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• Antony Ortiz Rayme

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PIEZOMETRIA

Fte: GRACIELA HERRERA et al.

RED DE PUNTOS DE OBSERVACIÓN Y MEDICIÓN

.

Inventario de fuentes .- Pozos .- Piezómetros

.- Fuentes: manantiales, Ríos Lagos

bofedales

Fte: GRACIELA HERRERA et al. Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

Piezómetro Los piezómetros son instrumentos empleados para monitorear los niveles piezométricos de agua, empleados en:  controles de colocación del material de relleno,

.- predicción de la estabilidad de los taludes, .- monitoreo de la infiltración .

Tipos de piezometros a).- Piezómetros hidráulicos tipo casagrande

b).- Piezómetros eléctricos de cuerda vibrante (vw)

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Tipos de piezómetros a).- Piezómetros hidráulicos tipo casagrande - El piezómetro de base porosa, se fija a una determinada profundidad dentro de la perforación realizada para tal fin, consiste en un tubo de PVC, en el extremo inferior se encuentra una piedra porosa, o la base se encuentra ranurada y cubierta con un material filtrante

Piezómetros de base porosa

Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

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Tipos de piezómetros b).- Piezómetros eléctricos de cuerda vibrante (vw) Son instalados y sellados en pozos de perforación y embebidos en rellenos para medir las presiones de poros La presión de agua convierte a una señal de frecuencia a través de un diafragma y una cuerda de acero tensionada. El piezómetro está diseñado de manera que un cambio en la presión en el diafragma genera un cambio en la tensión de la cuerda. Cuando es activada por una bobina magnética genera una señal de frecuencia que es transmitida al aparato lector. El aparato lector procesa la señal y muestra la lectura en la pantalla

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STATUS DE ENERGIA EN PIEZOMETROS

z = altura de elevación (energía de posición) P/g = carga de presión (energía de presión) h = Potencial hidráulico total

Línea equipotencial corresponde a la línea vertical en donde h permanece constante Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

ENERGÍA POTENCIAL DE FLUIDOS o POTENCIAL HIDRÁULICO EN CONDICIONES ESTÁTICAS Energía potencial

= capacidad latente para realizar trabajo = F * e (concepto mecánico)

h    Ep  Eg Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

ENERGÍA DINÁMICA O CINÉTICA DE FLUIDOS EN ESTADO DE MOVIMIENTO

P  presión V  volumen M  masa V  velocidad

Energía Cinética. (Ec) Energía resultante del movimiento de las aguas

M  masa g  gravedad z  elevación

h    Ep  Ec  Eg Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

POTENCIAL O CARGA HIDRÁULICA DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO Energía Gravitacional

Energía cinética Energía de presión

1 2 Ec  Mv 2

Eg  M .g.z = Masa x elevación

Gravedad

( ), (h)

x

Ep  PV = presión x volumen

  h  Eg  Ec  Ep  ...Et  Eq Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

FORMAS DE EXPRESIÓN DE ENERGÍA • Energía por unidad de volumen: cuando se trabaja con 2 fluidos. • Energía por unidad por peso: cuando se trabaja con un fluido como el agua.

Energía Gravitacional Energía Presión

Eg  m.g .z = Masa x Gravedad x elevación

de Energía Cinética

Ep  pV

1 2 Ec  mv 2

= presión x volumen

Energía.Potencial m.g.z p.V m.v 2    Peso m.g m.g m.g

E.Pot p v2  z  peso  2g

Ecuación

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de BERNOULLI.

POTENCIAL HIDRAULICO

Conociendo el valor que alcanza el potencial hidráulico en cualquier punto de un acuífero, se puede definir superficies equipotenciales, que representan el lugar geométrico de los puntos en que el potencial hidráulico total tiene el mismo valor. Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

DIRECCION DE FLUJO El agua se desplaza de un punto de mayor energía potencial a otro de menor energía potencial

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Condiciones en el sistema Agua-Suelo-Aire Durante la perforación de pozos o piezómetros, se encuentra una serie de condiciones en el sistema “agua-suelo-aire”. Conforme profundiza la perforación, se puede analizar:  Contenido de humedad (ZNS)  Distribución de presiones  Dirección de flujos

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Carga hidráulica Total y Potencial Piezómetrico

Medición de altura piezométrica en el punto P,

Flujo vertical inducido por un gradiente piezométrico Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

CARGAS HIDRÁULIAS DETERMINAN CONDICIONES DE FLUJO

Flujos ascendentes y verticales

Cargas hidráulicas y tendencias de flujo

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POTENCIAL HIDRÁULICO EN ZONAS DE RECARGA Y DESCARGA

Modelo de Hubbert (1940) Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

CONDICIONES DE POTENCIAL HIDRÁULICO EN ZXONAS DE RECARGA Y DESCARGA .- En ÁREAS DE RECARGA el potencial hidráulico decrece progresivamente a medida que aumenta la profundidad. .- Cuanto más profundos sean los pozos construidos en áreas de recarga, el nivel del agua profundiza, a mayor profundidad de perforación.

.- En ÁREAS DE DESCARGA. El potencial hidráulico aumenta paulatinamente con la profundidad. .- En las áreas de descarga, el nivel de agua sube a mayor profundidad de perforación. (si se instala la zona filtrante a gran profundidad), el agua puede ascender espontáneamente por encima de la superficie del terreno (pozos surgentes). Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

CONDICIONES PARA DETERMINAR DIRECCIÓN DE FLUJOS .- Realizar un inventario de fuentes naturales de agua y fuentes de captación: Pozos, bofedales, manantiales, lagos , rios, .- Instalar una red de piezómetros de observación en áreas sin información. Distribuir espacialmente y a diferentes profundidades

Observaciones.- En forma Individual las componentes presión o gravitacional no controlan el movimiento. El movimiento de las aguas es determinado por la carga total h.(Fetter 1994)

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PIEZOMETRIA

• Medidas piezométricas – Instantáneas, con sonda de nivel – Con un limnímetros, limnígrafos – Estaciones remotas

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LEVANTAMIENTO DE DATOS DE CAMPO

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PROCESO DE ELABORACIÓN DE MAPAS ISOPIEZAS Interpolación triangular -Tratamiento por ordenador - Trazar líneas que unan puntos de igual cota piezometrica

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TRAZADO DE LAS CURVAS ISOPIEZAS • Cada curva equipotencial corresponde a una cota piezométrica. • Trazado de la línea de flujo perpendicular a las curvas equipotenciales según dirección de máxima pendiente (gradiente hidráulico). • Las flechas indican el sentido del flujo.

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MAPAS PIEZOMÉTRICAS • Se refieren a una determinada fecha. • La equidistancia de curvas depende de: – – – –

Precisión y la densidad de medidas, Precisión de la nivelación Gradiente hidráulico, Escala del mapa

• Trazado de curvas: – Cada 0.5, 1 ó 2 m. para mapas 1:10.000 y 1:25.000; – Cada 5 ó 10 m. para los 1:50.000 y 1:100.000. Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

Mapas de isopiezas o equipotenciales : • Muestran la forma de la superficie freática o de la superficie piezométrica según corresponda a acuífero libre o confinado en flujos horizontales

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Características de superficies piezometricas Cuando la curva equipotencial intercepta o cruza una curva topográfica de igual cota, corresponde a área de bofedales

La superficie piezométrica intercepta la superficie topografíca en una extensa área formando bofedal Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

FORMA DE SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES • Acuíf. libre: Muestra la morfología de la Sup. freática • Acuíf.confinado: superf. piezométrica o potenciometrica

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Característica de la superficie piezometrica en zonas de drenaje (ríos) interacción río -Acuífero 1er caso:

Cuando la curva equipotencial atraviesa transversalmente un río. La interacción río acuífero puede ser • 1) Río ganador • h acuífero > h río • Acuífero alimenta al río Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

Fte. Jesus Carrera

2do caso:

Cuando la curva equipotencial atraviesa transversalmente un río. La interacción río acuífero puede ser • 1) Río perdedor

• h acuífero < h río • Causas posibles: bombeo o natural • Río alimenta al acuífero

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Fte. Jesus Carrera

3cer caso:

• 1) Río perdedor: acuífero y río con diferencia de cotas • h acuífero < < h río • Causas posibles: bombeo intenso

• Río alimenta al acuífero

Fte. Jesus Carrera Rolando Apaza Campos Hidrogeólogo

Definición: Superficie piezométrica o Potenciometrica Lugar geométrico que representa puntos de igual altura piezométrica referidas a una determinada profundidad de nivel de agua

Uso de mapas equipotenciales a).- Permite conocer la morfología de la superficie freática o piezométrica y aspectos relacionados a ella: • Trazado de líneas de corriente (Direc. de flujo) • Trazado de ejes principales de flujo • Perfiles piezométricos • Régimen de flujo: uniforme o no uniforme • Tipos de superficie

PERFILES

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Determinación de Dirección preferencial de flujo

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Uso de mapas equipotenciales b).- Estudio de la estructura del acuífero

• Diferenciar áreas de recarga y descarga • Relaciones río – acuífero Cono de bombeo

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•Estudio de la estructura del acuífero • Identificar zonas de frontera o barreras  zonas de flujo convergente o divergente

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 · Identificar heterogeneidades y anomalías del acuífero  · Evaluar la distribución espacial de los parámetros hidrodinámicos (conductividad hidráulica, transmisividad)

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c) Estudio del comportamiento hidrodinámico •Aplicación de la ley de Darcy Q = T i l

Q  k . A.i T  Q    (l.h).i h

A  l.h

T K h

l = ancho h = espesor de acuífero T = transmisividad i = gradiente hidráulico

Q  T .l.i

• A caudal constante, para una misma anchura (l1=l2) de sección T1 i1 = T2 i2. Las variaciones de transmisividad se reflejan en el gradiente.

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•Estudio de la estructura del acuífero • Identificar divisorias hidrogeológicas

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Uso de mapas equipotenciales Análisis de fluctuaciones de la Superficie Piezometricas

 • Variaciones naturales y de carácter estacional :  Época de precipitación y estiaje  Evapotranspiración,  mareas,

 • Variaciones artificiales:  Recarga artificial, bombeos

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Evolución temporal del nivel piezométrico Piezómetro

Precipitación (mm)

Nivel piezométrico (msnm)

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Estudio recarga de acuíferos A nivel regional o local: Variaciones de recarga

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ANALISIS DE FLUJOS • COMPORTAMIENTO DE NIVEL DE AGUA EN ZONAS DE IGUAL CARGA HIDRÁULICA Piezómetros ubicados sobre una misma curva equipotencial, el nivel de agua será el mismo en los puntos de observación

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Componentes verticales del flujo zonas de recarga

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Componentes verticales del flujo Zonas de descarga

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Modelo conceptual de la dinámica de flujos de agua subterránea (sección transversal).

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REDES DE FLUJO