NUEVA APLICACIÓN DE LOS SONDEOS DE - Dina-Mar

UNA NUEVA APLICACIÓN PARA LOS
SONDEOS DE INFILTRACIÓN O RECARGA
Se da el caso de que, muchas veces, las balsas de abastecimiento de agua (para consumo
urbano o para regadío) están construidas, o se van a construir, en lugares donde, en caso
necesario, la evacuación de aguas almacenadas será muy difícil o simplemente
imposible, bien por falta de drenajes superficiales o bien por la presencia de
infraestructuras que lo impidan. Hasta el momento el problema se viene resolviendo
mediante el sistema de construir los aliviaderos de las balsas y ponerle un cirio a San
Cristóbal para que no pasase nada. El problema es que pasa, y más frecuentemente de lo
que pensamos, hasta el momento la suerte ha propiciado que solo se hayan ocasionado
daños materiales y no hay habido que lamentar victimas humanas.
ANTECEDENTES:
Un problema de este tipo se le planteó a la Comunidad de Regantes de El Tarragó de
Losa del Obispo (Valencia). Esta CC.RR. riega un total de 1.906 Ha mediante un
sistema de cuatro balsas conectadas entre si. El agua se toma directamente del Canal de
Benageber en la Toma 6 (sifón de Hoya Gurrea). Parte del agua va al Sifón de San
Marcelino y a la balsa del mismo nombre (figura nº 1) y parte sigue por el Canal
Secundario VI. Desde la Balsa de San Marcelino se abastece, por gravedad, a la Balsa
de Cerro Gordo y se bombea agua a las balsas de Portichuelo y del Campo. El sistema
de bombeo instalado en la Balsa de San Marcelino consta de 6 bombas de 169 l/sg cada
una, por lo que se pueden bombear caudales de 1.000 litros/segundo.
Figura nº 1: Canal Secundario VI de Benageber en la Balsa de San Marcelino
1
La Balsa del Campo es la última y la situada a cota más elevada. La balsa tiene una
capacidad de 80.500 m3 ocupando una superficie cuadrangular de 1.400 ha. En caso de
rotura o avería el agua embalsada o el caudal instantáneo que le llega a la balsa
circularía, ladera abajo, por los campos adyacentes a la misma, hasta llegar al cauce de
la Rambla de Caracierzo por donde se encauzaría hasta alcanzar el paraje de Torralba
donde este cauce termina y donde se embalsaría, por falta de drenaje natural, inundando
toda una zona intensamente cultivada.
ACTUACION PLANTEADA:
La Balsa del Campo, al situarse en una cuenca endorreica sin salida natural (Rambla de
Caracierzo), tal como se puede apreciar en los mapas GIS de la figura nº 2, tiene nulas
posibilidades de evacuación de las aguas embalsadas. Por esta causa se pensó que una
posible solución seria proceder a infiltrar las aguas aliviadas mediante la construcción
de un pozo que permitiera alcanzar una profundidad donde fuera posible realizar la
infiltración, pues directamente en superficie es irrealizable dada la naturaleza
prácticamente impermeable de los terrenos y el grado de transformación y
aprovechamiento de los mismos.
Figura nº 2: Imagen 3D de la cuenca endorreica de la Rambla de Caracierzo
2
Para ver si esta infiltración era viable se realizo el correspondiente Estudio
Hidrogeológico, estudio que determino que había posibilidades de alcanzar niveles
permeables no saturados a una profundidad razonable (+-100 metros), proyectándose la
perforación de un sondeo de gran diámetro que permitiera la evacuación mediante
infiltración por gravedad de una gran cantidad de agua (+-1.000 l/sg).
HIDROGEOLOGIA:
El sondeo tenia que situarse necesariamente sobre la base de la Balsa del Campo, por lo
que su situación y las condiciones hidrogeológicas están condicionadas a esa posición.
Figura nº 3: Mapa geológico de la zona (Hoja nº 695 del Magna)
El sondeo esta emboquillado sobre la terrenos de edad Kimmeridgiense-Portlandiense
(Js232) (Jurásico Superior) de la Formación Villar del Arzobispo y durante los 203
metros de la perforación no ha alcanzado el muro de la misma, por lo que en su
totalidad discurre a través de esta formación, que esta constituida fundamentalmente por
calizas, areniscas y margas (ver figura nº 3 y 4) en facies Purbeck, sin llegar a alcanzar
las calizas blancas masivas de la Formación Calizas de Oncolitos de Higueruelas del
Kimmeridgiense medio.
3
Figura nº 4: Columna litoestratigráfica de la Hoja 695 (Liria) del MAGNA
Figura nº 5: Afloramientos de margas, areniscas y calizas en facies Purberck
4
Según los resultados de la investigación realizada, en el año 2.006, con la perforación
del sondeo de testigo continuo “Arnachos 2” (ver croquis del sondeo en la figura nº 7),
el Portlandiense presenta un espesor de 190 metros y esta compuesto por margas grises
y negras, areniscas y calizas arenosas/ calcarenitas y calizas fosilíferas. El
Kimmeridgiense Superior presenta un espesor de 130 metros de calizas micríticas beis y
blancas con margas calcáreas a techo y de edad Kimmeridgiense Medio se han
atravesado 180 metros de calizas micríticas grises con margas calcáreas a techo. En la
siguiente figura se pueden ver una selección de testigos representativos de las distintas
litologías atravesadas durante la perforación del sondeo:
Figura nº 6: Testigos del sondeo de investigación “Arnachos 2”
En este sondeo de investigación el nivel piezométrico de localizo a 93 metros de
profundidad con una cota de 287 m.s.n.m.
5
Figura nº 7: Croquis del sondeo de investigación a testigo continuo “Arnachos 2”
6
Con anterioridad (1.976) en la misma parcela se había realizado, por el IRYDA, el
sondeo “Arnachos 1 con los resultados que se detallan en el siguiente croquis:
Figura nº 8: Croquis del sondeo “Arnachos 1”
7
Este sondeo fue aforado durante la campaña de sequía de 1995 con un nivel
piezométrico situado a 60 metros de profundidad (320 m.s.n.m.). Durante el bombeo
nunca llego a estabilizar (ver siguiente figura) y la recuperación fue buena pero sin
llegar al origen por lo que se desestimo su instalación al considerarse que se trataba de
un acuífero limitado, sin reservas. Las características hidrogeológicas del acuífero
resultaron muy buenas con una transmisividad de 1.350 m2/día, siendo el agua de facies
mixta cloruradas o sulfatadas / cálcicas o magnésicas (ver figuras nºs 13 y 14).
ENSAYO DE BOMBEO
Q = 60 L/SG
58
60
N.D. EN METROS
62
64
66
68
70
72
0
5
10
15
20
25
30
TIEMPO EN HORAS
Figura nº 9: Ensayo de bombeo del sondeo “Arnachos 1”
Como parte del Estudio Hidrogeológico de la zona se realizo un inventario de puntos de
agua existentes en la zona y que se resumen en la siguiente tabla y en el mapa
geográfico de la figura nº 10 y en la composición fotográfica de la figura nº 11:
SONDEO
X
Y
Z
ORGANISMO
DESTINO
Arnachos 1
Arnachos 2
Villar 3
Cerro Gordo
685455
685445
689683
688360
4391972
4392002
4391694
4392620
380
380
340
370
IRYDA
CAPA
IRYDA
Diputación
Riego
Investigación
Sequía
Abastecimiento
8
Figura nº 10: Mapa geográfico con los sondeos inventariados.
Figura nº 11: Composición fotográfica de los sondeos inventariados
9
Tanto los sondeos inventariados como el nuevo sondeo de infiltración, están ubicados
en la masa de agua subterránea 080.132 (LAS SERRANIAS) según la denominación
de la C.H.J. o en la Unidad Hidrogeológica 08.22 (LIRIA – CASINOS) en su limite
con la 08.18 (LAS SERRANIAS) según la nomenclatura del IGME, tal como se puede
ver en el mapa hidrogeológico del SIAS en la figura nº 11.
El acuífero captado en los sondeos Arnachos se localiza en niveles permeables por
fisuración y/o carstificación desarrollados en tramos carbonatados y/o areniscosos del
Portlandiense (Formación Villar del Arzobispo) y el nivel piezometrico esta situado a
una cota de 285/300 m.s.n.m., colgado sobre el nivel piezométrico regional del Acuífero
Liria – Casinos que esta situado en la zona sobre los 200 m.s.n.m. tal como se puede
comprobar en los sondeos “Cerro Gordo” y “Villar 3” que captan niveles permeables
desarrollados en las calizas el Kimmeridgiense - Dogger
Figura nº 12: Mapa hidrogeológico de la zona (SIAS)
10
Las aguas de los sondeos que captan el Portlandiense son muy diferentes de las aguas
que captan los sondeos del Kimmeridgiense – Dogger, tal como se puede apreciar en el
siguiente cuadro y en los gráficos de Pipper y de Stiff de la siguiente pagina.
SONDEO
Arnachos
Villar 3
C.E.
2.021,93
1.644,91
Cl360,9
609.7
SO4=
425,3
117.1
CO3H677,3
352.7
Na+
200,4
93,5
Ca++
148,3
341,5
Mg++
182.4
72,5
K+
8,7
3,2
Figura nº 13: Diagrama de Piper de las dos muestras de agua.
Figura nº 14: Diagrama de Stiff de las dos muestras de agua.
11
SONDEO DE INFILTRACION:
Con estos datos se considero factible la perforación de un sondeo de infiltración para el
drenaje de la Balsa del Campo. La perforación se realizo en la parte más baja de la
parcela donde se sitúa la balsa (ver figura nº 12), en el punto de coordenadas UTM
ETRS89:
X = 685744
Y = 4391256
Z = 430 m.s.n.m.
Figura nº 15: Ortofoto con la situación del sondeo de infiltración en la Balsa del
Campo.
CARACTERISTICAS TECNICAS DEL SONDEO:
El sondeo se emboquillo sobre los mismos materiales del Portlandiense en facies
Purbeck descritos anteriormente (Formación Villar del Arzobispo). Sus características
técnicas se pueden ver en el croquis de la siguiente figura:
12
La columna litológica atravesada se detalla en el la siguiente croquis, pero básicamente
se trata de calizas y calizas arenosas de tonos gris oscuro con niveles de margas grises o
rojas. Se han atravesado varias zonas donde el agua de la perforación se ha perdido
completamente, es decir se trata de zonas de alta permeabilidad y probablemente
bastante fracturadas y fisuradas similares a las encontradas en el sondeo “Arnachos 1”.
Estos niveles se han localizado en los metros 25, 65 y 107 de profundidad.
Figura nº 16: Croquis del sondeo de infiltración de la Balsa del Campo.
13
ENSAYOS DE INFILTRACIÓN.
Una vez terminado el sondeo se ha procedido a la realización de unos ensayos de
infiltración con el que poder estimar los parámetros de permeabilidad, transmisividad
etc. del acuífero y de la formación que atraviesa el sondeo, y sobre la que se va a
inyectar el agua de la balsa.
Figura nº 17: Conexión del aliviadero de la balsa con el sondeo de infiltración.
El ensayo de infiltración realizado se denomina “Ensayo de Lefranc”, en su modalidad
de carga variable. Los fundamentos del método se basan en la introducción de un
caudal conocido en el sondeo y la observación del comportamiento del nivel
piezométrico en el tiempo.
Se han realizado dos ensayos consecutivos dirigidos por el geólogo Don Eduardo RuizDorizzi:
ENSAYO Nº 1:
El nivel piezométrico antes del ensayo se situaba a 128,33 metros de profundidad y tras
inyectar, por gravedad, un volumen de 10.000 litros de agua en 4 minutos y 10 segundo
(Q = 40 l/sg) el nivel del agua se sitúo a 106,59 metros de profundidad.
14
A partir de este punto se comienza a medir el descenso producido en este nivel, teniendo
la última medida a los 1.925 segundos y situándose el nivel a los 126,01 metros de
profundidad
Para los cálculos oportunos de la permeabilidad (K) se utiliza la siguiente formulación.
2L
d ln
H1
d
ln
8LT
H2
2
e
K
R
Tramo revestido
H1
Altura piezométrica inicial (cm)
H2
Altura piezométrica final (cm)
e
Descenso del nivel del agua (cm)
t
Tiempo (seg.)
L
Tramo teórico ensayado (cm)
d
Diámetro de perforación (cm)
de
Diámetro int. entubación (cm)
En este ensayo los datos correspondientes son:







H1: 4.341 cm
H2: 2.399 cm
e: 1942 cm
t: 1925 seg
L: 4.500 cm
d: 55 cm
de : 55 cm
15
Debido a que no se ha conseguido llevar el agua hasta la boca del sondeo, lo que
constituiría el modelo para el estudio realizado, solo se ha considerado como tramo
estudiado los 45 metros que se han saturado.
Los valores de permeabilidad calculados en este ensayo se han estimado en dos tramos
diferenciados.
1. La permeabilidad en el 1º tramo del ensayo, cuando el descenso en los
niveles es mayor (es grande la carga), es de 2,57x10-1 m/día. Este valor
no es muy fiable ya que el método se debe aplicar cuando el régimen es
laminar y en este caso la inyección de agua provoca un régimen
turbulento. Aunque se utilizará para conseguir un valor medio de la
permeabilidad.
2. En el 2º tramo, en la curva se observa una línea recta, que supone un
régimen laminar y por tanto el método es de mayor fiabilidad. En este
caso la permeabilidad obtenida es 1,63x10-1 m/día
La permeabilidad media en este ensayo es de 0,21 m/día (2,1x10-1).
ENSAYO Nº 2:
El nivel piezométrico antes del ensayo se situaba a 128,33 metros de profundidad y tras
inyectar, por gravedad, un volumen de agua de 12.500 litros en 6 minutos y 25
segundos (Q = 32.40 l/sg) el nivel se localizó a 104,88 metros de profundidad.
A partir de este punto se comienza a medir el descenso producido en este nivel, teniendo
la última medida a los 12.620 segundos y situándose el nivel a los 127,23 metros de
profundidad
En este ensayo los datos correspondientes son:







H1: 4.512 cm
H2: 2.277 cm
e: 2.235 cm
t: 12620 seg
L: 4.500 cm
d: 55 cm
de : 55 cm
Igualmente se ha considerado el tramo estudiado los 45 metros que se han saturado.
16
Los valores de permeabilidad calculados en este ensayo se han estimado en dos tramos
diferenciados.
1. La permeabilidad en el 1º tramo del ensayo, cuando el descenso en los
niveles es mayor, es de 2,0x10-1 m/día.
2. En el 2º tramo del ensayo la permeabilidad obtenida es 5,19x10-2 m/día
La permeabilidad media en este ensayo es de 0.192 m/día (1.92x10-1).
Por tanto para la permeabilidad de este tramo de sondeo, se ha considerado la media de
los dos ensayos:
Permeabilidad (K) = 0,201 m/día
En el siguiente cuadro se muestran las permeabilidades medias de los diferentes
materiales.
17
El tramo ensayado de la formación atravesada en el sondeo, según esta escala tiene una
media o baja permeabilidad. Por tanto, supondría un acuífero pobre y tiene un drenaje
relativamente bajo y funcionaria como impermeable de base de los tramos permeables
superiores.
Cabe reseñar que en este ensayo de infiltración no se ha conseguido llevar el nivel
piezométrico hasta la cota superficial, por lo que no se ha podido ensayar toda la
longitud del sondeo. Como se ha mencionado anteriormente, durante la perforación se
observaron dos tramos permeables, a los 25, 65 metros y 107 metros de profundidad,
que sin duda aumentarían la permeabilidad calculada.
CALCULOS DEDUCTIVOS DEL ENSAYO.
Con los datos aportados por el Ensayo de Lefranc, se puede calcular por tanto, el
ascenso del nivel piezométrico para un caudal determinado. Siendo este el objetivo del
ensayo, es decir saber si el sondeo puede soportar un caudal de inyección de 1.000 l/s.
Para ello se necesita conocer:

La Transmisividad: se deduce de la permeabilidad y el espesor del
tramo saturado ensayado. T (transmisividad) = K x b (espesor saturado)
La Transmisividad es de 9 m2/día.

El Coeficiente de almacenamiento (S): es un valor adimensional y a
este tipo de formaciones se le adjudica una valor aproximado de 0,2.
Los cálculos se realizan mediante la Formula de Jacob, aunque este método se aplica
para los ensayos de bombeo, está admitido que el caudal que se puede inyectar en un
sondeo es igual e incluso mayor al de bombeo. Así los descensos (D) serán del mismo
orden que los ascensos, e incluso menores debido a la propia carga hidráulica
introducida. La formulación necesaria es la siguiente:
D 0,183
Q
2,25Tt
log
T
Sr 2
D = descenso (ascenso en el sondeo)
Q = caudal infiltrado
T = Transmisividad.
T = tiempo de inyección de agua.
S = coeficiente de Almacenamiento.
R = radio del pozo.
Con los datos obtenidos anteriormente y considerando un caudal de evacuación de
la balsa de 1000 l/s (caudal de entrada a la misma en caso extremo), el tiempo que
tardaría en desbordarse el sondeo, y por tanto el tiempo que soportaría el sondeo
ese caudal de evacuación es de aproximadamente 77 segundos.
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CONSIDERACIONES DEL ESTUDIO.
Con estos cálculos realizados, se comprueba que el tiempo de funcionamiento del
sondeo es mínimo, aunque este valor se puede ver incrementado o disminuido
sensiblemente, por los siguientes factores que no se han considerado o que no se han
podido calcular.
Factores que aumentan la eficacia del sondeo:
1. La carga hidráulica introducida en el sondeo provoca una mayor
infiltración en el acuífero, por lo que aumentaría el valor de la
permeabilidad. Este valor no se puede cuantificar ya que el método solo
permite realizar los cálculos cuando el régimen en el sondeo es laminar,
y con una alta carga hidráulica (como al principio del ensayo) el régimen
producido es turbulento.
2. El ensayo realizado ha dado como resultado que el nivel piezométrico
observado en el momento inicial (al introducir el volumen de la cuba),
en ambas ocasiones se ha mantenido en una cota parecida, alrededor de
los 106 metros. Esta cota coincide con uno de los puntos en los que
durante la perforación se perdió el lodo del sondeo, por tanto
corresponde con una zona de fracturación y de mayor permeabilidad. Al
no superar el nivel esta cota, no se considera como ensayado ese tramo,
aunque se deduce que aumentaría la eficacia del sondeo.
3. Igualmente ocurriría con los tramos en los que se perdió el lodo del
sondeo, localizados aproximadamente a los 25 metros y a los 65 metros
de profundidad.
Factores que reducen la eficacia del sondeo:
1. La propia tubería de revestimiento del sondeo (entre los 0 y los 100
metros) disminuye la permeabilidad. No se puede cuantificar porque no
se ha ensayado ese tramo de sondeo, pero al encontrarse rajados gran
parte de ellos, la perdida de infiltración no sería muy alta.
2. Otro factor que disminuye la eficacia del sondeo es el aire que se
introduce conjuntamente con el agua y que reduce en cierta medida la
carga hidráulica de esta agua y por tanto la infiltración.
3. Otro de los factores a tener en cuenta es la colmatación del sondeo por
la introducción de finos. Aunque puede minimizarse si el caudal pasa
anteriormente por la balsa donde se decantarían.
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Permeabilidad del tramo superior:
Si observamos el croquis del sondeo en el tramo comprendido entre los 0 a 115 metros,
notamos que ha habido perdidas totales de lodos y muestras lo que es indicativo de un
importante desarrollo de la fisuración y/o carstificación del terreno. Si a este tramo le
atribuimos unas características hidrogeológicas similares a la del cercano sondeo
“Arnachos 1” con una transmisividad de 1.350 m2/día, y tenemos en cuenta que para
desbordar el sondeo necesitaríamos elevar el nivel piezométrico 106 metros. Con la
mencionada transmisividad necesitaríamos inyectar más de 1.000 l/sg para poder hacer
llegar el agua a la superficie del terreno, a la razón de 100 l/sg por cada 10 metros de
elevación del nivel piezometrico.
RESULTADOS DE LA INFILTRACION:
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto se decidió acondicionar el sondeo para su
utilización como drenaje de la balsa. Para ello se procedió a realizar una buena
cimentación del emboquille del sondeo y a conectarlo con el aliviadero de la balsa
mediante una tubería de chapa de acero de gran diámetro. En las siguientes figuras se
puede apreciar esta instalación.
La infiltración se realiza directamente por gravedad, pues el nivel piezométrico esta lo
suficientemente bajo como para poder realizarlo ya que en el tramo no saturado del
sondeo cabe un volumen de 175 m3, sin contar la permeabilidad del terreno.
El agua inyectada es la que circula por el Canal de Benageber de excelente calidad y
completamente limpia con una C.E de 1.100 nS, un TSD de 550 ppm y un pH de 8,03
siendo de mejor calidad que el agua del acuífero que es un agua de facies clorurada –
sulfatada.
Desde su acondicionamiento como sondeo de infiltración el sondeo de la Balsa del
Campo ha tenido que utilizarse varias veces. La primera vez que entro en
funcionamiento fue debido a una avería en el equipo de bombeo situado en la Balsa de
San Marcelino, en esta ocasión las bombas estuvieron en funcionamiento toda la noche,
sin que el personal de la Comunidad de Regantes llegase a darse cuenta de la avería y el
sondeo de infiltración se trago los 1.000 l/sg que le alivio la balsa durante toda la noche
sin llegar a desbordarse.
La última ocasión de inyección controlada fue en el mes de Septiembre en que se estuvo
infiltrando un caudal de 676 l/sg procedente del funcionamiento de 4 de las bombas de
la Balsa San Marcelino. Se infiltro un volumen de agua de 7.300 m3 (3 horas de
bombeo continuo) que el sondeo no tuvo ningún problema para tragarse.
20
Figura nº 18: Detalle del cabezal de inyección.
CONCLUSIONES:
El sondeo de infiltración de la Balsa del Campo (Chulilla) funciona correctamente
permitiendo desaguar un caudal instantáneo de 1.000 L/s y evitando inundaciones en los
cultivos e infraestructuras de la zona.
El agua evacuada de la balsa, limpia y de calidad, se infiltra en una zona no saturada de
un acuífero desarrollado en niveles de gran permeabilidad la Formación Villar del
Arzobispo y separado del Acuífero de Liria – Casinos por niveles de margas y arcillas
impermeables tal como se puede ver en los resultados de los ensayos de infiltración
realizados.
El sistema de drenaje mediante sondeos de infiltración se ha revelado como muy útil y
económico y no es difícil imaginar el amplio espectro de aplicaciones que puede tener,
aplicaciones de las que el sondeo de infiltración de la Balsa del Campo es tan solo
una muestra.
José María Montes Villa. Geólogo.
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