Conceptos Fundamentales de Hidrogeología - USAL

1 Conceptos Fundamentales de hidrogeolog a Clasificaci n de las formaciones geol gicas seg n su comportamiento hidrogeol gico Acu fero [aquifer]1 (del lat n fero, llevar). Formaci n geol gica que contiene agua en cantidad apreciable y que permite que circule a trav s de ella con facilidad. Ejemplos: Arenas, gravas. Tambi n granito u otra roca compacta con una fracturaci n importante. Acuicludo [aquiclude] (del lat n cludo, encerrar). Formaci n geol gica que contiene agua en cantidad apreciable y que no permite que el agua circule a trav s de ella . Ejemplo: Limos, arcillas. Un m3 de arcillas contiene mas agua que el mismo volumen de arenas, pero el agua esta atrapada, no puede salir por gravedad, y por tanto no podr . circular en el subsuelo ni en condiciones naturales ni hacia un pozo que est bombeando. Acuitardo [aquitard] (del lat n tardo, retardar, impedir). Formaci n geol gica que contiene agua en cantidad apreciable pero que el agua circula a trav s de ella con dificultad.

2 Evidentemente se trata de un concepto intermedio entre los dos anteriores. Ejemplos: Arenas arcillosas, areniscas, rocas compactas con alteraci n y/o fracturaci n moderadas. Acu fugo [aquifuge] (del lat n fugo, rechazar, ahuyentar). Formaci n geol gica que no contiene agua porque no permite que circule a trav s de ella. Ejemplo: granito o esquisto inalterados y no fracturados. De estas cuatro denominaciones, es la menos utilizada. No se trata de definiciones en sentido estricto, ya que no tienen unos l mites precisos que permitan delimitar si una formaci n concreta se incluye o no en la definici n, pero son t rminos utilizados constantemente en la bibliograf a hidrogeol gica (el primero de ellos usado en el lenguaje com n). En una regi n sin mejores recursos, una formaci n de la que una captaci n pudiera extraer 0,5. litros/seg. se denominar a acu fero , y su explotaci n ser a interesante.

3 En cambio, en una zona con buenos acu feros, esa formaci n se denominar a mal acu fero o acu fero pobre o acuitardo , y probablemente una perforaci n con ese caudal se cerrar a. Unidad hidrogeol gica (en ingl s, a veces sistema hidrogeol gico ) es un conjunto de formaciones geol gicas cuyo funcionamiento hidrogeol gico conviene considerar conjuntamente. Dentro de la unidad podr haber uno o varios acu feros y quiz acuitardos o acuicludos entre ellos. Se consideran una unidad porque est n conectados de modo que su funcionamiento (entradas, salidas, balance) hay que estudiarlo de un modo conjunto. Esta agrupaci n de formaciones es relativamente subjetiva, depende de la escala y de los objetivos del trabajo. Una unidad puede subdividirse en unidades menores. 1 A lo largo de todo el tema se indica el nombre en ingl s entre corchetes [ ]. F. Javier S nchez San Rom n--Dpto. Geolog a--Univ. Salamanca (Espa a) P g.

4 1. Porosidad: tipos Porosidad total y eficaz Porosidad total [porosity] (mt): mt = Volumen de huecos / volumen total Puede expresarse en % o en tanto por 1 (en cualquier caso es adimensional). Es decir que 28% es equivalente a 0,28, pero dejando claro c mo se est expresando, porque tambi n puede existir una porosidad extremadamente baja del 0,28%. Porosidad eficaz [specific yield] (me): me = Volumen de agua drenada por gravedad / volumen total El numerador de esta expresi n representa el volumen de los poros que se ha vaciado. Se expresa igual que la porosidad total (% o en tanto por 1). Retenci n espec fica: Diferencia entre los dos par metros anteriores. Ejemplo (figura 1): Disponemos de 1 m3 de arena seca, le introducimos agua =1000 dm3. hasta que est completamente saturado (todos los poros llenos 1 m 3. de agua). Supongamos que para ello hemos necesitado 280. litros. Despu s dejamos que el agua contenida escurra libremente; supongamos que recogi ramos 160 litros.

5 Me=16%. Evidentemente los 120 litros que faltan se han quedado mojando los granos. =160 dm3. Con estos datos podemos calcular: me 1 m3 = 1000 dm3 1000 litros mt = 280 /1000 = 0,28 28%. me = 160 / 1000 = 0,16 16% Ejemplo de porosidad eficaz Retenci n espec fica = 0,28 0,16 = 0,12 12% por drenaje. Este volumen es el Porosidad eficaz para el flujo [effective porosity]. Tambi n se define la porosidad eficaz como el volumen de huecos disponible para el flujo respecto del volumen total. Aproximadamente son cantidades equivalentes: el agua que queda adherida a los granos y que no puede extraerse tampoco permite el flujo: En la figura 2 representamos en rayado el agua adherida a los granos; los huecos que quedan (en blanco en el dibujo). representan tanto el agua extra ble como la secci n Porosidad eficaz: Agua adherida volumen extra ble, utilizable por el flujo del agua subterr nea. a los granos secci n til para el flujo La diferencia entre ambas porosidades eficaces ser an las calles sin salida , grupos de poros que disponen de El agua adherida a los posible salida del agua que contienen, pero no por ambos granos no puede ser extra da y tampoco forma parte de la lados para permitir el flujo a trav s de ellos.

6 Secci n disponible para el flujo F. Javier S nchez San Rom n--Dpto. Geolog a--Univ. Salamanca (Espa a) P g. 2. En ingl s (americano) los dos Conceptos de porosidad eficaz que hemos visto reciben denominaciones distintas:2: Specific yield nos informa del volumen de agua que podemos obtener vaciando un medio poroso saturado . En espa ol podr a denominarse porosidad eficaz de drenaje. Effective porosity se refiere a la porosidad que permite la circulaci n del agua. En espa ol podr a ser porosidad eficaz de flujo. En espa ol normalmente en el uso cotidiano para ambos Conceptos se dice porosidad eficaz . Por todo ello, si disponemos de un valor num rico, generalmente lo asignaremos a ambos Conceptos . No obstante, en ocasiones se distinguen: por ejemplo en el modelo de flujo MODFLOW, se solicitan separadamente valores de specific yield y de effective porosity. Porosidad intergranular y por fisuraci n Al hablar de porosidad, intuitivamente se piensa en los poros de un material detr tico, como unas arenas.

7 Pero las rocas compactas tambi n pueden contener cierta proporci n de agua en su interior en sus fisuras. Normalmente, estas fisuras son fracturas producidas por esfuerzos tect nicos, pero pueden deberse a otras causas: enfriamiento (rocas volc nicas), planos de descompresi n o discontinuidades sedimentarias, etc. Tras su formaci n, estas fisuras pueden ser ocluidas por los minerales arcillosos resultantes de la alteraci n, o por el contrario la disoluci n hace aumentar la abertura, a veces hasta formar amplios conductos (especialmente en calizas). 3 mm 10 cm a a 10 cm 1 Km Porosidad intergranular Porosidad por fisuraci n Las escalas se aladas en el dibujo son meramente indicativas, para mostrar que la porosidad por fisuraci n se presenta a escalas muy diversas. Tambi n se habla de porosidad primaria y secundaria. Se denomina porosidad primaria a la que resulta al originarse la formaci n geol gica; porosidad secundaria ser cualquier abertura que se produzca posteriormente.

8 Los poros de unas arenas son porosidad primaria. Las fracturas que se producen en una roca compacta debido a esfuerzos tect nicos son porosidad secundaria. En ocasiones se presentan los dos tipos en la misma formaci n geol gica (porosidad dual): una arenisca presenta porosidad primaria entre los granos y porosidad secundaria a trav s de las fracturas u otros planos de discontinuidad de la roca. 2La traducci n literal de estos Conceptos es rendimiento espec fico y porosidad efectiva , pero ambos son confusos para el uso cotidiano: el primero se confunde con retenci n espec fica (su opuesto) y el segundo es similar al gen rico porosidad eficaz . F. Javier S nchez San Rom n--Dpto. Geolog a--Univ. Salamanca (Espa a) P g. 3. Factores Tanto la porosidad total como la eficaz dependen de: La heterometr a: los finos ocupan los poros que dejan los gruesos y la porosidad disminuye. La forma y disposici n de los granos.

9 La compactaci n, cementaci n y recristalizaci n, que van a ir disminuyendo la porosidad En el caso de la porosidad intergranular, la porosidad total no depende del tama o de grano (pi nsese que el porcentaje de huecos en el dibujo anterior ser a el mismo si lo reproduj ramos ampliado o reducido). En cambio la 50 Po r o porosidad eficaz s se ve muy sidad Porosidad (%). total afectada por el tama o de 40. grano: si es m s fino, la Retenci n espec fica retenci n espec fica aumenta. 30. En la figura 4 3 se muestra la (En materiales 20. z homom tricos). a variaci n de la porosidad total fic de y eficaz en funci n de la 10. os i da P or granulometr a para materiales no consolidados. La porosidad 0. Arcilla Limo Arena Grava Cantos total es m xima para las arcillas, pero la eficaz es casi Fig. Variaci n de la porosidad con la granulometr a en materiales detr ticos no consolidados nula. La porosidad eficaz.

10 Aqu se refiere a specific yield (porosidad eficaz para drenaje). En las numerosas reproducciones de este gr fico, en el eje horizontal a veces figura el di metro 10%4 y otras veces el di metro medio). Como en ning n caso se indica el grado de heterometr a de los materiales, podemos suponer que este famoso gr fico nos aporta solamente una informaci n cualitativa, no cuantitativa. Tambi n puede estimarse la porosidad eficaz Arcilla en el tri ngulo arenas limos arcillas de la figura 5 (Johnson, 1967, p. D8). 30 20. 80. Arena: 2 - 0,0625 mm En ambos gr ficos, la porosidad eficaz se Porosidad eficaz (%) Limo: 0,0625 - 0,004 mm Arcilla: < 0,004 mm refiere a specific yield (porosidad eficaz para 40. drenaje). 60. rea sin La porosidad tambi n puede estimarse muestras 1. 60 2. mediante la expresi n5: 40. 3. m 0,255 (1 0,83 ) u 5. 4. 80. u = d60 / d10 10. 20. 15. d60, d10 = tama os de grano por debajo de los 20.