tema 4 aguas superficiales y subterráneas

Universidad
U
i
id d N
Nacional
i
lA
Autónoma
tó
d
de Mé
México
i
Facultad de Ingeniería
TEMA 4
AGUAS SUPERFICIALES Y
SUBTERRÁNEAS
M.I. Hugo Sergio Haas Mora
• Objetivo:
Que el alumno conozca la importancia de la presencia
d l agua superficial
del
fi i l y subterránea,
bt á
asíí como las
l
ventajas y desventajas que pueda ocasionar el
comportamiento de los suelos y de las rocas.
Procesos Geológicos
Contenido
El ciclo hidrológico
Aguas superficiales
Aguas subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
•CICLO
CICLO HIDROLÓGICO
El ciclo Hidrológico es el proceso de circulación del agua entre
los distintos compartimentos de la hidrosfera. Se trata de un ciclo
biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de
reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos
lugares a otros o cambia de estado físico.
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
•Aguas
Aguas superficiales
En general,
general éstas
proceden directamente de las
precipitaciones que caen desde las nubes o de los depósitos
que estas forman.
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Aguas superficiales y subterráneas
AGUAS SUPERFICIALES
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Aguas superficiales y subterráneas
AGUAS SUPERFICIALES
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
El agua puede fluir de dos maneras:
1.
Como flujo laminar: donde las partículas de agua se mueven en
trayectorias rectas y paralelas al cauce.
2.
Como flujo turbulento: cuando el agua se mueve de una manera
confusa y errática, se caracteriza por la presencia de remolinos.
Los factores que determinan la velocidad de una corriente son:
1.
El gradiente: la pendiente de su cauce.
2.
La sección transversal del cauce: es la que influye en la cantidad de
g en contacto con él y la superficie
p
del fondo del cauce;; esto afecta
agua
la fricción por arrastre.
3.
El caudal de la corriente: es la cantidad de agua que pasa por un punto
dado por unidad de tiempo y que normalmente se mide en m3/s.
Lo más frecuente es que el gradiente y la irregularidad de la corriente
disminuyan pendiente abajo, mientras que la anchura, la profundidad,
el caudal y la velocidad aumentan.
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Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Los valles fluviales
•
•
•
•
Aunque existen muchas graduaciones, los dos tipos generales de valles
fluviales son: (1) los valles estrechos en forma de V,
V y (2) los valles
anchos con fondos planos.
Dado que la actividad dominante es la erosión descendente hacia el nivel
base, los valles estrechos a menudo contienen cataratas y rápidos, que
suelen producirse cuando el perfil de la corriente experimenta una caída
rápida, situación generada por lo general por variaciones en la facilidad
de erosión del lecho de roca donde se está excavando el cauce.
Cuando
Cua
do u
unaa co
corriente
e te haa eerosionado
os o ado su cauce más
ás ce
cerca
ca de
del nivel
e base,
su energía se dirige de un lado a otro y la erosión da lugar a una llanura
de inundación. Después que un río se ha ajustado a un descenso relativo
del nivel base mediante erosión vertical, puede producir de nuevo una
por debajo
j de la anterior,, formando
llanura de inundación a un nivel p
terrazas sucesivas.
Las corrientes que fluyen sobre las llanuras de inundación forman
meandros que pueden provocar segmentos más cortos del cauce,
denominados estrangulamientos o meandros abandonados,
abandonados que se
llaman lagos de media luna.
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
•Redes de escurrimiento
• Analizar el comportamiento de presas de materiales
graduados.
• Analizar el comportamiento de excavaciones para cimentar
edificios por debajo del nivel freático.
• Posible presencia de zonas erosionadas producidas por el
arrastre de las partículas sólidas del suelo.
• Efecto de la filtración respecto a la estabilidad general de la
estructura en estudio.
estudio
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
La cantidad de agua que corre por la superficie, en
comparación con la que penetra en el suelo, es
función de la capacidad de infiltración de éste,
éste la cual
depende de:
1.
2.
3.
4
4.
5.
•
La intensidad y duración de la precipitación,
El estado de humedad previo del suelo,
La textura del suelo,
La pendiente del terreno,
terreno y
La naturaleza de la cubierta vegetal.
Después de fluir como una lámina delgada y no
confinada durante una corta distancia, se empiezan a
formar diminutos cauces, que transportan el agua a
una corriente, desde el arroyuelo más pequeño hasta
el río más grande, para alcanzar finalmente el mar o
cualquier otro depósito de agua.
agua
Procesos Geológicos – Aguas superficiales y subterráneas
DETERMINACIÓN DE PERMEABILIDAD
DIRECTOS
MÉTODOS
INDIRECTOS
-PERME
PERMEÁ
ÁMETRO DE CARGA
CONSTANTE
-PERME
PERMEÁ
ÁMETRO DE CARGA
VARIABLE
-PRUEBAS DIRECTAS EN EL
LUGAR
-A PARTIR DE LA CURVA
GRANULOMÉ
GRANULOM
ÉTRICA
-PRUEBA DE
CONSOLIDACIÓN
-PRUEBA TRIAXIAL
DRENADA
-PRUEBA DE CAPILARIDAD
HORIZONTAL
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Aguas superficiales y subterráneas
FLUJO DE AGUA EN SUELOS
HIPÓTESIS DE TRABAJO
•
•
•
•
Medio totalmente saturado
Granos y partículas incompresibles
Medio homogéneo
No hay cambio en la relación de vacíos
Procesos Geológicos –
SOLUCIÓN DE
CASAGRANDE
Aguas superficiales y subterráneas
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Aguas superficiales y subterráneas
• REDES DE ESCURRIMIENTO
El escurrimiento
i i t se ddefine
fi como ell agua que proviene
i
dde lla
precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que
llega a una corriente para que finalmente sea drenada hasta la
salida de la cuenca.
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Aguas superficiales y subterráneas
•Analizar el comportamiento de presas de materiales
graduados.
graduados
•Analizar el comportamiento de excavaciones para cimentar
edificios
difi i por debajo
d b j del
d l nivel
i l freático.
f áti
•Posible p
presencia de zonas erosionadas p
producidas p
por el
arrastre de las partículas sólidas del suelo.
•Efecto de la filtración respecto a la estabilidad general de la
estructura en estudio.
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Aguas superficiales y subterráneas
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Aguas superficiales y subterráneas
Escurrimiento subsuperficial
p
Se debe a la precipitación infiltrada en la superficie del suelo,
pero que se mueve lateralmente sobre el horizonte superior del
mismo. Esto podría ocurrir cuando existe un estrato impermeable
paralelo a la superficie del suelo; su efecto puede ser inmediato o
retardado, dependiendo de las características del suelo.
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Aguas superficiales y subterráneas
A
Aguas
subterráneas
bt á
El agua subterránea representa el máximo depósito de agua
dulce asequible al ser humano.
La mayor parte del ambiente subsuperficial no es sólido, sino
que consta de diminutos p
q
poros y fracturas en donde se reúne y
mueve el agua subterránea. Es decir, ésta no proviene de ríos
bajo la tierra, por lo general.
El agua subterránea es importante también como agente
erosivo; su acción disolvente va minando lentamente las rocas
solubles como las calizas, permitiendo la formación de
depresiones superficiales
f
denominadas dolinas, asíí como la
creación de cavernas en el subsuelo.
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Aguas superficiales y subterráneas
Gran p
parte del agua
g
superficial
p
es
alimentada por las aguas que circulan en el
subsuelo, que la mantiene en épocas de
sequía.
sequía
El agua subterránea es almacenada en los
espacios abiertos de las rocas y el material
sin
i consolidar
lid del
d l subsuelo.
b
l
La fuente principal del agua subterránea es
la precipitación, que se infiltra por el terreno
y se mueve por el suelo y los poros de las
rocas.
rocas
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Aguas superficiales y subterráneas
Los factores que influyen en que el agua se infiltre,
corra sobre
b la
l superficie
fi i o se evapore dependen
d
d de
d la
l
pendiente, la naturaleza del material, la intensidad de
la lluvia y el tipo
p y cantidad de vegetación.
g
Algo del agua que se infiltra se evapora y otra es
utilizada por las plantas.
El agua que no es retenida en esta faja se infiltra y
llena completamente los espacios porosos del
subsuelo constituyendo la zona de saturación, cuyo
lí it superior
límite
i
es ell nivel
i l freático.
f áti
P
Por
encima
i
se
encuentra la zona de aireación, donde suelos,
sedimentos y rocas no están saturados,, sino llenos
sobre todo de aire.
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
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Aguas superficiales y subterráneas
El nivel freático es importante para predecir la productividad de los
pozos y explicar los cambios de flujo de las corrientes, manantiales
y las fluctuaciones del nivel de los lagos.
lagos Su elevación puede
estudiarse y cartografiarse cuando se cuenta con pozos
numerosos.
El nivel freático tiene una forma que suaviza el relieve superficial,
alcanzando sus mayores elevaciones debajo de los cerros,
coincidiendo con el nivel de los pantanos y estando por encima de
los lagos.
En épocas de sequía el nivel freático puede descender lo suficiente
para secar pozos y manantiales poco profundos.
En regiones húmedas las aguas superficiales se abastecen de
aguas procedentes
d
d la
de
l zona de
d saturación.
ió
En las zonas desérticas, el agua subterránea no puede contribuir,
por lo general, al flujo de la corriente. En este caso es la zona de
saturación la que se abastece de las corrientes superficiales,
superficiales que
se denominan corrientes influentes.
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
Un problema común de contaminación del agua subterránea
son las aguas
g
fecales.
Si las aguas residuales contaminadas con bacterias entran al
sistema de aguas subterráneas pueden purificarse mediante
procesos naturales, destruyéndolas por oxidación o
asimilándolas otros microorganismos; este es el caso de
acuíferos en arenas o areniscas permeables. Sin embargo,
acuíferos extremadamente permeables, como rocas cristalinas
muy fracturadas,
f
t
d
grava gruesa o calizas
li
cársticas,
á ti
ti
tienen
aberturas tan grandes que el agua contaminada puede viajar
grandes distancias sin ser purificada.
Otras fuentes de contaminación son la sal de carreteras,
carreteras los
fertilizantes, los pesticidas y las áreas con
minerales
venenosos, como el arsénico.
Procesos Geológicos –
Aguas superficiales y subterráneas
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Aguas superficiales y subterráneas
Las fuentes termales o geiser son cuando el agua
subterránea circula a grandes profundidades se calienta
y al ascender puede surgir como fuentes termales.
El agua de una fuente termal está entre 6 y 9°C más
caliente que la temperatura media anual del aire.
aire
Los géiseres son fuentes termales intermitentes en las
cuales las columnas de agua son expulsadas con gran
fuerza a diversos intervalos,
intervalos alcanzando a menudo 30 a
60m en el aire. Aparecen cuando el agua subterránea se
calienta en cámaras subterráneas , se expande y parte
pasa de
d manera rápida
á id a vapor, haciendo
h i d que brote
b t ell
géiser.
La fuente de calor para la mayoría de las fuentes
t
termales
l y los
l géiseres
éi
es la
l roca ígnea
í
caliente.
li t
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Aguas superficiales y subterráneas
La Grutas , cavernas y cuevas son el resultado aculares del
trabajo erosivo del agua subterránea. Sus dimensiones varían de
pequeñas a tan grandes.
L mayoría
La
í de
d las
l
cavernas se crean en ell nivel
i l freático
f áti
o
inmediatamente debajo de él, en la zona de saturación, cuando el
agua subterránea ácida sigue las líneas de debilidad de la roca,
como fracturas y planos de estratificación.
estratificación
A medida que las corrientes superficiales profundizan sus valles,
el nivel freático disminuye; por tanto disminuyen los niveles del
agua subterránea y los conductos de las grutas son abandonados.
De este modo se produce un desarrollo de grutas en varios
niveles.
Las diversas rocas de p
precipitación
p
por g
p
goteo encontradas en las
cavernas se denominan colectivamente espeleotemas, de los
cuales las estalactitas son carámbanos que cuelgan del techo,
mientras que las estalagmitas se forman en el suelo y se acumulan
en sentido ascendente.
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Aguas superficiales y subterráneas
Otras fuentes son el agua que se filtra de lagos
y corrientes, las presas de recarga y los
sistemas de tratamiento de aguas residuales.
residuales
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Aguas superficiales y subterráneas
El escurrimiento subterráneo puede descargar en la superficie del
terreno dando lugar a escurrimiento superficial y entonces
incorporarse al cauce de un río.