04 aguas-superficiales y subterraneas

Universidad Nacional Autónoma de México 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 del agua superficial y subterránea, así como las 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 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.


•Aguas superficiales

En general, éstas proceden directamente de las precipitaciones que caen desde las nubes o de los depósitos que estas forman.


AGUAS SUPERFICIALES


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 agua en contacto con él y la superficie del fondo del cauce; esto afecta 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.


Los valles fluviales

• Aunque existen muchas graduaciones, los dos tipos generales de valles fluviales son: (1) los valles estrechos en forma de 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 una corriente ha erosionado su cauce más cerca del nivel 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 llanura de inundación a un nivel por debajo de la anterior, formando terrazas sucesivas.

• Las corrientes que fluyen sobre las llanuras de inundación forman meandros que pueden provocar segmentos más cortos del cauce,denominadosestrangulamientos o meandros abandonados, llaman lagos de media luna.

que se


•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 presenciade zonas erosionadas producidaspor el arrastre de las partículas sólidas del suelo.

• Efecto de la filtración respecto a la estabilidad general de la estructura en estudio.


La cantidad de agua que corre por la superficie, en comparación con la que penetra en el suelo, esfunción de la capacidad de infiltración de éste, depende de:

1. La intensidad y duración de la precipitación,2. El estado de humedad previo del suelo,3. La textura del suelo,

la cual

4. La pendiente del terreno, y5. 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.


DETERMINACIÓN DE PERMEABILIDAD-PERMEÁMMEETTRROO DE CARGA CONSTANTE-PERMEÁMMEETTRROO DE CARGA

MÉTODOS

DIRECTOS

INDIRECTOS

VARIABLE-PRUEBAS DIRECTAS EN EL LUGAR

-A PARTIR DE LA CURVA GRANULOMÉÉTTRRIICCAA-PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN-PRUEBA TRIAXIAL DRENADA-PRUEBA DE CAPILARIDAD

HORIZONTAL


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


SOLUCIÓN DE CASAGRANDE


• REDES DE ESCURRIMIENTO

El escurrimiento se define como el agua que proviene de la 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.


•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.


Escurrimiento subsuperficial

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.


Aguas subterráneas

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 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 denominadas dolinas, así como la creación de cavernas en el subsuelo.


Gran parte del agua superficial es alimentada por las aguas que circulan en el subsuelo, que la mantiene en épocas de sequía.El agua subterránea es almacenada en los espacios abiertos de las rocas y el material sin consolidar del subsuelo.

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.


Los factores que influyen en que el agua se infiltre, corra sobre la superficie o se evapore dependen de la pendiente, la naturaleza del material, la intensidad de la lluvia y el tipo y cantidad de vegetación.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 límite superior es el nivel freático. Por encima se encuentra la zona de aireación, donde suelos, sedimentos y rocas no están saturados, sino llenos sobre todo de aire.


El nivel freático es importante para predecir la productividad de los pozos y explicar los cambios de flujo de las corrientes, manantialesy las fluctuaciones del nivel de los lagos. Su elevación puedeestudiarse 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 de la zona de saturación.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, que se denominan corrientes influentes.


Un problema común de contaminación del agua subterránea son las aguas 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, grava gruesa o calizas cársticas, tienen aberturas tan grandes que el agua contaminada puede viajar grandes distancias sin ser purificada.Otras fuentes de contaminación son la sal de carreteras, los fertilizantes, los pesticidas y las áreas con minerales venenosos, como el arsénico.


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.Los géiseres son fuentes termales intermitentes en las cuales las columnas de agua son expulsadas con gran fuerza a diversos 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 manera rápida a vapor, haciendo que brote el géiser.La fuente de calor para la mayoría de las fuentes termales y los géiseres es la roca ígnea caliente.


La Grutas , cavernas y cuevas son el resultado aculares del trabajo erosivo del agua subterránea. Sus dimensiones varían de pequeñas a tan grandes.La mayoría de las cavernas se crean en el nivel freático 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.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 precipitación por 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.


Otras fuentes son el agua que se filtra de lagos y corrientes, las presas de recarga y los sistemas de tratamiento de aguas residuales.


El escurrimiento subterráneo puede descargar en la superficie del terreno dando lugar a escurrimiento superficial y entonces incorporarse al cauce de un río.

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