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7/25/2019 282364_MATERIALDEESTUDIOPARTEIDiap1-68

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CONSULTANCY & TRAINING

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CARACTERISTICAS HIDRAULICASDE INTERES EN MINERIA

Y MODELAMIENTO HIDROGEOLOGICOCOMPUTACIONAL

Mgtr. Roberto Poncela Poncela.

Consultor de CAMIPER

11 Aos Capacitando a la Comunidad Minera Global


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MININGSOCIETYOF SOUTH AFRICA

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INDICE1. Introduccin

2. Caractersticas y factores geolgicos importantes

Sistemas hidrogeolgicos

Formacin geolgica versus acufero

3. El agua en el macizo rocoso

El agua en el suelo y subsuelo, parmetros

Calidad del agua subterrnea

Normas para la realizacin de un estudio hidrogeolgico en minera

4. Comportamiento hidrulico en el macizo rocoso

Consideraciones generales y tendencias actuales en la caracterizacin hidrulica del macizo rocoso

5. Calculo de aporte de agua

Problemas del agua en minera

Calculo de caudales y presin de agua en explotaciones superficiales

6. Diseo de cunetas

Zanjas y cunetas

7. Sistemas de drenaje y bombeo de agua

Afeccin de agua en las labores mineras

Sistemas de drenaje y bombeo

Interpretacin de ensayos de bombeo

8. Sistemas de control de agua

Afeccin del agua en las labores mineras

Control de la contaminacin del agua en minera

9. Bibliografa


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ECONOMICO

SOCIALECOLOGICO

ATMOSFERA

LITOSFERA

HIDROSFERA

BIOSFERA


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Atmsfera.

Aguas continentales.

Ocanos y mares.

AGUA EN LA TIERRA


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HIDROGEOLOGIA

+EXPLOTACION MINERA

Alteracin del ciclo hidrolgiconatural.

Elevados costes de actuacin

(> 1/3 coste de explotacin). AGUA

Problema a resolver en la mina (caudal-calidad): Desde el punto de vista hidrodinmico, lamina acta como un sumidero de las aguas subterrneas, cuando se sita por debajo del nivelpiezomtrico.

Activo ambiental y ecolgico.

Drenaje minero: Valorar, minimizar y optimizar la evacuacin de losrecursos hdricos.

Impermeabilizacin.

Aislamiento.

Desvo.


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El ciclo hidrolgico se define como una unidad integral, que describe elmovimiento continuo (movimientos y transferencias) de las masas de agua

de la hidrsfera (constituida por la atmsfera y las capas superiores de lacorteza terrestre en sus tres estados: slido, lquido y gaseoso).

Desde el punto de vista de la hidrologa,el estado lquido se representa en: Lluvia. Ros. Lagos. Aguas subterrneas:

Zona saturada.

Zona no saturada (mayor proporcin).

CHRADIACION SOLAR. GRAVEDAD.

CICLO HIDROLOGICO


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Fuente: Instituto Geolgico y Minero de Espaa (IGME, 2001).


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La geologaes la disciplina que aporta a la hidrogeologa,el conocimiento detodos los condicionantes referentes al medio de soporte (roca almacn oacufero), dado que las posibilidades de almacenamiento de fluidos(particularmente, agua subterrnea), dependen de las caractersticasgeolgicas de las formaciones litolgicas concurrentes.

Los principales factores que controlan la formacin de una roca almacn oacufero son:

La litologade la formacin acufera. La estructura: Tanto gentico-deposicional, como tectnico-geomecnica.

1. CARACTERISTICAS Y FACTORES GEOLOGICOS

IMPORTANTES


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Lalitologa de la formacin acufera presenta las siguientes singularidades:

Control:

Quimismo del agua.

Formacin de acuferos propiamentedicha.

Capacidad de almacenamiento del aguasubterrnea.

Capacidad de circulacin del aguasubterrnea.

Permeabilidad horizontal y vertical.

Anisotropa horizontal y vertical.

Caractersticas

Textura.

Porosidad.

Porcentaje.

Tamao.

Distribucin granulomtrica. Estructura (diagnesis o proceso

gentico).

Permeabilidad.

Solubilidad.

Heterogeneidad espacial: cambioslaterales y verticales de facies.

1.1. LITOLOGIA


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La estructuradefine las dimensiones y la geometra, tanto del mbito regional(diferentes sistemas hidrogeolgicos), como local (acufero). Este presenta las

siguientes singularidades:

Control:

Extensin de la roca almacn o acufero:

Continuidad espacial.

Discontinuidad espacial.

La circulacin del agua subterrnea, enfuncin de las disposicin de las unidadeslitolgicas en el espacio y la Ley de Darcy.

Las condiciones de contorno:

Lmites de los acuferos.

Tipos de barreras que se puedenpresentar.

Red de drenaje superficial.

Caractersticas

Procesos diagenticos de consolidacin,ligados a la presencia dediscontinuidades y accionesgeomecnicas, durante estos procesos.

Esfuerzos geotectnicos: distensivos ycompresivos.

Esfuerzos tectnicos locales (ej.,fracturacin, diaclasacin yplegamiento).

Comportamiento geomecnico delmacizo (ej., asentamientos diferencialesy subsidencias).

1.2. ESTRUCTURA


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Es la acumulacin de agua subterrnea, limitada por lneas de flujo nulo y

susceptible a ser alumbrada y explotada dentro de un dominio geomtrico,

litolgico y estructural. En este, los flujos confluyen hacia las salidas definidas (ej.,

manantiales, ros, lagos y mares).

Los principales tipos de lmites de los sistemas hidrogeolgicos son:

Litolgicos: Condicionados fundamentalmente por una variacin en lapermeabilidad de la formacin.

Estructurales: Condicionados por la presencia y actuacin de los factorestectnicos, tanto locales como regionales (ej., diaclasas, fracturas y pliegues).

Hidrogeolgicos: Divisorias de aguas subterrneas y presencia de ros influentes,lagos, mares y otros.

Mixtos: Combinacin de uno o de todos de los anteriores.

1.3. SISTEMAS HIDROGEOLOGICOS


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Para caracterizar la geometra de estos sistemas, se deben realizar una serie de

prospecciones basadas en:

Tcnicas geolgicas convencionales. Tcnicas de exploracin del subsuelo:

Directas: Perforacin de sondeos y toma de muestras para anlisis. Indirectas: Principalmente, tcnicas geofsicas y geoqumicas.

Tcnicas de sensores remotos y tele-deteccin.

Los sistemas hidrogeolgicos de mayor productividad, se localizan en los

siguientes contextos geolgicos:

Cuencas sedimentarias.

Depsitos aluviales.

Unidades crsticas.


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No todas las formaciones geolgicas que almacenan agua, son capaces de

transmitirla; por lo que, el concepto de acufero queda ligado a esas dos

propiedades de la roca almacn. De acuerdo con ese planteamiento, se definen

los siguientes trminos:

Acufero: Formacin geolgica capaz de almacenar y transmitir agua, haciasurgencias naturales o captaciones artificiales (arenas, gravas, calizas y

carstificadas). Interesantes para la explotacin econmica.

Acuitardo: Formacin geolgica capaz de almacenar mayores volmenes de

agua que se transmiten lentamente (arcillas limosas y limos). En general,menos requerida para la explotacin econmica.

Acuicludo: Formacin geolgica capaz de almacenar agua (incluso hasta lasaturacin). No transmite arcillas. No es requerida para la explotacin

econmica.

Acufugo: Formacin geolgica que no almacena, ni transmite el agua (granitono alterado).

1.4. FORMACION GEOLOGICA VS. ACUIFERO


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Almacena agua Transmite agua til comocaptacin

til como baseimpermeable

ACUIFERO SI SI SI (ptimo) NO

ACUITARDO SI SI (lento)SI (baja

produccin)NO

ACUICLUDO SI NO NO SI

ACUIFUGO NO NO NO SI


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La principal propiedad de una roca almacn tipo acufero es la permeabilidad, que

condiciona el desplazamiento del agua y que est influenciada por los aspectos

geolgicos (ej., litologa y estructura).

En funcin de estas caractersticas, los acuferos se pueden localizar en:

Formaciones porosas. Formaciones fisuradas. Formaciones con doble porosidad. Formaciones carstificadas.

Porosidadprimaria

Porosidadsecundaria


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Formaciones porosas: Son formaciones geolgicas constituidas por partculas o

granos, cuya litologa, morfologa, disposicin y dimensiones son diversas,dejando entre s huecos o poros interconectados (ej., gravas y arenas). Tambin

pueden presentarse oquedades primarias interconectadas (ej., tobas o lavas).

Estos poros suelen estar ocupados por gases o fluidos.

Formaciones fisuradas: Son formaciones geolgicas en rocas consolidadas ocompactas, donde los huecos ms importantes estn constituidos por la

presencia de fisuras abiertas y fracturas (ej., granitos fisurados, basaltos y

fisurados).

Formaciones con doble porosidad: Formaciones geolgicas cuya transmisinde agua se debe a la interconexin de la porosidad primaria, junto con la

presencia de fisuras abiertas (fracturas), que aumentan la capacidad de

transmisin del agua.

Formaciones carstificadas: Formaciones geolgicas que por procesos dedisolucin, aumentan el tamao de los huecos (ej., poros y fisuras), tales como

algunas rocas carbonatadas y evaporticas.


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2. AGUA EN EL MACIZO ROCOSO

Principalmente, la gnesis de las aguas subterrneas es la lluvia que cae

sobre el terreno. Durante este proceso de precipitacin, las gotas de lluvia

pueden sufrir diferentes procesos fsicos, para que no se incorporen al

acufero:

Evaporacin directa durante la cada.

Interceptacin por la vegetacin.

Humedecimiento del terreno y posterior evaporacin.

Cada a zonas impermeables (salida a cauces superficiales y recogida

por red de pluviales).

Circulacin por pendientes y laderas hacia cauces superficiales.

2.1. Agua en el suelo y subsuelo, parmetros hidrulicos y tipos de acuferos.


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INT EV

E E

PP

II

I

ES 3

ES2

ED

S

HS

EH

Ri

RiRi

ES 1

Ri: Radiacin incidente.P: Precipitacin.

I: Infiltracin.S: Agua sobre la superficie de transporte o circulacin del agua (lecho o cauce de los ros).

ED: Escorrenta superficial directa (agua superficial).

EH: Escorrenta hipodrmica.

ES: Escorrenta subterrnea:

ES 1: Drena la cuenca vertiente.

ES 2: Drena hacia fuera de la cuenca vertiente.

ES 3: Aportaciones subterrneas de otras cuencas vecinas a la cuenca vertiente.

P: Precipitacin sobre el terreno o las masas de agua.E: Evaporacin.

HS: Retencin.

HS: Retencin (humedad del suelo).

INT: Intercepcin (vegetacin).

EVP: Evapotranspiracin (vegetacin y superficies libre de agua).


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Una vez que el agua de la lluvia ha alcanzado el terreno (no ha sido escurrida, ni

evapotranspirada por la accin de las plantas o la evaporacin directa a partir del

encharcamiento), se produce el fenmeno de infiltracin que consiste en el descensovertical del agua por la gravedad, a travs de los intersticios del terreno (incluidos

poros, macroporos y fisuras).

Si en el nivel piezomtrico o fretico, la lmina de agua se encuentra a presin

atmosfrica a una cierta distancia de la superficie del terreno, el agua que atraviesa el

subsuelo sigue el siguiente patrn:

Saturacin de la capa edfica (si es que existe).

Percolacin a travs de la zona no saturada, sometida a fuerzas de succin.

Llegada a la franja capilar.

Incorporacin al acufero como recarga.


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Precipitacin.

Zona de suelo.

Recarga dela napa. Napa.

Zona

no

Saturada.

Zona borde de capilaridad.

Zona de saturacin,por debajo de la napa.

Agua subterrnea.


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Los principales parmetros hidrulicos de inters en hidrogeologa son:

Porosidad.

Permeabilidad o conductividad hidrulica.

Transmisividad.

Coeficiente de almacenamiento.

2.1.1. PARAMETROS HIDRAULICOS

POROSIDAD

La porosidadde un material se define la relacin existente entre el volumende la parte vaca o hueca (incluso ocupada por aire y agua) y su volumen total.

Sea VS: Volumen de la parte slida, VV: Volumen de huecos; entonces, elvolumen total VT= VS+ Vv. En ese caso, se define la porosidad mcomo:

m=V

V

V

T


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La porosidad se expresa en porcentaje para la mayora de clculos. No debeconfundirse este concepto con el ndice de huecos, usado en mecnica de suelos,

representada por e = Vv/VS.

Esta propiedad est ligada a la granulometra de un medio o depsito, dependiente a

su tamao de grano, dimensiones y tipo de empaquetamiento.

De las curvas granulomtricas obtenidas en ensayos de laboratorio, pueden deducirse

algunos otros parmetros de inters como el dimetro eficaz (d10), que se definecomo el dimetro en mm para el cual un peso del 10 % del sedimento, tiene tamao

de grano inferior a l (es decir, pasarn por un tamiz de dicha apertura). Este

dimetro, en la curva acumulada se corresponde con la ordenada del 10 %.

Este valor indica la influencia de los elementos finos, en la reduccin de lapermeabilidad de un material acufero por reduccin de los poros.


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Asimismo, en las curvas granulomtricas obtenidas en ensayos de laboratorio,

se puede deducir el dimetro (d60), que permite calcular el denominadocoeficiente de uniformidad o coeficiente de Hazen, expresado por el cociente

d60/d10.

La granulometra se denomina:

Uniforme: Cuando el coeficiente de uniformidad es < 2. Variada o clasificada: Cuando el coeficiente de uniformidad es > 2.

Cuanto mayor es el coeficiente de uniformidad, mayor es la pendiente de la

curva acumulada.

Cuanto ms se aproxima el coeficiente a la unidad, mayor es la porosidad.


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D

D

D

D

n

n

n

n

=0,58 mm

=0,5 mm

=0,008 mm

=0,18 mm

urva ranu om trca

Dimetros (mm)1010,10,010,001

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

100

%Pasa


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Desde el punto de vista de las reservas de agua en el suelo, la gravfica (parte de la

porosidad total) solo es recuperable mediante extraccin (captacin). Esto se

introduce al concepto de porosidad eficaz (me), definida como la relacin existenteentre el volumen de agua drenable por gravedad (agua gravfica) o agua libre ( Ve), y

el volumen total de roca. En materiales con grandes intersticios, la porosidad eficaz se

aproxima a la total. Su expresin es:

me =V

Ve

T

POROSIDADTOTAL

POROSIDADEFICAZ

0,0010

10

20

30

40

50

0,01 0,1 1 10 100

POROSID

AD(%)

ARCILLA LIMO ARENA

TAMAO MEDIO DE LAS PARTICULAS (mm)

GRAVA BOLOS


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El agua de retencin est expresada por la capacidad de retencin especfica

del terreno (mr), definida por la relacin existente entre el volumen de aguaretenida por la roca (inicialmente saturada), una vez evacuada el aguagravfica. Se puede expresar mediante:

La porosidad eficaz no representa ms que una porcin de la porosidad total

(frecuentemente pequea); lo que permite incidir en el hecho de que las

reservas tiles de un material acufero, estn condicionadas por la porosidad

eficaz. Ambos valores pueden expresarse en porcentaje. De acuerdo con lo

anterior, la porosidad total de un material o depsito ser la suma de la

porosidad eficaz ms la porosidad de retencin:

mr =

V

Vr

T

mT e= m + m


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TABLA DE POROSIDADES TOTALESY EFICACES DE DIVERSOS MATERIALES

Fuente: Custodio y Llamas (1983).

MATERIALTipo

Rocas masivasGranito 0, 3 4 0, 2 9 0, 05 < 0,2 0,5 0,0 A

< 0,5 1 0,0 B< 0,5 1 0,0 B

< 0,5 2 0,0 A

< 5 20 0,0 C, E

< 5 20 0,0 D< 5 2 0,1 A5 10 1 C

10 20 0,0 F1 5 0,2 B3 20 0,515 35 5 E

20 30 1025 35 15

25 35 1015 30 510 20 2 E

2 10 0,0 E10 20 1 E

< 5 10 0,1 E

< 2 5 0,0 E

20 50 1 C,E

8 15 0, 5 20

60 5

30 0, 530 0, 5

5 10 20,5 5 0, 2

30 50 10

25 80 1085 90 502 5 0, 1

12 30 5

5 15 215 25 320 50 1010 30 1,525 40 20 45 1535 40 3030 40 25 40 20

85 30

45 55 4035 45 2025 35 1540 50 3545 60 4050 60 30

Caliza masiva

Doloma

Piroclastos y tobasEscorias

PumitasBasaltos densos, fonolitasBasaltos vacuolares

Pizarras sedimentarias

Areniscas

Creta blandaCaliza detrtica

AluvionesDunas

GravasLoess

ArenasDepsitos glaciares

LimosArcillas sin compactar

Suelos superiores

Rocas metamrficas

Rocas volcnicas

Rocas sedimentarias

Rocas sedimentarias

sueltas

consolidadas (verrocas masivas)

Descripcin Media Mxima Mxima Media

POROSIDAD TOTAL m (%)Normal Extraordinaria POROSIDAD EFICAZ m (%) OBSERV.

Mnima Mnima Mxima Mnimae


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Fuente: Tabla adaptada de Custodio y Llamas (1983).

Fuente: Tabla adaptada de Davis y Wiest

(1971).

MATERIALPOROSIDAD EFICAZ (%)

Mxima

Arcilla arenosa 12 3 7

28 10 21

35 20 27

32 15 26

35 20 25

31 21 25

26 13 23

26 12 22

Arcilla fina

Arena media

Arena gruesa

Arena con grava

Gravas finas

Gravas medias

Gravas gruesas

Mxima Media


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PERMEABILIDAD O CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA

La permeabilidad (k) se define como el caudal circulante, a travs de una seccinunitaria de acufero, bajo un gradiente a una temperatura fija o determinada. Tiene

dimensiones de velocidad (L/T) y surge como factor de proporcionalidad de la Ley de

Darcy. En general, suele expresarse en cm/so m/da.

q = k i.

QAh

I

i

k

Caudal circulante en unidades homogneas.Area de la seccin en unidades homogneas.Diferencia de carga hidrulica en unidadeshomogneas.Recorrido que debe realizar el agua en unidadeshomogneas.Gradiente hidrulico.Permeabilidad o conductividad hidrulica en unidadeshomogneas.

L

hKiKq

A

Q


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Los factores que condicionan la permeabilidad pueden ser:

Intrnsecos: Son caractersticos del acufero y dependen del tamao de losporos. A igualdad de condiciones, el medio que tenga mayor dimetro de

partculas, presentar mayor permeabilidad.

Extrnsecos: Su viscosidad y el peso especfico dependen de latemperatura.

Fuente: Bentez (1963), Custodio y Llamas (1983).

Permeabilidad(m/da).

10 10 10 10 10 10 10 10 10 1014 3 2 1 -1 -2 -3

Tipo de terreno. Grava limpia. Arena limpia, mezclade grava y arena.

Arena fina, arena arcillosa,mezcla de arena, limo y arcilla,

arcillas estratificadas.

Arcillas no meteorizadas.

Impermeables.

No drenan.Drenan mal.

Acuferos pobres.Buenos acuferos.

Drenan bien.Capacidad dedrenaje.

Calificacin.


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Fuente:Tabla adaptada de Custodio y Llamas (1983).

Fuente: Tabla adaptada de Davis y de Wiest (1971).

El factor de conversin es 864, el cual se ha redondeado a 1,000.

VALORES DE PERMEABILIDAD EN TERRENOS NATURALES.


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La transmisividad(Theis, 1935), se define como el caudal que se filtra a travs de unafranja vertical del terreno (de ancho unidad y de altura igual a la del manto

permeable, saturado bajo un gradiente unidad a temperatura fija). Sus dimensiones

son las de una velocidad por unidad de longitud. Generalmente, se expresa en

m2/da.

El producto de la permeabilidad por el espesor saturado es la transmisividad

designada por la letra T. A partir de la Ley de Darcy, se tiene:

QAL

T

bi

k

Caudal circulante en unidades homogneas.Area de la seccin en unidades homogneas.Longitud de acufero en unidades homogneas.

Transmisividad en unidades homogneas.

Espesor saturado (altura) en unidades homogneas.Gradiente hidrulico.

Permeabilidad o conductividad hidrulica en unidadeshomogneas.

A = b . L

Q = K . b . L . i

Q = T . L . i

T = k . b

TRANSMISIVIDAD


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El coeficiente de almacenamiento (S) es adimensional y se define como elvolumen del agua (que puede ser liberado por una seccin unitaria vertical del

acufero) y la altura igual a la del acufero saturado, si se produce un descenso

de la unidad del nivel piezomtrico o de la carga hidrulica.

El agua de un acufero proviene del mecanismo de drenaje, del vaciado de los

poros (agua gravfica en acuferos libres que coincidir con la porosidad eficaz),

o de los efectos elsticos del armazn fsico del mismo y de la elasticidad delagua (la nica forma de captacin de agua en un acufero cautivo).

Si se supone una columna de acufero de seccin unitaria y la altura total

saturada (b), al disminuir una unidad del nivel piezomtrico, se obtiene un

volumen de agua:

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO


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Si el armazn de los granos de la arena es compresible (para un acufero

detrtico clsico) y alfa es su coeficiente de compresibilidad dinmica vertical, al

disminuir la presin del agua, este deber soportar el peso litosttico;

generando la reduccin de su porosidad por compresin. En este caso, el

coeficiente de almacenamiento S2ser:

De esto se deduce que, la cantidad total de agua extrada de un acufero ser:

my

b

Porosidad total del acufero.Peso especfico del agua en unidades homogneas.Espesor saturado (altura) en unidades homogneas.

Coeficiente de compresibilidad dinmica del agua enunidades homogneas.

Coeficiente de compresibilidad dinmica vertical enunidades homogneas.

S = m . y . b . 1

S = y . b . 2

S = S + S = y . b . (m. + )21


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En acuferos libres, el coeficiente de almacenamiento puede variar entre 0.05 y 0.3

(equivaldra a la porosidad eficaz); mientras que, el valor del coeficiente vara

generalmente entre 10-3a 10-5en acuferos confinados.


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Los acuferos se pueden clasificar en funcin a:

La presin hidrosttica del agua contenido en:

Acuferos libres, no confinados o freticos.

Acuferos confinados, cautivos o a presin.

Acuferos semiconfinados o semicautivos.

El tipo de materiales que constituyen el acufero:

Depsitos no consolidados de materiales sueltos.

Rocas sedimentarias consolidadas.

Rocas gneas y metamrficas.

2.1.2. TIPOS DE ACUIFEROS


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Acufero libre.IGME (2001).

Manantial.

Acufero libre.

Acuitardo.

Acuitardo.

Acufero confinado.

Acufero confinado.

Impermeable.


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AREA DE

RECARGA

LIBRE CONFINADOSEMICON-

FINADO(ARTESIANO SURGENTE)

Pozo surgente

CONFINADO SEMICONFINADO

Acufero colgado

MAR

Superficie

piezomtrica (B)

Superficie

piezomtrica (c)

Nivel fretico

Interfase

AGUA MARINA

ACUIFERO A

ACUIFERO B

PercolacinPercolacin

PercolacinACUIFERO C

IGME (1989).

Capa impermeable

Capa semipermeable


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CERTIFICAN:



ISO

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Son aquellos en los que el lmite superior de la

masa de agua, forma una superficie real que

est en contacto con el aire de la zona no

saturada y; por tanto, a presin atmosfrica.

Cuando se alcanza el nivel fretico, se

mantiene en la profundidad de interseccin.

Principalmente, la recarga se produce por

infiltracin de la precipitacin, a travs del

suelo y la zona no saturada, o por infiltracin

de agua de ros o lagos.

ACUIFEROS LIBRES


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ISO

9001

El agua se presenta con mayor presin que la atmosfrica en su lmite superior.

En este contexto, se comportan as materiales permeables que estn cubiertos

por una capa menos permeable.

Cuando se atraviesa el techo de los mismos, se observa un ascenso rpido del

nivel de agua, hasta estabilizarse en una determinada posicin.

A este fenmeno se le conoce como artesianismo. La captacin ser surgentecuando el nivel piezomtrico est situado a cota superior que la de la boca del

pozo o sondeo.

Principalmente, la recarga se produce por infiltracin de la precipitacin, a

travs de la zona en la que aflora la formacin acufera.

ACUIFEROS CONFINADOS O CAUTIVOS


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ISO

9001

El muro, el techo o ambos no son

totalmente impermeables, sino que

permiten la circulacin vertical del agua

(caso particular de los acuferos cautivos).

Esta transferencia se realiza desde o hacia

el acuitardo, incluso puede variar con el

tiempo, dependiendo de los valores

relativos de los niveles piezomtricos.

Semiconfinado

Acufero colgado

Superficie

piezomtrica (B)

Superficie

piezomtrica (c)

Nivel fretico

Acufero A

Acufero B

Percolacin

Acufero C

ACUIFEROS SEMICONFINADOS


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ISO

9001

Son formaciones geolgicas constituidas por la acumulacin de partculas transportadas por

gravedad, viento o hielo, tanto en el ambiente lacustre como en el marino.

Arenas y gravas de distinta gnesis geolgica:

Fluvial: Aluviales de ros o terrazas fluviales. Deltaico: Acumulaciones en la desembocadura de los ros.

Fluvio-deltaico: Zonas de transicin de los ambientes anteriores. Relleno: De fosas tectnicas y cuencas sedimentarias. Elica: Tipo dunas o loes. Morrenas: Acumulaciones detrticas de la ablacin de los glaciares.

Generalmente, presentan edades geolgicas recientes, con poca alteracin y consolidacin.

Asimismo, proporcionan elevados caudales, si se explotan racionalmente.

ACUIFEROS EN DEPOSITOS NO CONSOLIDADOS DEMATERIALES SUELTOS


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9001

Son formaciones geolgicas que se consolidan debido a los procesos de

compactacin o diagnesis.

Segn su gnesis se clasifican en:

Detrtico: conglomerados, areniscas y arcillas. Qumico: calizas, dolomas y margas. Orgnico: carbones e hidrocarburos naturales.

Varan en densidad, porosidad y permeabilidad, dependiendo del ambiente

sedimentario de formacin.

Si no existen fenmenos de carstificacin y fisuracin-fracturacin, se

constituirn formaciones acuferas con menor permeabilidad.

ACUIFEROS EN ROCAS SEDIMENTARIAS CONSOLIDADAS


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Las rocas gneas son formaciones geolgicas, originadas por elenfriamiento y consolidacin de un magma.

Si se produce la consolidacin de dicho magma, se tendr lo

siguiente:

Intrusivas o plutnicas: En el interior de la corteza terrestre(ej., granitos y gabros).

Extrusivas o volcnicas: En la superficie (ej., basaltos, fonolitasy piroclastos).

Las rocas metamrficas se originan por transformaciones fsico-qumicas profundas, generando cambios importantes en la

estructura, como consecuencia de las variaciones de la presin, la

temperatura y la presencia de fluidos (ej., pizarras y esquistos).

ACUIFEROS EN ROCAS IGNEAS Y METAMORFICAS


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ISO

9001

Las posibilidades de formar acuferos

en estas rocas, quedan reducidas a las

zonas de alteracin superficial o a las

fracturadas por diaclasas y fallas, las

cuales dan lugar a acuferos

importantes.

En el caso de las rocas volcnicas,

debido a la heterogeneidad de losmateriales presentes, el

comportamiento se evidencia entre las

rocas consolidadas porosas y las

fisuradas.


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9001

El conocimiento de las caractersticas fsico-qumicas de las aguas subterrneas tiene

como finalidad, establecer relaciones entre la composicin, distribucin y circulacin

del agua en los acuferos; as como tambin, en la geologa, mineraloga y sistemas de

flujo de estos.

El agua es considerada una molcula qumica; as como tambin, es la

solucin/suspensin acuosa diluida que contiene compuestos orgnicos e

inorgnicos, los cuales constituyen los diversos tipos de ecosistemas acuticos.

El tipo de agua subterrnea depende de su composicin qumica y, a su vez, esta

presenta la incorporacin de los solutos a medida que interacciona con el medio. Por

tanto, la composicin qumica del agua en las diferentes partes del ciclo hidrolgico

es la resultante de los diferentes procesos modificadores (ej., fsicos, qumicos,

biolgicos y antrpicos).

2.2. CALIDAD DEL AGUA SUBTERRANEA


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Fuente: FCIHS (2009).

ContaminacinPolvo

Aerosol

ATMOSFERA

Lluvia

Infiltracin

Evaporacin

MARAGUAS SUPERFICIALES

Flujo subterrneo

ACUIFEROS

ZONA NO SATURADA

SUELO

Recarga

Aumento de MO, CO , microorganismosOxidacin de la MO, metabolitosDisolucin de sales y fertilizantesEvaporacin, precipitacin de mineralesEvapotranspiracin y absorcin por plantas

Evaporacin. MezclaDisolucin precipitacin

EvaporacinDisolucin de gases

Cambio inicoSorcin

Disolucin de evaporitas, carbonatos, silicatos, sulfuros,...Evaporacin, mezcla

Flujos profundos: ms T, Presin y mayor cintica.Aguas termales.


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CERTIFICAN:



ISO

9001

Las caractersticas fsico-qumicas del agua subterrnea varan a lo largo de su

trnsito por el ciclo hidrolgico; por esta razn, para valorar esta incidencia, es

necesario cuantificar una serie de parmetros fsico-qumicos y

microbiolgicos de las aguas.

Los principales parmetros que se analizan con mayor frecuencia son:

Sustancias disueltas: aniones y cationes.

Alcalinidad.

Dureza.

Conductividad Elctrica (CE). Residuo seco (RS) y residuo total de sales disueltas (TDS).

Demanda Qumica de Oxgeno (DQO), Demanda Bioqumica de Oxgeno

(DBO) y materia orgnica (COT y COD).

pH y potencial REDOX (Eh).

Temperatura.

Microbiologa.


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ISO

9001

Los componentes mayoritarios o fundamentales que se encuentran en las aguas

subterrneas son:

Aniones: Cl-, HCO3-, CO3

=, SO4=y NO3

-

Cationes: Na+, K+, Ca2+y Mg2+

Coloides: SiO2y H2SiO4

Elementos minoritarios: Representan menos del 1 % del TDS (normalmente, en

concentraciones entre 0.01 y 10 mg/l), destacando Fe2+, NO2-, F-, NH4

+, Sr2+.

Elementos minoritarios: Se encuentran en concentraciones entre 0,0001 y 0.1 mg/l,

destacando Br-, HS-, H2PO3-, I-, Fe3+, Mn2+, H+y Al3+.

Componentes traza: Generalmente, se encuentran en concentraciones inferiores a

0,0001 mg/l; sin embargo, pueden aparecer en concentraciones superiores, generando

problemas de potabilidad (esto es preocupante en la actividad minera). Entre estos

destacan As, Sb, Pb, Cu, Zn, Ba, V, Hg y U.

Se encuentran como gases disueltos: CO2, O2, N2, CH4y los gases nobles.

PRINCIPALES SUSTANCIAS QUE SE ENCUENTRAN

DISUELTAS


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9001


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9001

Generalmente, los cientficos y los ingenieros no comunican por escrito las

actividades realizadas, debido a la falta de dedicacin a este menester; por es razn,

puede perderse informacin relevante.

La mayor parte de los estudios de importancia se realizan con ayuda del capital

pblico o privado (accionistas de empresas mineras o mixto), los cuales estn

orientados a un fin socioeconmico de carcter ambiental. En este sentido, la

sociedad ser la beneficiada porque se obtendr materia prima imprescindible para

su desarrollo y evolucin.

Para lograr satisfactoriamente los objetivos trazados, es necesario establecer unaserie de criterios generales o normas. Principalmente, estos deben englobar el

carcter tico y el tcnico-profesional.

2.3. NORMAS PARA LA REALIZACION DE UN ESTUDIO

HIDROGEOLOGICO EN MINERIANORMAS DE CARACTER ETICO


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CERTIFICAN:



ISO

9001

El hidrogelogo deber transmitir, de manera eficaz, los conocimientos

adquiridos al mayor nmero de personas (rigor, precisin y capacidad de sntesis),

dado que los resultados obtenidos responden a un fin socioeconmico. Por

consiguiente, se conseguir el inters de ms personas acerca del estudio o

informe.

La redaccin de este garantiza la ptima interpretacin y conclusin; por lo

general, esto sucede cuando el profesional trabaja con mayor dedicacin. En este

campo, es difcil obtener grandes conclusiones debido a la falta de orden y a la

obtencin de datos.

Aplicacin de un cdigo deontolgico o de ptimas prcticas.

Una de las principales fuentes de prestigio en una institucin, empresa u

organizacin, es la presentacin de un informe de calidad.

NORMAS DE CARACTER ETICO


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Las principales normas de carcter tcnico-profesional hacen referencia a

las etapasde planificacin del estudio hidrogeolgico.

Definicin de objetivos y de medios necesarios o disponibles:econmicos, materiales y humanos.

Primer esquema o ndice provisional del estudio o informe: portadao cubierta, prlogo o prefacio, resumen, glosario de terminologa,

definiciones, conceptos y unidades, referencias a otros trabajos,

ndice o sumario, memoria, anejos, apndices y planos.

Finalizacin del primer borrador o documento de avance.

Supervisin del primer borrador o documento de avance. Finalizacindel texto, tablas, figuras definitivas y planos: documento

final (edicin y divulgacin).

NORMAS DE CARACTER TECNICO-PROFESIONAL


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CERTIFICAN:



ISO

9001

1. Presentacin: Introduccin, objetivos y descripcin de la zona estudiada.

2. Marco geogrfico y econmico.

3. Climatologa e hidrologa: Generalidades, pluviometra, termometra,

evapotranspiracin, estudio de cauces y cuencas, estimacin de aportaciones

superficiales y subterrneas, y regulacin.

4. Geologa: Marco geolgico y descripcin de formaciones.

5. Hidrogeologa: Caractersticas hidrogeolgicas de los materiales, acuferos,

inventario de puntos de agua, piezometra, parmetros hidrogeolgicos y

hidrogeoqumica.

6. Monitorizacin del acuferos.

7. Balance hdrico.

8. Consumos y demandas (caudales ecolgicos).

9. Programa de medidas: previsiones y protocolos de actuacin.

10. Resumen, conclusiones y recomendaciones.

11. Bibliografa-anexos.

EJEMPLO DE INDICE PARA ESTUDIO HIDROGEOLOGICO


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La energa mecnica de un fluido se define por el trinomio de Bernouilli. En el caso de las

aguas subterrneas, se tiene que su velocidad es lenta (despreciable), originando el mismo

efecto en la energa cintica; en este caso, se deben considerar nicamente los trminos de

presin y posicin:

2.4. ECUACIONES Y PROCESOS FISICOS QUE GOBIERNAN

EL MOVIMIENTO DEL AGUA SUBTERRANEANIVEL PIEZOMETRICO

P

YZ

Y

g

Presin en unidades homogneas.

Peso especfico del fluido en unidades homogneas.Altura del punto en unidades homogneas.

Aceleracin de la gravedad en unidades homogneas.

Velocidad del fluido en ese punto en unidadeshomogneas.

E= + z +p v

y 2 . g

2 p

yE=


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ISO

9001

Darcy experiment el flujo del agua a travs de un cilindro relleno de material poroso

conectado a dos depsitos, uno a la entrada y otro a la salida, ambos con diferente

nivel (el de la entrada ms alto que el de la salida). Asimismo, midi el caudal

circulante en funcin de la diferencia de alturas, comprobando que el caudal Q era

directamente proporcional a:

Seccin de paso S (a doble seccin y caudal).

Diferencia de alturas de agua entre los dos depsitos h.

Inverso de la longitud del medio poroso (a doble longitud y a mitad de caudal).

q = k . i = k .

q = - k . iq = k . i = k .

h

L

h = k. i

Q

L

Q

A

B

B

LEY DE DARCY


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ISO

9001

El gradiente crece rpidamente a comparacin que la velocidad, llegando a ser

cuadrtico para velocidades extremadamente altas. Como el rgimen del flujo est

definido por el nmero de Reynolds (relacin entre las fuerzas de inercia y viscosas),

la Ley de Darcy es vlida si Re < 1 a 10 y Re < 4, garantizando un flujo ms o menos

laminar. Este es completamente turbulento para Re > 60 a 180.

En algunos casos, se puede presentar la Ley de Darcy como invlida:

En las proximidades de la rejilla de un pozo.

Si las fisuras tienen una abertura e > 1 mm, estas actan como conductos

de circulacin en medios fracturados; ocasionando flujos turbulentos.

v

d

p

Presin en unidades homogneas.

Densidad del fluido en unidades homogneas.

Tamao medio de las partculas (d )o, en el caso de terrenos fisurados,d = 2.e, siendo e el ancho de la fisura ( en unidades homogneas).

Viscosidad dinmica en unidades homogneas.

Re =v . d .


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ISO

9001

En un medio heterogneo, el comportamiento del flujo depende de la

direccin del mismo. Este pasa por varias capas paralelas o

estratificadas formadas por materiales de diferente conductividad

hidrulica, en la misma direccin de la estratificacin. Cada estrato o

capa i tiene un determinado espesor biy permeabilidad Ki; sin embargo,todos estn sujetos a la misma prdida de carga h.

La cantidad total de agua que circula por toda la seccin, es la suma delas contribuciones de estos.

En ese caso, la conductividad hidrulica equivalente se calcula como la

media aritmtica de la permeabilidad de cada estrato, ponderada conlos espesores (los medios ms permeables condicionan el flujo delagua).

FLUJOS EN PARALELO A LA ESTRATIFICACION


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ISO

9001

k

k

i

eq

h

Li

b

Conductividad hidrulica o permeabilidad de cada estrato o capa enunidades homogneas.

Conductividad hidrulica equivalente o permeabilidad equivalente decada estrato o capa en unidades homogneas.

Diferencia de alturas en unidades homogneas.Longitud del medio poroso atravesado en unidades homogneas.

Gradiente hidrulico (L/L).

Espesor de cada estrato o capa en unidades homogneas.

?h

MEDIO HETEROGENEO CON FLUJO PARALELO A LA ESTRATIFICCIONFuente: Adaptado de FCIHS (2009).

K1 b1

Ki bj

Kn bn


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ISO

9001

En un medio heterogneo en serie, el flujo pasa de manera perpendicular a los

estratos o capas de diferentes conductividades hidrulicas (K i) y longitudes (Li), en

una nica seccin de paso S. En este caso, el caudal que cruza todas las capas es

nico, teniendo una prdida de carga distinta hi. La prdida de carga total ser la

suma de cada una de las prdidas parciales.

Por consiguiente, la conductividad hidrulica equivalente se calcula como la media

armnica de las permeabilidades de cada estrato ponderada con los espesores . Enestas circunstancias, la capa o estrato con menor permeabilidad condiciona la

permeabilidad equivalente del conjunto.

La conductividad hidrulica equivalente a un terreno heterogneo, es mayor en el

flujo paralelo a la heterogeneidad a comparacin del flujo perpendicular.

FLUJOS EN SERIE O PERPENDICULARES A LAESTRATIFICACION

282364_materialdeestudioparteidiap1-68

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