros implicados en los fenómenos de subsidencia, que permiten su predicción y control, estableciendo sistemas adecuados de explotación. En el caso particular que se trata, estos métodos van a servir para resolver el problema inverso, es decir; a partir de los parámetros morfológicos de la superficie hundida que estos métodos pueden aproximar, se intentará conocer la geometría interna del hundimiento, estableciendo una relación entre los huecos mineros y las características geológicas del terreno.

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A continuación se presenta a modo de ejemplo (Fig.10) un esquema básico del perfil que presenta un hundimiento teórico y los distintos parámetros que se miden para un área crítica en capa inclinada

Fig. 10: Esquema de área crítica en capa inclinada. Las dos curvas representadas suponen el hundimiento y el desplazamiento horizontal. [9]

Donde:


Smax descenso máximo del terreno; es función de la anchura y profundidad de




extracción. γ L ángulo límite superior γ H ángulo límite inferior




Los ángulos límite están definidos por la horizontal y la línea que une los puntos a partir de los cuales no se manifiesta hundimiento.


θ Ángulo entre la horizontal y la línea de unión del centro del área de extracción y el punto de superficie de máximo hundimiento.





V máx.1 máximo desplazamiento horizontal en la dirección descendente V máx.2 máximo desplazamiento horizontal en la dirección ascendente

4.2.3 TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES EN LOS PUNTOS DE LA SUPERFICIE DEL TERRENO. Todo el conjunto del terreno influenciado por la deformación propia de los hundimientos mineros independientemente de las características citadas hasta ahora, sufre en su seno desplazamientos horizontales y los dos fenómenos tensionales derivados de la subsidencia, compresión y tracción. Donde dos puntos de la superficie del terreno se han separado espacialmente por la deformación, se dice que el terreno está sometido a tracción; y cuando estos puntos se han acercado se dice que el terreno esta sometido a compresión. Las deformaciones por tracción dan lugar en los puntos donde alcanza su máximo valor a 20

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roturas o fracturas, y a su vez en los de máxima compresión, dan lugar a plegamientos. Cuantitativamente los daños originados por el efecto de las tracciones son mucho mayores que los debidos a compresiones, principalmente porque los valores de compresión deben ser elevados para que se produzcan daños sin embargo aún para valores relativamente pequeños aparecen daños debidos a las tracciones. La Fig. 11 muestra la variación del valor de las tensiones, desde la parte izquierda de la sección (tracción), a la parte derecha de la sección (compresión), el desplazamiento del punto de máximo hundimiento en la dirección opuesta al buzamiento de la capa y las pendientes:

Fig. 11: Componentes del movimiento en capas inclinadas. Ejemplo para capa inclinada 60º. [9]

4.2.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL FENOMENO DE SUBSIDENCIA. Según R. Rodríguez. Díez [7]: − − − −

Inclinación de la capa Naturaleza geológica de los terrenos del carbonífero y de los terrenos de recubrimiento La presencia de fallas y pliegues Profundidad de la explotación y en particular la relación entre el espesor de los terrenos de recubrimiento no carboníferos y la de los terrenos explotados. − Existencia de explotaciones antiguas en capas superiores − Longitud del panel explotado y la relación de esta longitud con la profundidad de explotación. El hundimiento máximo es mayor, cuanto mayor es la potencia de la capa explotada, cuanto mayor sean los volúmenes huecos en los tajos y sobre todo si el sistema de explotación es por hundimiento.

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a) EFECTO DE LAS CAPAS INCLINADAS. La explotación de capas inclinadas da lugar a que los perfiles de la zona de hundimiento sean asimétricos lo que no suele ocurrir en el caso de capas horizontales. [8] En los perfiles de hundimiento observados en el campo se aprecia que la Smax no se da en el punto medio de la cubeta, sino que se encuentra desplazado horizontalmente en la dirección ascendente de los estratos del área explotada. Es importante mencionar que los estudios sobre la subsidencia en capas inclinadas aún tienen muchas lagunas; el mas reciente de ellos del que se tiene constancia [4] menciona la dificultad que representa predecir los desplazamientos horizontales del punto de máxima subsidencia en función del buzamiento de la capa, no pudiendo establecer un criterio fijo al efecto. Otra de las características que diferencian la subsidencia ligada a capas inclinadas es la aparición de cubetas con varios puntos de máximo hundimiento relativo. Por otro lado; a medida que la inclinación de las capas aumenta los valores de los parámetros siguientes también varían: γ ; γ H; V máx.1; V máx.2 Se debe señalar también, que en la explotación de yacimientos multicapas aparece una dificultad añadida debida al solape de las zonas de inestabilidad. La Fig. 12 muestra la variación del valor de los ángulos límite en función del buzamiento de la capa:

Fig.12: Efectos de la inclinación de la capa sobre los ángulos limite.

[9]

La serie de graficas (Fig.13) que se muestran a continuación representan la variación de la cubeta de hundimiento en relación al aumento de buzamiento de la capa explotada, aplicando lo hasta ahora expuesto:

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Fig.13: Variación de cubetas de 0º- 90º

[7]

b) EFECTO DE LOS TERRENOS DE RECUBRIMIENTO En algunos casos el carbonífero está cubierto por formaciones más jóvenes, (como es el caso de la formación mesozoica que recubre el carbonífero en la zona de estudio), que afectan a los valores de los ángulos límites, lo que da lugar a una variación en las dimensiones de la cubeta de subsidencia. Los ángulos límite en estos casos tienden a verticalizarse pero siguen siendo función de la profundidad, aunque en este caso concreto el factor esencial de variación es la relación del espesor del recubrimiento. Factores que también influyen de forma directa son la inclinación del recubrimiento, su litología y características mecánicas.

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4.3. APLICACIÓNES DE LA TEORIA AL CASO ESTUDIADO: 4.3.1. CARACTERISTICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO. Durante las campañas de campo realizadas se han localizado y situado en un mapa las trazas de los hundimientos observados, así como todas las labores mineras detectadas [véase plano adjunto. HOJA TEMÁTICA. Mapa de hundimientos]. Las fotografías siguientes (Imagen 1 y 2) son una muestra de los hundimientos observados en una de las campañas:

Imagen 1: Fotografía del minado nº 7, donde se aprecia a la izquierda el corte por tracción en el conglomerado.

Imagen 2: Fotografía del minado nº 6, donde se aprecia el colapso por tracción del conglomerado y un posible efecto del fenomenote hundimiento por solape de yacimiento multicapas.

El fenómeno de subsidencia que afecta la zona de estudio presenta las siguientes peculiaridades: Variables que afectan a los modelos teóricos:


Explotación de capas inclinadas. α= 60º




Inclinación de la superficie del terreno.




Recubrimiento: − Discordante y de potencia variable 24

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− Contacto con buzamiento aproximado de 17º- 20º − Litología detrítica de conglomerados de escasa cementación y plasticidad.


Verticalización de los ángulos límite, debido al buzamiento de las capas explotadas y a la discordancia,

Métodos de explotación empleados:


Eran labores clandestinas en su mayor parte, de las que no consta documentación alguna, ni planos de labores.




Las capas de carbón han sido explotadas hasta profundidades inferiores a 20- 30 metros.




Los métodos de explotación utilizados no dejaban macizos de sostenimiento; de hecho los hundimientos son debidos a la explotación de macizos en retirada.




Las labores de acceso se hacían en capa directamente con entibación de madera o mediante transversales. Se han distinguido labores de montaña a varias cotas distintas diferenciando al menos 4 pisos.

Morfología de la subsidencia:


Interferencia de hundimientos debido a la explotación de un yacimiento multicapas.




Zonas colapsadas con fisuras, pozos, desniveles y cortes verticales a lo largo de trazas longitudinales por efecto de los fenómenos de tracción, y que se deben al comportamiento frágil del conglomerado y a una gran variación de cota entre puntos muy próximos entre si de la superficie inicial

Teniendo en cuenta estos factores característicos, las teorías estudiadas, los conocimientos adquiridos y el trabajo de campo se va ha formular una hipótesis sobre el modelo de hundimientos. La escasa información minera no permite conocer la profundidad de las labores de extracción y su geometría, lo que da lugar al mayor problema cuando se intenta establecer el modelo de hundimiento, puesto que todas las teorías expuestas con anterioridad dan por conocidos dichos valores. Por ello aplicando en lo posible las teorías de subsidencia, se ha establecido un problema inverso, donde se han trazado los ángulos límite para los perfiles de subsidencia, a partir de los bordes de las cubetas de hundimiento observadas en la superficie. Las líneas que se definen en los puntos del borde de las cubetas según los ángulos establecidos permiten aproximar zonas de alteración, si bien, en ningún momento se pretende evaluar con exactitud los parámetros que caracterizan la subsidencia, al no tener datos ni mediciones expresas para ello.

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4.3.2. MODELO DE HUNDIMIENTOS Los objetivos del modelo son:




Definir una zonación tridimensional aproximada en los materiales cretácicos afectados por los hundimientos. Relacionar los estratos carboníferos de la cartografía con las zonas hundidas. Generar la base para los estudios hidrogeológicos.

Para establecer el modelo de hundimientos; dada su complejidad, se simplificará el problema. Para ello se van ha establecer las hipótesis siguientes:


Se limitará el estudio a los hundimientos que afectan al afloramiento de conglomerados, por ser un terreno importante desde el punto de vista hidrogeológico.




Se supondrá que dichos hundimientos solo se deben a las labores del piso más superficial, no se tendrá en cuenta la posible interferencia de las labores mas profundas, pero si el efecto de solapamiento de zonas de inestabilidad por la explotación del yacimiento multicapas .[10]




Se desestima la existencia del fenómeno de la cubeta múltiple.[7]




Se establece como forma geométrica estructural interna del colapso de conglomerado la “cuña tabular” en unos casos y “chimeneas de hundimiento tabulares” en otros. [10]

a) MODELO DE HUDIMIENTO POR CHIMENEA TABULAR. Teniendo en cuenta la morfología superficial del terreno, se determina un modelo de hundimientos por chimeneas con geometría tabular, donde los ángulos límite serán 0º (respecto a la vertical), en ambos casos y trazándose estos en sentido inverso al habitual, es decir, se parte desde el borde de la cubeta en superficie dibujando las líneas que delimitan el hundimiento hasta la profundidad del contacto carbonífero-cretácico. Se considera que el desplazamiento del terreno cretácico se realiza exclusivamente en la vertical y su magnitud es igual en todos los puntos de la cubeta definida por el minado, véase Fig. 14. Se establece que la forma de la cubeta se debe al deslizamiento del material inconsistente hacia el hueco del taller de la capa explotada, donde se genera un efecto de “embudo”, debido a la inclinación de la capa y a su explotación hasta cotas muy superficiales. Se ajustan a este modelo, los minados 1, 2, 3, 4, 5 y 8 [véase plano adjunto- HOJA TEMÁTICA. Mapa de Hundimientos]. En el modelo se distinguen 2 zonas: -

Zona 1 (TERRENO CRETÁCICO)

Se desarrolla en el volumen de terreno con geometría tabular que va entre la zona de contacto carbonífero-cretácico y la superficie del terreno, aproximadamente en la vertical de la capa de carbón explotada. En esta zona es donde se manifiestan los hundimientos apreciables a simple

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vista en superficie donde la cubeta tiene forma discontinua con bordes verticales, véase Imagen 3.

fracturados y

Imagen 3: Fotografía del. Minado nº 1, se aprecia el efecto de la subsidencia minera en superficie con cubeta discontinua en bordes verticales. Modelo de chimeneas tabulares.

- Zona 2 (TERRENOCARBONIFERO) Zona de incertidumbre que abarca el volumen de terreno estratificado donde se ubica la capa de carbón explotada. Se ha delimitado a partir del límite inferior de la Zona 1 y seguido en profundidad según el buzamiento de la capa de carbón explotada a partir de esa cota, delimitando así el área más próxima a la capa y con seguridad, más alterada. En la Fig.14 se muestra el modelo básico de perfil. PERFIL DE HUNDIMIENTO PARA EL MODELO

Donde: A es el ancho medio del hundimiento “apreciado” visualmente en superficie, expresado en metros.

CUBETA

ZONA

1

90º

H es la diferencia media de cotas entre la superficie normal del terreno y los puntos de máximo hundimiento, expresado en metros. Capa de carbón

Distintas litologías

Terreno afectado 60º ZONA 2

Fig.14: Muestra el perfil de subsidencia del minado nº 1 según el corte geológico establecido entre los puntos A-B. [Véase Plano adjunto]

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En el modelo tridimensional de hundimiento que se muestra en la Fig. 15, se pueden apreciar las dos dimensiones ya mencionadas, el ancho y la profundidad de la cubeta de subsidencia, así como la longitud de los minados. También se representa el efecto de desplazamiento que sufre el terreno según el modelo establecido.

SUPERFICIE DEL TERRENO

L Zona de hundimiento en superficie.

SUPERFICIE DE LA DISCORDANCIA

Zona de explotación de la capa de carbón

Fig. 15: Modelo tridimensional de hundimiento por chimeneas longitudinales

Como dato meramente orientativo de la magnitud del efecto del hundimiento, para el minado nº 1 con una longitud aproximada L de 80 m se calcula mediante la formula siguiente el volumen del hueco generado en superficie: V= AxHxL Siendo

A1 = 2.30 m y H1 = 1.50 entonces

el volumen del hueco en la superficie será:

V1 = 276 m3 28

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b) MODELO DE HUNDIMIENTO POR CUÑA TABULAR. Teniendo en cuenta la morfología superficial de los minados 6 y 7 [véase plano adjunto. HOJA TEMÁTICA. Mapa de Hundimientos], que no se ajustan al modelo anterior, se determina otro modelo de hundimientos con cubeta en forma de cuña tabular en la dirección de las capas explotadas. Al establecer este modelo se han buscado similitudes con los modelos convencionales, porque las cubetas de subsidencia tienen una forma y dimensiones mas parecidas a las establecidas por autores como Whittaker [7], sin embargo tampoco es posible aplicar estas teorías completamente, como se verá mas adelante. Al igual que en el modelo de hundimiento por chimenea se distinguen dos zonas: - Zona 1 (TERRENO CRETÁCICO) Se desarrolla en la parte del terreno por encima de la discordancia, con una geometría de cubeta acuñada según el plano perpendicular a la capa explotada, de forma similar a las cubetas de subsidencia analizadas en las teorías de hundimiento ya expuestas en el apartado 4.2 de este capítulo [7] [10]. Con la característica especial de que uno o los dos bordes de la cubeta son discontinuos, con fractura del terreno y solo se tiene en cuenta el desplazamiento vertical del terreno como en el modelo de chimeneas –véase Imagen 1-. Las líneas que definen la cuña en el perfil se trazan a partir de los bordes de la cubeta con un ángulo límite de 5º hasta el contacto carbonífero donde se asocia el hundimiento, con la capa de carbón más cercana. El ángulo límite superior establecido por Whittaker según la Fig. 16, es de 9º, pero para este modelo se ha tomado 5º (respecto a la vertical) como ángulo limite

Fig.16: Ángulos limite para una capa de inclinación 60º [7]

superior e inferior, teniendo en cuenta, su verticalización debido a la discordancia y sobre todo la relación entre la potencia del conglomerado y las dimensiones de la cubeta. Es por lo tanto el ángulo que más se ajusta a los datos disponibles, pero no necesariamente será el ángulo real. - Zona 2 (TERRENO CARBONIFERO) Es una zona de incertidumbre que abarca el volumen de terreno estratificado donde se supone que se ubica la capa de carbón explotada. 29

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Se ha delimitado como en el modelo anterior a partir del límite inferior de la Zona 1 y el buzamiento de los estratos carboníferos. En este modelo la superficie de contacto entre la zona 1 y la zona 2 por donde se supone que desliza el material hacia los huecos inferiores es más estrecho y sin embargo los hundimientos 6 y 7, sobretodo el 6 muestra un volumen de hundimiento mayor que el resto. Esto se explicaría si las capas 6 y 7 fueran de una potencia mayor al resto. En la Fig.17 se muestra el modelo básico de perfil: PERFILES DE HUNDIMIENTO PARA EL MODELO

Donde: CUBETA

A es el ancho medio del hundimiento “apreciado” visualmente en superficie, expresado en metros.

CUBETA

H es la diferencia media de cotas entre la superficie normal del terreno y los puntos de máximo hundimiento, expresado en metros. ZONA 1

Capa de carbón Distintas litologías Terreno afectado ZONA 2

Fig.17: Muestra el perfil de subsidencia de los minados nº 6 y nº 7 según el corte geológico establecido entre los puntos A-B. [Véase Plano adjunto]

En el modelo tridimensional de hundimiento que se muestra en la Fig. 18 (página siguiente), se pueden apreciar las dos dimensiones ya mencionadas, el ancho y la profundidad de la cubeta de subsidencia, así como la longitud de los minados. También se representa el efecto de desplazamiento que sufre el terreno según el modelo establecido. Para establecer una relación de los dos modelos planteados, más veraz con el entorno, se ha introducido la variable que tiene en cuenta el efecto de la explotación como un yacimiento multicapas.

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SUPERFICIE DEL TERRENO

L Zona de hundimiento en superficie

SUPERFICIE DE LA DISCORDANCIA

Zona de explotación de la capa de carbón

Fig. 18: Modelo tridimensional de hundimiento por cuñas tabulares

c) SOLAPAMIENTO DE YACIMIENTO MULTICAPA. Al haber sido explotadas varias capas de carbón de distinta potencia en la misma serie estratigráfica y separadas espacialmente pocos metros, el efecto de la subsidencia de algunas muy próximas entre si probablemente haya dado lugar al solape de zonas de subsidencia, para explicar este fenómeno y establecer su efecto se ha definido la Zona 3. - Zona 3 (TERRENO CARBONIFERO-CRETACICO) Esta zona ha sido delimitada con una circunferencia de 10 m de radio con centro en el punto aproximado de contacto entre cada capa de carbón y el cretácico. El área inscrita que no pertenece a las zonas 1 y 2 de cada modelo se considera afectada por la subsidencia en un grado de deformación, sino menor, distinto y será designada en adelante “Zona 3”. La interferencia entre la Zona 3 establecida para cada capa, con las del resto de capas próximas, hace pensar en la posibilidad de una gran zona alterada, que englobe, sino todo, en parte el área estudiada. Para ello se va ha contemplar la hipótesis de que la cubeta de subsidencia que se obtiene, podría estudiarse como si de capas horizontales se tratase, debido a la continuidad lateral de la interferencia, fenómeno de subsidencia de yacimientos multicapas. En la figura 19 (véase página siguiente) se muestra una interpretación simplista de dicha hipótesis. Además, para establecer la hipótesis de una subsidencia generalizada de la zona, se considera el fenómeno, como si de una explotación de dos talleres en capa horizontal se tratara; los dos paneles explotados, son demarcados por las 2 zonas de interferencia más acusada entre las Zonas 3 de los minados 1, 2, 3, 4 y 5, 6, 7 respectivamente y que se reflejan en el perfil que muestra la Fig. 19. 31

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Se ha tomado una profundidad aleatoria de 103 metros y se ha representado esquemáticamente sobre el corte geológico tanto los modelos de subsidencia individuales de cada minado como el modelo de subsidencia generalizado.

S max

S max

A

B

450m

30m

103m

A8

2-5m 12m

H

A7 A6

A5

24m

H H

9m 14m

425m

H H

A2

A1

A4

A3

16m H

85°

85°

85°

H

35°

400m

390m 0m

25m

50m

75m

100m

125m

150m

175m

200m

225m

250m

275m

300m

325m

Fig.19: Modelo de perfil de subsidencia para dos talleres explotados suponiendo una capa horizontal.

Debido a la complejidad del problema, a la falta de mediciones y datos precisos, el problema de la subsidencia minera se ha sido tratado de forma genérica y cualitativa. De tal manera que, las conclusiones obtenidas en este capitulo servirán como orientación en el posterior estudio hidrogeológico, pero no aportan información cuantitativa exacta, en ningún aspecto.

4.4. CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE LAS LABORES Y LA SUBSIDENCIA: 1- Los conglomerados presentan una zona en la vertical de las cubetas de subsidencia según los modelos expuestos, con alteraciones en forma de fisuras, esponjamientos y disgregación del material, mucho mayor que los terrenos adyacentes. 2- Probablemente existe un fenómeno de subsidencia generalizada de los terrenos estudiados, debido a que toda la zona está afectada intensamente por la minería subterránea. Dicha subsidencia habría provocado una acomodación total o parcial de los terrenos de cobertera sobre los materiales carboníferos, sin embargo no se dispone de pruebas que corroboren esta hipótesis. Tal fenómeno puede haberse manifestado en una magnitud difícil de cuantificar sin mediciones topográficas precisas.

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RECOMENDACIONES: Para poder tener una confirmación de los modelos de subsidencia expuestos sería recomendable la realización una campaña geofísica somera de superficie. Se plantea por lo tanto una campaña de geofísica electromagnética con georadar a lo largo de la línea que sigue el corte geológico A-B. Los materiales presentan una composición y estructura sedimentaria que a priori si se desestiman otros parámetros que puedan influir negativamente en el método, permitiría conseguir dos objetivos: 1. Confirmar la estructura del fenómeno de subsidencia superficial. 2. Determinar la posición del contacto carbonífero-cretácico a lo largo de dicho perfil.

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5. HIDROGEOLOGÍA 5.1. CONCEPTOS GENERALES Un “ambiente hidrogeológico” es un modelo conceptual [11] de los parámetros morfológicos, geológicos y climáticos que determinan los atributos principales del régimen de agua subterránea en un área determinada. A lo largo del presente capítulo se va ha describir la metodología utilizada y los resultados obtenidos de la medida y análisis de los parámetros característicos de la zona de estudio. Partiendo de la información geológica y minera expuesta en los capítulos anteriores se establecen las condiciones a partir de las cuales se va ha definir un modelo de ambiente hidrogeológico. En primer lugar se determina que, dada la situación geográfica, la geología y la orografía de la zona, las aguas subterráneas que afloran dentro del área estudiada, son aguas que provienen de la infiltración directa en el terreno de las lluvias o nieves y no se nutren de la recarga de corrientes superficiales o lagos. Por lo tanto será de gran importancia el análisis de las condiciones de recarga, con el objetivo de conocer el comportamiento de los acuíferos y para ello se llevará a cabo la caracterización del parámetro climatológico mas importante; las precipitaciones. Teniendo esto en cuenta se estudiará como la recarga de la zona saturada [12] debida a la aportación de precipitaciones atmosféricas puede descomponerse en tres etapas: 1º- Infiltración del agua desde la superficie del terreno. 2º- Movimiento descendente del agua a través de la zona de aireación. 3º- Entrada del agua en la zona de saturación, donde pasa a formar parte de las llamadas aguas subterráneas. En la figura 20 se representa la zonación del terreno de forma esquemática ideal, donde se puede apreciar el camino que sigue el agua desde la superficie a la zona saturada.

Nivel freático

Fig.20: Repartición teórica del agua en el suelo y en el subsuelo. [13] (Modificada)

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Para estudiar mas detalladamente cada una de las etapas que dan lugar al proceso de recarga por precipitaciones, se comenzará por plantear cada uno de los fenómenos o factores que influyen en ella, desde que las precipitaciones caen a la superficie del terreno hasta que el acuífero recibe la recarga de las mismas. El tipo de vegetación o cultivo que hay en la superficie del terreno [13] es un factor importante, siendo las zonas de bosque o prados, como es el caso del área estudiada, mejores para la recarga de los acuíferos, que las tierras de cultivo. En las primeras el agua está mas limpia y no tapona los intersticios de penetración. Evidentemente una parte del agua que entra en la zona de aireación vuelve a la atmosfera por evaporación y transpiración vegetal, perdiéndose así su incorporación al almacén subterráneo de la zona de saturación. Ambos términos se suelen calcular de forma conjunta y englobada bajo el término evapotranspiración. En consecuencia el manto de evaporación o de terreno vegetal constituye un obstáculo para la recarga de la zona de saturación. La recarga tiene lugar principalmente por la penetración vertical de la lluvia y del agua de las nieves en la inmediata vecindad de su punto de precipitación. Sin embargo cuando la intensidad de la precipitación de lluvia o nieve es superior a la velocidad con la que puede infiltrarse el agua a través de la superficie del terreno, el exceso de precipitación correrá sobre la superficie en la dirección de su máxima pendiente, sino hay obstáculos, es el fenómeno de escorrentía superficial. En la escorrentía intervienen muchos factores, entre otros los derivados de la morfología del terreno, naturaleza litológica, los suelos y la vegetación desarrollados. Particularmente la escorrentía superficial en la zona de estudio se vera influenciada por la morfología de la subsidencia, en cuanto a que los hundimientos, fisuras y grietas que se manifiestan en la superficie del terreno dan lugar a que se produzcan flujos preferenciales [14], evitando así la escorrentía natural que se daría en el mismo terreno en condiciones naturales. La parte de las precipitaciones que no se pierden por evapotranspiración o escorrentía superficial, percolarán en el terreno dando lugar al fenómeno de infiltración. Este fenómeno se produce por la acción combinada de las fuerzas de gravedad y de atracción molecular. Cuando la humedad del suelo es reducida y una gota de agua cae sobre la superficie del terreno, las fuerzas moleculares de este (capilaridad) la atraen y hacen que sea rápidamente absorbida. En este proceso el peso del agua tiene a una importancia totalmente secundaria. Cuando la superficie del terreno va humedeciéndose más y más, el proceso de capilaridad va perdiendo intensidad y la infiltración tiene lugar debido, cada vez más, a la atracción gravitatoria. Así como en la primera fase la permeabilidad del terreno era secundaria en comparación con el desequilibrio de humedad en el suelo, en esta segunda fase es la permeabilidad, la que fundamentalmente determina la velocidad de penetración del agua; la permeabilidad será por lo tanto un parámetro que más adelante (véase capítulo 5.3) se tratará cuidadosamente dada su importancia. Teniendo en cuenta esto, cuando el suelo vegetal en un punto esta saturado, cualquier nueva adicción de agua que reciba su superficie descenderá por gravedad desde el manto de evaporación, ya sea directamente a la zona de saturación o al manto intermedio de la zona de aireación. Puesto que este manto intermedio no esta afectado ni por la evaporación ni por la absorción de las raíces de las plantas, normalmente retiene toda el agua que puede contener por efecto de las fuerzas de atracción molecular. Sin embargo, la mayor parte del agua tiende a descender mas aún obedeciendo a la fuerzas de gravedad. 35

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Evidentemente, también puede ocurrir que parte del agua atraviese el manto de evaporación superficial, incluso aún cuando exista una falta considerable de humedad en alguno de sus puntos, a través de conductos tales como los creados por raíces podridas de las plantas, grietas, etc., es lo que se denomina flujo preferencial. [14] Se estima que en la zona de estudio una gran cantidad del agua de las precipitaciones sufre este tipo de transporte debido a las fisuras y esponjamiento del terreno en determinadas partes de la superficie afectadas por la subsidencia minera, especialmente en las zonas colapsadas y con mayor presencia de fisuras y grietas. En el mapa de la figura 21, confeccionado a partir del Mapa de Hundimientos [véase plano adjunto] se muestran las direcciones de flujos preferenciales, determinadas por las trazas de los hundimientos y el área del terreno que afectan. En rojo se representan las trazas de la subsidencia, la divisoria de aguas esta representada por las líneas negras de trazos discontinuas y las flechas indican la dirección y sentido de los flujos preferenciales y la escorrentía.

Alto del Pinal

Fig.21: Mapa de hundimientos, divisoria de aguas y direcciones de flujos preferenciales.

Como puede apreciarse la escorrentía que se pueda producir en el área entre cada minado en la dirección perpendicular a las trazas de la subsidencia, se verá interrumpida y redireccionada dando lugar a los flujos preferenciales, en las direcciones de máxima escorrentía NE y SW. Por este motivo la infiltración de agua será mayor y las perdidas de recarga por escorrentía en la dirección de la pendiente NW serán consideradas nulas. Una vez se han determinado y descrito los fenómenos que implica el movimiento del agua de las precipitaciones en el terreno, se puede resumir que; las condiciones que determinan la velocidad y caudal de la recarga de aguas subterráneas, son por lo tanto aquellas relacionadas con la precipitación, como verdadera fuente de abastecimiento y con la facilidad de entrada del agua en el terreno, las cuales determinan la proporción de agua que alcanza los depósitos subterráneos. 36

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Los parámetros del régimen de agua subterránea están controlados por tres componentes del ambiente hidrogeológico y estas tres componentes están conformadas a su vez por varios parámetros: [11] 1. Topografía: Para la topografía; el tamaño y forma de los relieves topográficos y la orientación y frecuencia de los relieves geológicos. La topografía del terreno, es una característica evidente, puesto que en zonas de elevada pendiente, la escorrentía será máxima y por tanto la infiltración mínima, mientras que en zonas llanas los procesos de infiltración serán mas eficaces. En este aspecto ha quedado establecido un modelo según se representa en Fig.21 pag. anterior. 2. Geología: Para la geología; el contenido en material soluble, la configuración de heterogeneidades (estratificación, lenticularidad, fallado, fracturación, karstificación, y grado de anisotropía). En este aspecto se establece que, la disposición de la montera de conglomerados fosilizando los estratos paleozoicos da lugar en conjunción con los factores topográficos, a la existencia de un flujo de recarga de los acuíferos pertenecientes a los estratos carboníferos desde el nivel superior de conglomerados. El número total y la localización de los estratos carboníferos, que albergan la posibilidad de ser acuíferos o transmitir agua, es una incertidumbre, sin embargo en la zona son reconocibles además de captaciones de agua en dos de estos estratos, varios afloramientos superficiales estacionales (véase ANEXO II- Fichas de puntos de agua). En el estudio hidrogeológico se ha considerado solamente uno de los acuíferos conocidos, el mas importante y que permite la medición de los caudales de descarga, este acuífero cuya captación es denominada “FUENTE DEL ARGAYÓN” (véase ANEXO II- Fichas de puntos de agua. Ficha: AGUA-1-CAP-F), está constituido por una capa de material arenoso de entre 2 y 5 metros de espesor, que aflora en el borde NE del contacto carbonífero-cretácico (véase plano adjunto. HOJA TEMÁTICA). 3. Clima: Para el clima; la temperatura, el valor, tipo y variación estacional de la precipitación y la evapotranspiración potencial. En cuanto al clima, los datos meteorológicos disponibles se basan en la medición de estaciones situadas en zonas o muy alejadas o en cotas de fondo de valle, con más de 200 metros de diferencia de altitud entre la zona de estudio y el punto de medición. Esto da origen a un problema de representatividad en los datos, ya que es conocido que en las zonas mas elevadas las condiciones climáticas cambian y las precipitaciones son más elevadas, debido principalmente al efecto de ladera, al menos hasta lo que se denomina el umbral pluviométrico a partir del cual hay una disminución. La ecuación que suele regir esta variación es del tipo [9] P = az + b donde “a” representaría el gradiente pluviométrico. Pueden ser valores normales 50-60 mm / 100m, aunque son muchos los factores que intervienen.

37

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Luego el estudio detallado de la climatología de la zona, presenta la necesidad de establecer una estación meteorológica fija dentro del área estudiada, debido a la gran variabilidad orográfica. Contemplando este problema y ante la falta de medios disponibles se establece una estación pluviométrica (en adelante PB-1) de fabricación casera en la zona, obteniéndose medidas durante varios meses. Para establecer el ambiente hidrogeológico de la zona de estudio se van estudiar los parámetros más importantes de las tres componentes, las precipitaciones, los caudales de descarga y la permeabilidad del terreno. No se tendrán en cuenta variables tales como la vegetación o el tipo de suelos ni tampoco la evapotranspiración o la escorrentía superficial. Algunos de los parámetros que se estudiarán, van a ser establecidos por medición directa “in situ” y se denominarán en adelante “Parámetros hidrogeológicos directos”; otros serán cuantificados mediante ensayos de muestras en el laboratorio y en adelante se denominarán “Parámetros hidrogeológicos indirectos”. En cada caso serán:


Los parámetros hidrogeológicos directos : (Apartado 5.2) PRECIPITACIONES y CAUDALES DE DESCARGA.




Los parámetros hidrogeológicos indirectos : (Apartado 5.3) PERMEABILIDAD mediante ensayos granulométricos. PERMEABILIDAD mediante permeámetro de carga constante.

5.2. PARAMETROS HIDROGEOLÓGICOS DIRECTOS. Los parámetros que se obtendrán de forma directa son: 1. PRECIPITACIONES. 2. CAUDALES DE DESCARGA. La finalidad de la medición de estos dos parámetros es; establecer una relación entre la cantidad de precipitación recibida por el terreno en una determinada área y las fluctuaciones que sufre el acuífero donde se miden los caudales de descarga. Mediante la relación que se establecerá entre las mediciones de ambos parámetros se determinará de qué forma reacciona el acuífero libre que abastece al manantial “El Argayón”, lugar donde se establece el control y medición de los caudales de descarga del acuífero. Cuando se habla de precipitaciones se esta haciendo referencia a un parámetro climatológico y por lo tanto antes de hacer comparaciones o mediciones de tal parámetro es conveniente hacer un balance general del clima de la zona y de los sistemas de medición utilizados. De esta forma se podrá valorar si los resultados obtenidos son representativos y válidos. El parámetro de las precipitaciones se verá pues en el apartado siguiente “5.2.1. CLIMATOLOGÍA”. De la misma forma, cuando se habla de caudales de descarga se esta haciendo referencia al control temporal de los caudales de un acuífero determinado, para lo cual es necesario definir: donde, como y cuando se miden dichos caudales; este parámetro será tratado en el apartado “5.2.2 CONTROL DE ACUÍFEROS”. 38

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

5.2.1 CLIMATOLOGÍA

1. CLIMA LOCAL. En primera instancia el municipio de Langréo presenta [15] un clima templado, con veranos suaves e inviernos frescos, siendo las primaveras y los otoños en general inestables, coincidiendo el descenso de precipitaciones con los meses más calurosos. La temperatura media es de 13ºC, el mes más frío es el de Enero y el más caluroso el de agosto. En cuanto a la pluviometría, la media ronda los 813mm anuales (media periodo 19732005 Estación de Meriñán INM), el mes más lluvioso es el de abril mientras que el más seco corresponde al mes de julio.

2. MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES. Con el objetivo de conocer el balance del ciclo hídrico en la zona estudio, se realiza el análisis de las precipitaciones, a partir de datos empíricos. La información utilizada para realizar el estudio climatológico, proviene de las siguientes fuentes: 1. Estación meteorológica de Meriñán, perteneciente a la red de estaciones de medición meteorológica estatal. 2. Estación meteorológica del Cristo, perteneciente a la red de estaciones de medición meteorológica estatal. 3. Medición directa de precipitaciones mediante un pluviómetro PB-1emplazado en la zona de estudio. Datos de la estación meteorológica de Meriñán: Periodo: 1995-2000. Localización: Langréo-Lada-Meriñán Para el estudio de las precipitaciones se ha trabajado con los datos disponibles a partir del año 1995, a fin de establecer un valor medio aproximado de precipitaciones, pero sobre todo un valor máximo de precipitación anual, mensual y puntual (24 h). No se ha trabajado con un volumen mayor de datos debido a que como se ha comentado con anterioridad el efecto de ladera hace probable que los valores medidos en esta estación sean menores que los reales en la zona de estudio y por lo tanto, los valores que se obtendrán son orientativos y un volumen excesivo de datos no mejoraría demasiado la precisión de los resultados en el punto de aplicación. En la figura 22 se muestra como ejemplo la precipitación anual acumulada para los años 1995, 1996 y 1997, que dan a una primera aproximación del volumen de precipitación de la zona, estableciendo una acotación grosera de dicho valor. AÑO 1995 PRECIPITACIÓN TOTAL ANUAL 988mm

AÑO 1996 PRECIPITACIÓN TOTAL ANUAL 1115mm

AÑO 1997 PRECIPITACIÓN TOTAL ANUAL 848.4mm

Fig.22: Datos tabulados de los años 1995,1996 y 1997

PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL = 813mm anuales

(Periodo 1973-2005 estación de Meriñán)

Los datos de la estación se han comparado por años, mes a mes, obteniendo los 3 valores siguientes, para cada mes: 39

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

− precipitación media mensual interanual (mm) − máximos de precipitación mensual interanual (mm) − precipitación máxima (24 horas) interanual del día del mes (mm) Estos datos se muestran en la tabla de la Fig.23 y su representación gráfica en la Fig.24. TABLA 1: ENERO

FEBRERO

MARZO

ABRIL

MAYO

JUNIO

JULIO

AGOSTO

SEPTIEMBRE

OCTUBRE

NOVIEMBRE

DICIEMBRE

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE ENERO

81.8

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

182,4

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

35.2

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE FEBRERO

57.2

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

188.6

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

39.0

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE MARZO

31.0

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

99.0

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

35.4

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE ABRIL

34.1

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

298.6

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

47.6

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE MAYO

77.3

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

120.4

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

26.8

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE JUNIO

31.8

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

59.2

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

13.0

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE JULIO

64.7

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

83.2

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

35.8

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE AGOSTO

35.6

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

99.6

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

37.0

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE SEPTIEMBR.

109.1

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

162.2

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

62.2

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE OCTUBRE

60.9

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

110.2

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

60.4

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE NOVIEMBR.

128.4

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

241.6

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

37.4

VALOR MEDIO INTERANUAL MES DE DICIEMBRE

130.8

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL MES

179.8

VALOR MAXIMO INTERANUAL DEL DIA DEL MES

66.8

Fig.24: Representación gráfica de los datos mostrados en la Fig.23.

Fig.23: Resumen de datos mensuales interanuales. Estación de Meriñán.

Los datos correspondientes a las mediciones de la precipitación diaria a partir de la cual se ha confeccionado la tabla de la Fig. 23, se recogen en el ANEXO III. Mediante el análisis de los datos pluviométricos de los años 1995 al 2000 se han obtenido como valores máximos de precipitación, los siguientes (Fig.25): 40

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Valor máx. de precipitación en 24 h

66,8 l/m2 (Diciembre 1996)

Valor máx. de precipitación Mensual

298 l/m2 (Abril 1998)

Valor máx. de precipitación Anual

1115 l/m2 (1996) Fig.25: Valores máximos de precipitación

Datos de la estación meteorológica del Cristo: Periodo: 1972-2000 - Altitud (m): 336 - Latitud: 43º 21' 13'' N - Longitud: 05º 52' 24'' O El siguiente cuadro (Fig.26) presenta los valores medios normales de precipitación mensual y anual, de la estación meteorológica de Oviedo, situada en el Cristo, y perteneciente a la red estatal. Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Anual

Precipitaciones ( mm) 85 85 82 109 94 53 52 55 64 98 101 96 973 Fig.26: Valores medios normales de precipitación.

En la tabla 2 se muestran los valores máximos y mínimos de precipitación mensual para el mismo periodo (Fig.27). TABLA 2: Mes

Máx.( mm)

Min.( mm)

Enero

225.5 (año 1978)

15.9 (año 1993)

Febrero

167.6 (año 1979)

13.6 (año 1975)

Marzo

162.2 (año 1974)

4.8 (año 1997)

Abril

255.1 (año 1998)

3.4 (año 1997)

Mayo

251.9 (año 1984)

30.4 (año 1986)

Junio

187.1 (año 1977)

5.2 (año 1976)

Julio

170.6 (año 1977)

17.3 ( año 1999)

Agosto

185

14.7 (año 1981)

Septiembre

165.1 (año 1986)

2.3 (año 1980)

Octubre

340.3

16.3 (año 1989)

Noviembre

227.4 (año 1996)

9.1 (año 1981)

Diciembre

168.8 (año 1975)

---------

Resumen

340.3 (octubre 1992)

2.3 (septiembre 1980)

(año 1992) (año 1992)

Fig.27: Valores máximos y mínimos de precipitación. 41

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Datos de la estación pluviométrica PB-1: Periodo: 5-12-2000 al 31-7-2001 -Altitud (m): 388- Latitud: 43º18' 25''N -Longitud: 5º40' 15''O

Las mediciones realizadas “in situ” han sido tomadas mediante un pluviómetro de construcción propia denominado PB-1 basado en el modelo Hellman normalizado y utilizado por el instituto nacional de meteorología (antiguo INM ahora AEMET). Este instrumento de medición recoge la lluvia en un embudo con diámetro normalizado 15,96 cm que supone una superficie de recogida de 200cm2 y entra en un depósito de boca estrecha. La altura desde la base de apoyo a la boca superior es de 93 cm. La lluvia recogida diariamente se mide luego con una probeta graduada adecuadamente, que da un dato de volumen de precipitación en ml/A donde A es 200cm2. Para obtener la medida de la lluvia recogida en el pluviómetro en l/m2 ó mm, basta con operar. La Fig. 28 muestra la localización en el mapa de la zona del equipo PB-1 de la fotografía.

Alto del Pinal

Fig.28: Pluviómetro construido en el lugar de estación y su localización en el mapa topográfico de la zona.

El PB-1 debe de ser estacionado cuidadosamente, preparando la base de estacionamiento para facilitar su estabilidad y procurando su adecuada nivelación. Para asegurar la estabilidad y evitar caídas del equipo, este es sujetado mediante tres vientos de nylon que han sido distribuidos simétricamente en la corona del soporte de madera (véase Fig. 28). Ha sido encasaría la construcción del PB-1, por dos razones: 1- Obtener datos representativos de las precipitaciones de la zona de estudio. 2- Debido a fallos de funcionamiento de la estación de Meriñán. La relación temporal de las mediciones en l/m2 de las precipitaciones se refleja en la Tabla 3 de la página siguiente (véase Fig. 29). La Fig. 30 muestra la representación gráfica de los datos de la Tabla 3.

42

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

TABLA 3:

dic00

ene- feb- mar- abril- may- jun- Jul01 01 01 01 01 01 01

1

----

4.7

2

----

0

0

26.5

0.0

17.0

0.0

0.0

3

----

0

0

26.5

0.0

11.8

0.0

0.0

4

----

6.1

4.7

28.4

14.2

58.7

0.0

82.8

5

4.7

4.7

0

0

0.0

4.7

0.0

0.9

6

9.5

0

4.7

0

0.0

0.0

0.0

0.0

7

9.5

4.7

4.7

4.7

28.4

0.0

0.0

0.0

8

4.7

0

13.2

7.6

0.0

0.0

23.7

10.4

DIA 28.4

4.7

0.0

0.0

0.0

0.0

9

0

0

3.3

11.3

0.0

11.8

21.8

11.8

10

0

0

0

3.8

0.0

0.0

40.7

0.0

11

0

0

0

0

0.0

0.0

0.0

0.0 0.0

12

0

0

0

26.5

0.0

0.0

0.0

13

9.9

38.3

0

0

0.0

14.2

0.0

0.0

14

2.4

49.7

0

0

0.0

0.0

0.0

0.0

15

0

0

0

0

0.0

0.0

0.0

58.7

16

0

11.9

0

4.7

0.0

11.4

0.0

0.0

17

4.7

4.7

0

4.7

0.0

0.0

0.0

0.0

18

0

22.8

0

0

0.0

0.0

0.0

0.0

19

0

4.7

0

4.7

0.0

0.0

0.0

0.0

20

0

0

0

0

9.5

0.0

0.0

0.0

21

0

0

0

2.4

14.2

0.0

0.0

0.0

22

0

4.7

0

4.7

0.0

0.0

0.0

0.0

23

0

0

0

0

0.0

0.0

0.0

0.0

24

4.7

18.9

18.9

11.8

12.3

0.0

0.0

0.0

25

4.7

0

4.7

22.7

0.0

0.0

0.0

0.0

26

0

7.1

0

23.7

0.0

0.0

0.0

0.0

27

14.2

15.6

50.2

7.6

0.0

0.0

0.0

0.0

28

13.2

151.4 16.1

4.7

0.0

0.0

0.0

0.0

29

26

26.5

10.9

4.7

0.0

0.0

30

60.6

4.7

22.7

74.8

0.0

31

4.7

58.7

0

TOTAL 173.5 439.9 148.9 265.3 158.0

0.0 0.0 0.0

129.6

86.1

164.6

VALOR MÁXIMO MENSUAL

439.9

(ENERO)

VALOR MÁXIMO DIA

151.4

(ENERO)

Fig.29: Relación de datos de medición de precipitaciones (mm). Estación PB-1. Fig.30: Representación gráfica de datos de la Tabla 3. (Derecha)

43

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

5.2.2. CONTROL DE ACUIFEROS.

a) CONCEPTOS GENERALES. En este capítulo se expondrán unas ideas acerca de los recursos de agua subterránea de la zona y el balance de los mismos. Un manantial es [16] un punto o área del terreno por la que surge una cantidad apreciable de agua de forma natural, procedente de un acuífero. El estudio de los manantiales aporta información sobre las características del acuífero, tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo. El volumen de descarga de un manantial y su distribución a lo largo del tiempo es función, esencialmente de la extensión del área de recarga, de la cuantía de las precipitaciones y de las características hidráulicas del acuífero. Como resultado de todo el trabajo de campo realizado durante el reconocimiento geológico y el inventario de puntos de agua y teniendo en cuenta las hipótesis básicas de la hidrogeología [13], se estima que las entradas de agua que alimentan al acuífero de materiales arenosos carboníferos donde tiene su captación la fuente denominada “El Argayón” [véase ANEXO II], se producen a través de la sección de conglomerado cretácico comprendida dentro del área rallada que se muestra en la Fig. 31, con una extensión aproximada de 17000 m2, será en adelante el área de recarga que se supone a falta de mas datos, de dicho acuífero.

ACUIFERO

CAPTACIÓN

Á Árreeaa eessttiim maaddaa ddee rreeccaarrggaa

Alto del Pinal

Fig.31: Localización del acuífero, situación del punto de control y demarcación del área de recarga. Extracto modificado de la Hoja Temática del Anexo II.

La captación de este manantial “El Argayón” será el punto de control de los caudales de descarga del acuífero. 44

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Las razones por las que se ha elegido este manantial como punto de control son: 1. Permite la medición de los caudales de forma sistemática 2. La fuente se encuentra bajo un especial nivel de protección por ser una fuente de calidad testada y caudal reconocido durante todo el año.

b) MEDICIÓN DE LOS CAUDALES DE DECARGA. La medición de las caudales de descarga del acuífero libre, a través del manantial captado en la fuente “El Argayón” se realiza durante dos periodos: Periodo 1-- (6-12-1999) al (30-6-2000). Periodo 2-- (2-12-2000) al (30-3-2001). Las mediciones [véase ANEXO IV] se realizan siempre en el mismo intervalo horario (2222:30 ) y de la siguiente manera: Material utilizado:




Cronometro digital Probeta aforada de 500 ml Recipiente no aforado de 10 litros de capacidad. Medidas:

Durante un intervalo de tiempo se recoge el caudal de salida del rebose del deposito de la captación, para lo cual es necesario que dicho deposito este totalmente lleno y no se extraiga agua en ese momento por el grifo inferior. El tiempo estipulado es de 60 segundos. La medición se repite tres veces consecutivamente y el dato final será la media de las tres medidas, si alguna de las medidas es susceptible de ser errónea, se repite esa medición. Una vez tenemos la medida en ml de los 60s, para obtener el valor aproximado del caudal diario en litros día se opera sencillamente: (Valor medido en ml / 1000) x (60 x 24) = litros día De esta forma se han obtenido valores del caudal de descarga del acuífero a través de la fuente, durante periodos largos de tiempo que permitirán hacer una comparación con los datos de recarga y estimar parámetros de comportamiento hídrico del sistema. A partir de los datos del periodo 1 de mediciones se obtiene como valor medio de caudal diario de descarga: Q = 2793.9 l/día A partir de los datos del periodo 2 se obtiene como valor medio de caudal diario de descarga: Q =2182.1 l/día El valor máximo de caudal medido pertenece al día 10 de Abril del 2000 con un valor de: Q = 14328 l/día. Los valores anteriores, que estiman el caudal medio de descarga se han calculado para periodos con precipitaciones, es decir, en periodos de descarga influenciados. 45

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

c) REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS DATOS DE CAUDALES. Periodo 1-- (6-12-1999) al (30-6-2000).

Fig. 33: Tratamiento de datos mediante hoja de calculo EXCEL

Periodo 2-- (2-12-2000) al (30-3-2001)

Fig. 34: Tratamiento de datos mediante hoja de calculo EXCEL

46

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

5.2.3. ANALISIS DE LOS DATOS DE MEDICIÓN DIRECTA. Como se verá a continuación la fluctuación de los caudales de descarga del manantial, están directamente relacionados con la recarga superficial por las precipitaciones. En las graficas de las Fig. 35 y 36, se ve claramente este fenómeno donde se representan ambas mediciones superpuestas en el mismo intervalo temporal. Se puede ver la rápida reacción temporal del acuífero ante la lluvia, estableciéndose el tiempo de reacción del mismo en menos de 24 horas, esto ratifica por una parte la cercanía entre el área de recarga del acuífero y la zona de descarga y por otra, la elevada velocidad de infiltración del agua de precipitación. En las graficas de la Fig.33 y Fig.34 se puede apreciar como los caudales diarios no se

Fig.35: Grafica comparativa de caudales-precipitaciones

Fig.36: Grafica comparativa de caudales-precipitaciones

47

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

mantienen durante todo el año, sino que sufren variaciones importantes. En las épocas de máxima recarga las pendientes de la curva de agotamiento son muy acusadas indicando la gran variabilidad de caudales, positivas cuando aumenta el caudal de descarga del acuífero, debido a las lluvias y negativa cuando las lluvias han cesado o disminuido de manera significativa. Según la ley de disminución de caudales de los manantiales en los periodos no influenciados, siguen aproximadamente la formula exponencial [16]:

Q = Qo · e – α· t Donde: Q es el caudal de la fuente en el momento t. Qo es el caudal de la fuente en el origen de tiempos. α es el coeficiente de agotamiento, que depende de las características geométricas e hidrológicas del embalse subterráneo con dimensiones (tiempo -1). t es el tiempo desde el momento en el que el caudal vale Qo. En este caso α es un valor constante que depende de las características geométricas y de los parámetros S (coeficiente de almacenamiento) y T (transmisividad) del acuífero, pero no de las condiciones iniciales de los niveles piezométricos. En resumen, el valor del parámetro α da una idea de la velocidad del agua que atraviesa el medio permeable del acuífero. En este caso no conocemos los valores S y T, como en la mayoría de los casos reales, pero en cambio se puede calcular α del estudio de la curva de agotamiento. Para su cálculo se recurre a la representación gráfica de los valores logQ versus t y ver si siguen una línea recta. En caso afirmativo, el valor del coeficiente de agotamiento es:

α=

log Q1 − log Q2 0.4343 ⋅ (t 2 − t1 )

Para el cálculo del coeficiente son utilizados los datos de las mediciones de caudal correspondientes al Periodo (2/12/2000-30/3/2001). La representación gráfica de las curvas de agotamiento del acuífero correspondientes a este periodo (véase Fig. 34) permiten identificar 3 descensos de los caudales, que se acotan temporalmente en tres intervalos: Intervalo 1: desde el día 30 al día 42 de la serie. Intervalo 2: desde el día 64 al día 86 de la serie. Intervalo 3: desde el día 94 al día 112 de la serie. A continuación se muestran las representaciones gráficas de los tres intervalos y las rectas de ajuste respectivas. A partir de las ecuaciones de dichas rectas se obtendrá el valor del coeficiente de agotamiento.

48

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

INTERVALO 1

Q 10000 1000 100 y = -63.261x + 1524.2 R2 = 0.8674

10 1 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13

t Luego el valor del coeficiente de agotamiento es:

α1 = 145.662 días-1

INTERVALO 2

Q 10000 1000 y = -56.006x + 4333.3 R2 = 0.9443

100 10 1 1

3

5

7

9

11 13

15

17

19 21

23

t Luego el valor del coeficiente de agotamiento es:

α2 = 128.957 días-1

49

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

INTERVALO 3

Q 10000 1000 100

y = -47.562x + 3607.8 R2 = 0.6926

10 1 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

t Luego el valor del coeficiente de agotamiento es:

α3 = 109.514 días-1

Tomando la media de los tres valores obtenidos se obtiene el valor: (Coeficiente de agotamiento del acuífero de control)

α = 128.0443 días-1

Sin entrar en un análisis mas detallado de los histogramas puesto que dicho análisis y la obtención de los parámetros hidrogeológicos del acuífero mediante el tratamiento matemático de los datos obtenidos no serán abordados en este estudio; (éste trabajo se desarrollará en una etapa posterior y forma parte de otro estudio desarrollado por un equipo multidisciplinar de la Unidad de Hidrogeofísica y ensayos no destructivos de la Universidad de Oviedo), se establecen como objetivos alcanzados poder acotar los siguientes valores: − Se estima el caudal mínimo de descarga en (500-1000) litros diarios. (En épocas de estío, donde las curvas de agotamiento del acuífero pasan a periodos no influenciados y tienden a estabilizarse, presentando las curvas de agotamiento pendientes más suaves.) − Se estima un caudal medio anual de (2000-3000) litros diarios. − − Se establece que el acuífero tiene tiempos de reacción menores de 24 horas. − − Se estima un área máxima de recarga de 17000 m2.

50

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

5.3. PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS INDIRECTOS. 5.3.1 CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA O PERMEABILIDAD. La conductividad hidráulica o permeabilidad K de un terreno [12] es el factor más importante del mismo, en relación con la explotación de sus aguas subterráneas. Varía con el diámetro, la granulometría, la naturaleza y rugosidad de las partículas que lo forman. Depende también de factores como la temperatura, que influirá en la viscosidad del fluido. La estimación de la permeabilidad es de carácter vital, en la caracterización del ambiente hidrogeológico, pues se trata de un parámetro que describe la forma en que el agua se desplaza a través del medio, bajo unas condiciones determinadas. Dada la complejidad, escasez de medios y la falta de tiempo, principalmente; en este estudio se pasaran por alto los factores relativos a las características intrínsecas del fluido y se hará hincapié en la estimación del parámetro K teniendo en cuenta las características del terreno por el que circula el agua, para ello se llevan a cabo dos tipos de ensayos que permiten la caracterización del medio: 1- Ensayos granulométricos: Atendiendo a la fórmula de calculo de permeabilidades en función de los parámetros característicos de la distribución granulométrica, según Hazen (1895). En consecuencia el resultado será orientativo [13]. 2- Ensayos en permeámetro de carga constante: En cumplimiento de la Ley de Darcy, se establece la medida de la permeabilidad, llevando a cabo la experimentación de muestras en un permeámetro de carga constante, desarrollado en la E.U.I.T.M de Mieres a finales de la década de los noventa.

5.3.2. ENSAYOS GRANULOMÉTRICOS. Mediante el análisis de la distribución granulométrica, se calculará de forma indirecta, el valor de la permeabilidad de los materiales que forman la cobertera Cretácica. Estos materiales cretácicos constituyen la litología de conglomerados que recubre los estratos paleozoicos, constituyendo por lo tanto los conglomerados el material a través del cual se infiltra el agua de lluvia hasta el acuífero de arenas perteneciente a la serie estratigráfica paleozoica y que se encuentra bajo el conglomerado. Determinando la permeabilidad de la matriz de los conglomerados, se pretende obtener una aproximación de la capacidad del medio para permitir el paso del agua de lluvia hasta niveles mas profundos y constituir la zona de almacenaje transitorio entre la recarga directa de las precipitaciones y la descarga de caudales, que tiene lugar por el acuífero inferior y que se nutre de la recarga de agua que esta formación de conglomerados capta superficialmente. En la mayor parte de su extensión, éstos conglomerados, son materiales fácilmente disgregables que presentan escasa cementación y permiten una fácil separación de sus componentes, lo que a priori es una cualidad indispensable para poder realizar una granulometría del material.

51

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

a) TOMA DE MUESTRAS. El muestreo del conglomerado, se realiza en 5 puntos de la zona que anteriormente se ha estimado y ha sido acotada como área de recarga del acuífero donde son medidos los caudales de descarga; en la Fig.37 se representa la malla establecida y se sitúan los puntos de muestreo M1, M2, M3, M4 y M5. El número de muestras tomadas y la malla de muestreo establecida, resultan insuficientes para una caracterización adecuada del material, debido principalmente a su heterogeneidad. Sin embargo será suficiente para poder definir una primera aproximación de los parámetros estudiados para cada cuadrícula y obtener información suficiente para dimensionar una malla de muestreo mas densa y adecuada a los futuros trabajos que se realicen en la zona. En cada una de las cuadriculas estipuladas se ha buscado un lugar adecuado al azar y se ha tomado una muestra de conglomerado. Los puntos elegidos para la toma de muestras, están condicionados a la existencia de afloramientos adecuados, como son los bordes colapsados de minados, que en este caso permiten obtener muestras a una profundidad de la superficie del terreno de entre 1 y 2 metros, evitando de esta forma los materiales superficiales pertenecientes al suelo propiamente dicho y muestreando exclusivamente los materiales que claramente constituyen el conglomerado, de forma rápida y sencilla.

Fig.37: Distribución de la malla y puntos de muestreo.

La toma de muestras se realiza de forma manual, excavando puntualmente en los taludes elegidos. Se procede quitando una cierta cantidad de material superficial expuesto a la meteorización y se toma material no expuesto. Sobre una lámina de papel plastificado se procede a un primer tamizado de la muestra, con una red flexible, con luz de malla no normalizada pero que simplemente nos permite separar por una parte la matriz para su estudio y por otra la mayor parte de los cantos, que carecen de interés en estas muestras y son retirados. 52

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

La cantidad de muestra de matriz de conglomerado recogida en cada caso es de 1 kg aproximadamente, que se embolsa y etiqueta por separado, para su posterior utilización en el laboratorio.

b) REALIZACIÓN DE LOS ENSAYOS. Los ensayos granulométricos han sido realizados en el departamento de Química analítica de la Facultad de Química de la Universidad de Oviedo; concretamente en el laboratorio de Citometría, bajo la tutela del profesor Manuel Rendueles. Material utilizado: Espátula Vidrio de reloj Cepillo Pesa de precisión: ( OHAUS , modelo GALAXI 160 D ) Tamizadora : ( RETSCH ) Horno Para el tamizado han sido utilizados 13 tamices, con las siguientes características: Nº TAMIZ

REFERENCIA

LUZ DE MALLA

nº 1 nº 2 nº 3 nº 4 nº 5 nº 6 nº 7 nº 8 nº 9 nº 10 nº 11 nº 12 nº 13

R-80 R-81 R-82 R-84 R-86 R-88 R-90 R-94 R-98 R-100 R-102 ------CIEGO

0.80 mm 0.71 mm 0.63 mm 0.50 mm 0.40 mm 0.315 mm 0.250 mm 0.10 mm 0.100 mm 0.080 mm 0.063 mm 0.050 mm 0 mm

Procedimiento: Antes de realizar el tamizado de la muestra, se procede a la preparación de la misma, que consiste en: 1º) Secado en horno: Durante 30 minutos, a una temperatura de 100 ºC, con el fin de obtener muestras secas y homogéneas que permitan su correcto tamizado, evitando así la obturación de los tamices y una clasificación incorrecta de las fracciones granulométricas. 2º) Disgregación mecánica de la muestra: El primer problema en el momento de realizar las granulometrías ha sido el grado de cementación y compactación de la matriz, la cual debe de ser separada y disgregada 53

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

mecánicamente antes de poder realizar el tamizado. Debe de ser tenido en cuenta, que éste tratamiento suele dar lugar a unos tamaños efectivos muy diferentes de los existentes en el terreno natural. 3º) Separación de los fragmentos y clastos de mayor tamaño: En varias muestras el elevado grado de facturación de los cantos también supuso un problema, por lo que se ha realizado un tamizado inicial con tamices de luz de malla superior a 1 mm, con la función de eliminar la fracción granular más gruesa y sin interés, en este ensayo. Una vez se ha preparado cada muestra independientemente, se realiza la separación de la muestra en fracciones más pequeñas por cuarteo y se realiza su tamizado sistemático en seco. Estimación del tiempo optimo de tamizado: Con la finalidad de estimar tiempos óptimos de tamizado y facilitar la metodología a seguir en el tamizado de los posteriores trabajos, en los cuales el número de muestras a tamizar será considerablemente superior, se ha realizado el tamizado de cada muestra 10 veces, variando las masas y tiempo de tamizado. Con esta metodología se pretende calcular los tiempos de tamizado y tamaño de muestra mas adecuados, para cada una de las zonas de muestreo. Esto permitirá ahorrar tiempo, tanto en cada uno de los ensayos como en el cómputo total de tamizados que se tengan que realizar en fases del estudio posteriores. El siguiente cuadro (véase Fig. 38) representa los valores de; masa de muestra y tiempo de tamizado, para cada una de las curvas granulométricas obtenidas. MASA aprox.

100 g

100 g

100 g

100 g

25g

25g

25g

10g

10g

10g

TIEMPO

20 min

15 min

10 min

5 min

15 min

10 min

5 min

15 min

10 min

5 min

Fig.38: Programa de optimización de tamizado. Masa en gramos y tiempo en minutos.

Procesamiento de datos: Una vez realizado el tamizado de las muestras, se obtienen los pesos de la matriz retenida en cada uno de los tamices. A partir de los datos del peso del material retenido en cada tamiz, serán obtenidos los valores de porcentaje en peso de muestra de los materiales pasantes acumulados, en cada tamiz. Conocido el peso de la muestra tamizada y el peso de material retenido en cada tamiz, el porcentaje de pasante acumulado se calculará: Si el 100% de la muestra es 100,0062 g y el material retenido en el tamiz nº 1 es 7.8976 g. El material retenido en el tamiz nº 1 supone el 7,897 % de material retenido. Si se expresa en función del material que pasa por el tamiz, la cantidad de material pasante será: 100-7,897= 92,103 % Por tanto teniendo en cuenta estas premisas, los datos que se obtienen, son expresados en una magnitud inversa y porcentual, a la que se obtiene directamente del tamizado. Esta forma de expresar los datos de la distribución granulométrica de la muestra, permite 54

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

hacer una representación gráfica de gran utilidad. Representación grafica: Si se cuenta con suficiente numero de puntos [17], la representación gráfica de la distribución granulométrica es preferible a la numérica. Principalmente porque facilita su utilización al posibilitar una visión de síntesis. En la representación granulométrica de los pasantes acumulados, se obtiene una gráfica de forma que; las abscisas serán los diámetros de las partículas en mm (siendo estos datos limitados a la luz de los tamices utilizados); y en ordenadas se representa el porcentaje de partículas de diámetro inferior (porcentaje del peso de partículas pasantes). Como característica de la representación gráfica de los datos [18], cabe destacar que, el eje de abscisas presenta una escala logarítmica con el fin de poder abarcar las grandes diferencias de tamaños o diámetros aparentes de las diversas fracciones, cuyos porcentajes se representan en ordenadas en escala decimal. Las gráficas proporcionan una información tan detallada como se desee y al ser diagramas acumulativos permiten el cálculo gráfico de otras fracciones intermedias no obtenidas directamente en el análisis. Sin embargo hay que tener en cuenta, que existen muchas razones tanto prácticas como teóricas por las cuales la curva granulométrica es solo aproximada

c) ANÁLISIS DE DATOS. En este apartado se desarrollará el análisis de los datos obtenidos de la muestra tamizada M1, los correspondientes a las muestras M2, M3, M4 y M5 se recogen en el ANEXO V. Se adjuntan los datos numéricos y las representaciones gráficas de las curvas granulométricas para cada muestra. Tanto para la forma numérica como para la representación gráfica, los datos se exponen de manera agrupada, facilitando su comparación. Los datos numéricos se presentan tabulados, por un lado en pesos retenidos en cada tamiz; que son los valores obtenidos en el laboratorio y por otro los porcentajes de pasantes acumulados, calculados a posteriori como se ha explicado anteriormente. Por ultimo se representan las gráficas de las curvas granulométricas en función de los pasantes cumulados en tanto por ciento, para los 10 tamizados realizados a cada muestra. A partir de estas graficas donde se muestran las 10 curvas granulométricas, se obtiene una información visual, directa de la variabilidad que sufren dichas curvas en función del tiempo y el tamaño de muestra. Se observan en algunos de los casos diferencias mayores del 5 ó 10 %. En las tablas 1 y 2 aparecen tabulados a modo de ejemplo los datos numéricos correspondientes a la muestra M1. La primera fila de la tabla 1, indica la cantidad de muestra tamizada de cada vez. La segunda fila indica el tiempo de tamizado en cada caso. Las siguientes filas indican los pesos de la matriz retenida en cada uno de los tamices. En la fila inferior de la tabla, se indica la referencia con que se identificará la representación gráfica de la curva granulométrica de cada uno de los análisis por tamizado en la Fig.41.

55

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

TABLA 1: CANTIDAD 100,0062 g

100,0742 g

100,0742 g

100,0347g 25,0079g 25,0343g 25,0228g 10,0200g 10,1182g 10,0386g

TIEMPO

20min

15min

10min

5min

Nº TAMIZ

Peso retenido

Peso retenido

Peso retenido

15min

Peso retenido

10min

Peso retenido

5min

Peso retenido

Peso retenido

15min Peso retenido

10min Peso retenido

5min Peso retenido

1

7.8976

13.7705

12.4671

13.2403

3.4414

3.3278

3.9376

0.1732

0.1676

0.1863

2

1.9786

2.4934

2.9247

4.2365

0.654

0.6089

0.9481

0.3245

0.3009

0.2906

3

2.138

1.3858

1.3387

1.8744

0.3836

0.3724

0.4012

0.1643

0.1719

0.162

4

3.026

2.9642

2.8436

3.3873

0.6149

0.6126

0.5735

0.2506

0.2521

0.2615

5

4.1555

4.4387

4.398

4.3817

0.8597

0.8571

0.8779

0.4187

0.428

0.4332

6

9.5975

9.2658

9.2219

9.6746

1.78

1.8163

1.7995

0.898

0.9403

0.9378

7

10.7269

9.3122

9.0352

8.8499

1.8921

1.8844

1.842

0.938

0.8969

0.9034

8

28.1203

25.475

25.65

25.2911

6.3569

6.4593

6.2666

3.0324

2.9768

3.1235

9

14.028

14.8002

15.0099

12.9061

3.5805

3.7369

3.3296

1.7013

1.8162

1.7003

10

5.6554

5.5702

6.1393

6.2405

1.7438

1.6016

1.7617

0.8034

0.9055

0.8865

11

6.5136

4.0665

6.0055

5.7451

1.552

1.8989

1.2537

0.3493

0.356

0.3395

12

3.7268

4.183

3.4207

2.9579

1.3351

1.2948

1.1173

0.7836

0.7656

0.6692

2.1441

2.1365

1.1254

1.143

0.8167

0.5106

0.9215

0.1826

0.1534

0.194

99.7083

99.862

99.58

99.9284

25.0107

24.9816

25.0302

10.0199

10.1312

10.0878

13 Suma total Ref.

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

1.07

1.08

1.09

1.10

Fig. 39: Muestra M1. Datos del material retenido en cada tamiz, expresados en peso (gramos) correspondientes a los diez tamizados que se realizan, para las distintas cantidades de muestra y distinto tiempo de tamizado.

Como se puede apreciar (Fig. 39), el peso inicial y la suma total de pesos al final no son coincidentes debido a las perdidas de muestra que se producen en el proceso de pesaje del material retenido en los tamices. En todo caso estas perdidas son despreciables. TABLA 2: CANTIDAD

100,0062g 100,0742g 100,0742g 100,0347g

25,0079g

25,0343g

25,0228g

10,0200g

10,1182g

TIEMPO

20min

15min

10min

5min

15min

10min

5min

15min

10min

LUZ DE TAMIZ

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

% peso pasante

10,038g 5min %peso pasante

0.8

92.0054

86.2105

87.4803

86.7442

86.2402

86.6789

80.6729

98.2714

98.3457 98.1532

0.71

90.0949

83.7136

84.5432

82.5106

83.6254

84.2416

80.4807

95.0328

95.3756 95.2725

0.63

87.9506

82.3259

83.1989

80.6349

82.0916

82.7509

78.8779

93.3931

93.6784 93.6666

0.5

84.9158

79.3576

80.3433

77.2452

79.6331

80.2986

76.5866

90.8921

91.1905 91.0743

0.4

80.7481

74.9127

75.9268

72.8603

76.1957

76.8077

73.0793

86.7134

0.315

71.1225

65.6341

66.6659

63.1788

69.0788

69.5972

65.89

77.7512

77.6847 77.4836

0.25

60.3642

56.2314

57.5926

54.3225

61.5136

62.054

58.5308

68.3899

68.8319 68.5283

0.16

32.1617

30.7989

31.8345

29.0133

36.0969

36.1978

33.4947

38.1261

39.4494 37.5651

0.1

18.0927

15.9782

16.7612

16.099

21.781

21.2392

20.1924

21.1469

21.5226 20.7101 12.5848 11.9223

86.966

86.78

0.08

12.4207

10.4003

10.5961

9.853

14.8088

14.8281

13.1541

13.1288

0.063

5.8881

6.3282

4.5653

4.1038

8.6035

7.2269

8.1453

9.6428

9.0709

8.5568

0.05

2.1504

2.1394

1.1301

1.1438

3.2654

2.0254

3.6815

1.8223

1.5141

1.9231

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

1.07

1.08

1.09

1.10

Ref.

Fig.40: Muestra M1. Datos del material pasante en cada tamiz, expresados en porcentaje de peso correspondiente a los diez tamizados que se realizan, para las distintas cantidades de muestra y distinto tiempo de tamizado.

A partir de los datos de la Tabla 1, se transforma en porcentaje de pasantes acumulados y se construye la Tabla 2. En la Fig. 41 se representan gráficamente las 10 curvas granulométricas de la muestra M1 correspondientes a la Tabla 2. 56

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

% PASANTES

CURVAS GRANULOMETRICAS. MUESTRA 1

100 90

1.01

80

1.02

70

1.03

60

1.04 1.05

50

1.06 40

1.07 30

1.08

20

1.09

10

1.10

0 1

0.1

0.01 DIAMETRO PARTICULAS

Fig.41: Representación gráfica. Datos Tabla 2

Como las curvas obtenidas son muy similares, se eliminan primero aquellas que presentan desviaciones mayores del 5 ó 10 % respecto a la tendencia general, estimando que pueden ser erróneas. En este caso se eliminan las curvas 1.08, 1.09 y 1.10. Con los datos pertenecientes a las curvas restantes se toma un promedio y se elige la curva que mas se aproxima operando de la siguiente manera: 1. El promedio de pasantes en cada tamiz. Estos valores generan la curva promedio. 2. Se calculan las sumas de los cuadrados de los residuos para cada una de las curvas con respecto a la curva generada con los valores promedio. 3. Aquella curva cuyo sumatorio en mínimo, es elegida como curva mas representativa, y en consecuencia serán óptimos, el tiempo de tamizado y la masa de muestra correspondientes.

En la Fig. 42 se representan las 7 curvas analizadas y la curva promedio.

57

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

CURVAS GRANULOMETRICAS. MUESTRA M1 % PASANTES 100 90 80

1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 promedio

70 60 50 40 30 20 10 0 1

0.1

0.01 DIAMETRO PARTICULAS

Fig. 42: Representación gráfica.

Siendo los valores de la curva promedio: Luz de tamiz

% peso promedio

0.8 0.71 0.63 0.5 0.4 0.315 0.25 0.16 0.1 0.08 0.063 0.05

86.5760571 84.1728571 82.5472429 79.7686 75.7900857 67.3096143 58.6584429 32.7996857 18.5919571 12.2944429 6.40872857 2.21942857

Y la suma de los cuadrados de los residuos para cada curva será: Ref.

desviación

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

163.215946 24.4656901 15.0313152 90.2455129 45.3596294 43.8176195

1.07

90.385252 58

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

El menor de los valores de la desviación indica la curva que mas se ajusta a los valores de la curva promedio. En este caso será la curva Ref. 1.03, correspondiente a un tamaño de muestra de aproximadamente 100g, con un tiempo de tamizado de 10 minutos. La curva que describe la distribución granulométrica de esta muestra será la representada en la Fig. 43. % pasante

Curva granulometrica muestra M1

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

0.1

0.01

diametro particulas Fig. 43: Distribución granulométrica de la muestra M1

Los valores así establecidos, se extienden a la cuadricula en la que ha sido tomada la muestra M1, con lo cual; futuras mallas de muestreo mas densas establecidas dentro de la misma cuadricula, se basarán en los valores establecidos como óptimos, para el análisis granulométrico de las mismas.

d) CALCULO DE LA PERMEABILIDAD. Las experiencias tanto teóricas como de laboratorio muestran [19] que tanto la permeabilidad como la capilaridad de un suelo pueden relacionarse con un cierto diámetro efectivo de las partículas. Según el sistema de clasificación internacional de las partículas de los suelos por su tamaño, véase Fig. 44, se establecen las siguientes divisiones: Piedra

Grava 20

Arena gruesa 2

Arena fina 0.2

Limo 0.02

Arcilla 0.002

mm

Fig. 44. Cuadro de clasificación de las partículas de los suelos por su tamaño.

Con el objetivo de tener una idea previa del orden de magnitud de K y detectar posibles errores de medida en los ensayos de permeabilidad, se hace una estimación del coeficiente de permeabilidad de una arena por medios indirectos.

59

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

La formula empírica utilizada [20], es la más antigua y clásica, propuesta por Hazen en su estudio sobre arenas: K = C· D102 Donde K viene expresado en cm/s, D10 es un parámetro característico de la distribución granulométrica, que equivale al tamaño de grano para el cual el 10% de los materiales son menores y C es una constante, a la que Hazen atribuye valor C= 100 cm-1·s-1. Así para la muestra M1 (véase Fig. 45) se obtiene D10 = 0.08 mm. K = 100 cm-1·s-1· 0.008 2 cm2 = 0.064 mm/s

Luego:

% pasante

Curva granulometrica muestra M1

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

0.1

D10

0.01

diametro particulas Fig. 45: Calculo del D10 para la muestra M1.

e) RESULTADOS: Las muestras M1, M2, M3, M4 y M5, son tratadas de igual manera mostrándose los datos referentes a cada una de ellas en el ANEXO V. En este apartado se recogen como síntesis, los resultados finales del calculo de los coeficientes de permeabilidad para cada una da las muestras, en función del valor de la curva granulométrica calculada para cada una de las muestras.

D10

M1

M2

M3

M4

M5

0.08 mm

0.07 mm

0.075 mm

0.084mm

0.095mm

K 6.4E-05 m/s 4.9E-05 m/s 5.6E-05 m/s 7.1E-05 m/s 9E-05m/s Valores en este orden de magnitud, tienen sentido. [20] Nota: Todos los datos numéricos, así como las representaciones gráficas presentes en este apartado, han sido tratados mediante hojas de cálculo Excel.

60

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

5.3.3. ENSAYOS EN PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE.

a) CONCEPTOS TEÓRICOS. La medida de la permeabilidad de un material arenoso se lleva a cabo en el laboratorio por medio de permeámetros. Entre los permeámetros clásicos destacan el de “carga constante” y el de “carga variable”. Tanto uno como otro pueden ser de flujo ascendente o descendente. Henry Darcy (1856) sentó las bases para el estudio de los flujos de agua subterránea y estableció de forma experimental, que el caudal Q (m3/s) que atravesaba el permeámetro era linealmente proporcional a la sección A (m2) y al gradiente hidráulico i (adimensional), siendo k (m/s) una constante, siempre que se utilice el mismo material arenoso. [21] Q = k · A · i = k · A· (H1-H2)/L Según la ley de Darcy, el coeficiente de permeabilidad viene dado por la fórmula: k=

V⋅L V = m/s A ⋅ t ⋅ ∆H A ⋅ i ⋅ t

Siendo: V = volumen de agua que atraviesa el material arenoso en el tiempo t. L = distancia entre piezómetros extremos. A = área de la sección de la muestra perpendicular al flujo. t = tiempo. ∆H = diferencia de nivel del agua en los piezómetros extremos.

Fig.46: Esquema descriptivo de flujo unidimensional en el suelo [23]

61

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

Para la correcta interpretación de los resultados de una prueba en un permeámetro de carga constante, la pérdida de carga total en el permeámetro, ∆H, no debe ser mayor a un 50% de la longitud total de la muestra. Esta condición asegura que el número de Reynolds [21], índice que expresa la tendencia de un flujo a ser laminar; no supere los límites de validez de la ley de Darcy. El número de Reynolds viene definido por la expresión: v⋅d R= ν Donde: v es la velocidad del flujo d es el diámetro de los granos del medio permeable ν es la viscosidad cinética del fluido

b) REALIZACIÓN DE ENSAYOS. En este caso para la realización de los ensayos de conductividad hidráulica, se ha recurrido a la utilización de un permeámetro de carga constante con flujo ascendente. El flujo ascendente facilita la evacuación de aire de la muestra ya que el equipo esta desprovisto de un mecanismo que permita extraer el aire de la muestra de otra forma. En la Fig.47 muestra el esquema básico del dispositivo de carga constante utilizado en este tipo de ensayos.

Fig.47: Permeámetro de carga constante. [13]

Mediante estos ensayos se han obtenido valores de permeabilidad para cada una de las muestras M1, M2, M3, M4 y M5, tamizadas anteriormente y pertenecientes a la matriz 62

Caracterización Hidrogeológica del Alto del Pinal

de conglomerado. De esta forma se podrán comparar con los resultados obtenidos a partir de las curvas granulométricas y estimar unos resultados más representativos. Cabe destacar que, aquellos parámetros dependientes de las características del fluido que afectan al valor de la permeabilidad no serán tenidos en cuenta y por lo tanto los valores obtenidos con el permeámetro dependerán únicamente de las características relativas al material arenoso. Partes del permeámetro: (véase Fig. 48). Como ya se ha mencionado con anterioridad, el permeámetro utilizado en la realización de los ensayos, ha sido desarrollado en la antigua E.U.I.T. de Minas de Mieres y testado experimentalmente [23] a finales de la década de los 90. El permeámetro consta de las siguientes partes: 1- Depósito de agua: Recipiente de metacrilato que se conecta a una fuente de agua y al portamuestras. Es posible mantener una altura de agua constante en el deposito gracias a un rebosadero (véase Fig. 48). Conexión a fuente de agua. (Manguera 1)

Rebose 1 Depósito de agua

Conexión de alimentación al portamuestras. (Manguera 2)

(Nivel constante)

Rebose 2 (Medición de caudal)

Portamuestras. Conexión de alimentación desde el depósito de agua. (Manguera 2)

Fig.48: Fotografía del permeámetro utilizado para los ensayos. Las flechas rojas indican la dirección de flujo del agua.

2- Portamuestras: El recipiente portamuestras es también de metacrilato, y consta de dos partes (véase Fig.49); una donde se aloja la muestra (A) y otra que cierra el recipiente por el extremo inferior (B) y permite la conexión de la manguera que proviene del depósito de agua. 63

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Conducto de entrada de caudal desde el depósito de agua.

A

Conducto de salida de caudal de medición.

B Fig.49: Despiece del portamuestras

3- Mangueras de conexión: Tres mangueras de goma permiten conectar el depósito a una fuente de caudal de agua, al portamuestras y direccionar el rebose. Para asegurar la conexión se usan abrazaderas metálicas. 4- Elementos auxiliares:

− Dos soportes con pinzas, para la sujeción del depósito de agua y el portamuestras, que permiten la regulación de la altura relativa entre los depósitos. − Una probeta aforada de 100 ml para medir el volumen de agua que atraviesa la muestra y sale por el “rebose 2”. − Un cronómetro, para medir de forma precisa el tiempo que tarda pasar a través de la muestra el volumen de agua medido con la probeta. − Varios filtros sintéticos (filtros reutilizables de cafetera), para la fijación de la muestra y evitar el arrastre de partículas. Preparación de la muestra: El principal problema que se presenta en cuanto a la preparación de las muestras para realizar los ensayos de permeabilidad, se debe a que las muestras están compuestas por un material disgregado y alterado físicamente, por un lado en la propia toma de la muestra en el terreno y mas tarde en el laboratorio, previamente al tamizado. Por lo tanto, para intentar aproximar las características de la muestra a su estado natural, la matriz arenosa ha de ser compactada. La mejor manera de evitar este problema, sería la realización de ensayos de permeabilidad en campo, pero dado que la realización de este tipo de ensayos no es posible, se ha optado por la compactación artificial para las muestras ensayadas, de forma sistemática, intentando reproducir unas características sino iguales, mas parecidas a las del material arenoso en su estado natural. El proceso de compactación de cada muestra, se realiza basándose en el método establecido por los ensayos de compactación Proctor Normal y Proctor modificado. El proceso de preparación y colocación de cada muestra dentro del portamuestras del 64

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permeámetro se describe a continuación: PASO 1: Colocación de un filtro en la parte inferior del portamuestras, sellando los bordes con silicona. Para ello previamente se realiza la preparación del filtro, que deberá de tener la geometría adecuada (véase Fig.50) para ocupar el menor espacio posible dentro del portamuestras, permitir su colocación y sellado. PASO 2:

Fig.50: Esquema de la geometría de un filtro, previa colocación. [23]

Montaje de las dos piezas del portamuestras y sellado con silicona. PASO 3: Se introduce la arena dentro del portamuestras por la parte superior. El llenado se realiza en tres tongadas de aproximadamente 4cm, compactando cada una de ellas. Como resultado final se tiene una longitud de muestra de aproximadamente 12cm. PASO 4: Se coloca otro filtro en la parte superior de la muestra, sellándolo por los laterales mediante silicona al portamuestras. Es importante que este filtro tenga un contacto total con la muestra, para evitar que se altere con la circulación de agua. Al final de este proceso y una vez transcurrido el tiempo de secado de la silicona (12 h) se tendrá lista para el ensayo una muestra (véase Fig.51). Fig. 51: Esquema de una muestra preparada para la realización del ensayo. Modificada de [23]

Puesta en funcionamiento del permeámetro: Previamente a la toma de datos es preciso realizar una correcta disposición del permeámetro, para garantizar que dichos datos van a permitir aplicar la ley de Darcy. A continuación se expone cómo debe llevarse a cabo la instalación, basándose en la Fig.48:


Se enlazan el depósito de agua con el portamuestras y la fuente de agua, mediante las mangueras de conexión, fijándolos mediante abrazaderas.


Se coloca el depósito de agua y el portamuestras a distinta altura, creando un gradiente necesario que asegure la circulación de agua, desde el depósito de agua hasta el 65

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portamuestras. En este momento se mide la diferencia de altura entre ambos rebosaderos. El gradiente de circulación vendrá dado por la diferencia de altura entre el “rebosadero 1” (altura H1), el “rebosadero 2” (altura H2) y la longitud de la muestra (L), según establece la ley de Darcy. Una vez realizada la instalación, comienza la circulación de agua desde la fuente, llegando en primer termino al depósito de agua por la “manguera 1” y a continuación al portamuestras por la “manguera 2”, cierto caudal atravesará la muestra en dirección ascendente (saturándola) y será recogido en una probeta a su salida por el “rebosadero2”. La circulación de agua necesita un periodo de tiempo hasta que el aire contenido en la muestra sale y es alcanzado un flujo de agua en régimen estacionario. A partir de ese momento el nivel de agua en el depósito se mantendrá constante gracias al “rebosadero 1”. Para tener la certeza de que se ha alcanzado el régimen estacionario se toman sucesivas medidas del caudal, hasta que se considera que este permanece constante. Llegado este punto, se esta en disposición de tomar las primeras medidas.

c) MEDICIONES DE CAUDAL. − Pruebas iniciales: Tras varias pruebas iniciales de funcionamiento del permeámetro, se comprobó que: 1. Para gradientes altos, la alteración de la muestra es evidente, llegando incluso a romperse. Esto se debe al denominado fenómeno de sifonamiento, y se comprobó que la permeabilidad de la muestra aumentaba en proporción al gradiente aplicado, comprobando que este aumento se relacionaba con una alteración visual evidente de la muestra. Como ejemplo (véase Fig.52 y Fig.53) se muestran los resultados de una de las pruebas realizadas; en este caso para material perteneciente a la muestra M5: K 9.00E-07

i

K (m/s)

8.00E-07

0.25

5.0587E-07

7.00E-07

0.5

2.8965E-07

4.16

5.4598E-07

8.36

7.8722E-07

Fig. 52: Datos de permeabilidad calculada para distintos gradientes de permeámetro.

6.00E-07 5.00E-07 4.00E-07 3.00E-07 2.00E-07 1.00E-07 0.00E+00 0

0.5 1

1.5

2

2.5 3 3.5 4

4.5 5

5.5

6 6.5

7 7.5

8 8.5 9

GRADIENTE Fig.53: Representación gráfica de los datos de la tabla mostrada en la Fig.52 correspondientes a la prueba realizada con la muestra M5.

2. Para gradientes que cumplen la ley de Darcy, el tiempo necesario antes de llegar a un régimen estacionario se establece entre 3 y 5 horas.

66

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− Toma de datos: Una vez se han establecido las condiciones adecuadas para las mediciones de caudal, se realizan los ensayos de las cinco muestras, de acuerdo con los siguientes parámetros: a) La diferencia de alturas entre los reboses del permeámetro será de 6 cm, luego el gradiente aplicado es i = 0.5 (adimensional) b) El área de paso de las muestras en el permeámetro vendrá dada por el diámetro interno del portamuestras, luego A = 2.2 · 10 -3 m2. c) Dadas las permeabilidades obtenidas en las primeras pruebas, son muy bajas, los intervalos establecidos para los tiempos de medición de volumen de agua, van ha ser largos y aleatorios en el tiempo. No estableciéndose intervalos de tiempo fijos necesariamente, dado que el flujo se supone estacionario.

Los datos de las mediciones de caudales y los valores de la permeabilidad calculados en cada caso, correspondientes a los ensayos de las muestras M1, M2, M3, M4 y M5, pueden ser consultados en el ANEXO VI, mostrándose solamente en el apartado siguiente, una síntesis de los resultados obtenidos.

d) RESUMEN DE RESULTADOS: En el siguiente cuadro se agrupan los valores promedio de la permeabilidad calculados para cada una de las muestras ensayadas.

M1

M2

M3

M4

M5

K 1.44E-06 m/s 1.15E-06 m/s 8.33E-07 m/s 1.81E-06 m/s 2.90E-07 m/s

Valores en este orden de magnitud tienen sentido, sin embargo difieren de los obtenidos a partir de los diámetros eficaces (d10), calculados mediante tamizado, donde se obtienen valores de permeabilidad mayores (véase 5.3.1. d)

Nota: Todos los datos numéricos, así como las representaciones gráficas presentes en este apartado, han sido tratados mediante hojas de cálculo Excel.

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6. RECOPILACIÓN DE ANALISIS QUIMICOS DE AGUAS. En este capítulo se presenta la relación de análisis químicos del agua del acuífero de control recopilados. Con el objetivo de poder tener una base de comparación, en relación a futuros análisis que se realicen. ANALITICA 1: Análisis realizados por: Laboratorio de Salud Pública del Principado de Asturias. Asunto: Informe Sanitario sobre la calidad de la muestra de agua procedente de La Fuente El Argayón, sito en Pajonal-El Pinal, T.M. de Langreo. Origen del agua: Fuente Argayón Día de Recogida: 14-2-1998 Municipio: Langreo Localidad: Pajomal Cloro libre residual en pto. de muestreo: 0 p.p.m.

Análisis solicitado: Completo

Caracteres Microbiológicos: Bacterias aerobias a 37º C/ml: 370 Coliformes totales en 100 ml: 24 Coliformes fecales en 100ml: Ausencia

Estreptococos Fecales en 100 ml: Ausencia Clostridium Sulf-Red. en 20 ml: Ausencia

Caracteres Fisicoquímicos: Dureza: 2,5 ºF Calcio: 6mg/l Magnesio: 2 mg/l Cloruros: 10 mg/l Sulfatos: 45 mg/l Fluoruros: 134 µg/l Fósforo en P203: