Morfologa del Nivel Fretico Ingeniera de DrenajeINTRODUCCIONUna parte esencial de una investigacin (reconocimiento de terreno) con fines de drenaje, es el estudio de las condiciones y caractersticas del agua subterrnea presente tanto en el acufero fretico como en acuferos confinados o semi confinados que se presentan en el perfil del suelo. Esto no slo implica la determinacin de la posicin actual del nivel fretico, sino tambin la identificacin de las causas que han provocado el problema.Todo cultivo necesita un ambiente edfico adecuado en la zona de exploracin radicular, el que depende de diversos factores, entre ellos: rgimen hdrico, aireacin, nivel de salinidad, etc.

OBJETIVOSEl objetivo del estudio fue estudiar la problemtica teniendo como base de datos los planos de la ubicacin de los pozos de observacin, de conductividad hidrulica, sistema de drenaje, etc. Y as conocer el mecanismo de recarga de la zona; Determinar y cuantificar las reas afectadas de acuerdo a los distintos niveles de profundidad fretica; Establecer la direccin del flujo; Localizar zonas de carga y descarga; Determinar pocas de mxima y mnima; Analizar las causas que dan origen al problema y determinar si direccin y ubicacin de colectores necesarios del sistema de drenaje y riego se encuentran bien ubicados.

MARCO TEORICO Previo a la iniciacin de cualquier trabajo de terreno es necesario tener presente que es altamente recomendable una acuciosa revisin del material cartogrfico e informes disponibles. Por lo que contamos con: Mapas topogrficos. Mapas de ubicacin de los pozos de observacin. Mapas geolgicos; permiten identificar zonas de recarga, descarga y los diferentes tipos de acuferos. Datos sobre calidad de agua, CE y pH.Pozos existentesLos pozos existentes son frecuentemente los sitios ms convenientes para la medida de los niveles freticos en una etapa preliminar. Ellos tienen, sin embargo, que ser cuidadosamente evaluados en cuanto a su confiabilidad y representatividad. En cada pozo deben considerarse condiciones de profundidad, perfil del suelo y revestimiento. De esta informacin puede concluirse si el pozo est siendo abastecido con aguas freticas y/o artesianas.Pozos relativamente profundos, en los cuales se alternan capas de arena y arcilla, no son confiables debido a que el agua que los abastece puede provenir de diferentes cargas hidrulicas que se presentan en cada estrato. Consecuentemente, pozos construidos a mano, de escasa profundidad (norias) son ms confiables puesto que ellos generalmente penetran slo un poco ms abajo del nivel fretico.Las norias tienen generalmente gran dimetro (mayor a 1 m). Bajo estas circunstancias, es posible que se requiera un tiempo considerable para que el nivel del agua dentro del pozo se ajuste a los cambios del nivel fretico en el suelo adyacente. Por otra parte, en pozos profundos, entubados, la presencia de partculas en los filtros puede hacer bajar la permeabilidad del terreno adyacente y por tanto no existir una conexin directa entre el nivel del agua del pozo y la del suelo. Los pozos desde los cuales se extrae agua de riego regularmente y en grandes cantidades deben considerarse no confiables, principalmente cuando la velocidad de recarga es baja debido a una baja conductividad del suelo. El tiempo de recuperacin del nivel de agua, luego de una brusca depresin, puede ser un indicador de la confiabilidad del pozo.En cuanto a la calidad del agua, los pozos existentes en zonas salinas pueden no ser representativos de la condiciones imperantes en la zona adyacente, particularmente si stos estn destinados a la bebida. Ello se debe a que frecuentemente este tipo de pozos se ubican en lugares donde se ha detectado fuentes de agua dulce. Adems, la calidad del agua de un pozo usado intensamente puede diferir de la calidad de otros pozos cercanos debido a que la recarga puede provenir de acuferos ms profundos los cuales pueden tener una calidad mejor que la del nivel fretico.Finalmente, es necesario tener presente que la distribucin espacial de los pozos existentes no necesariamente tienen que satisfacer los requerimientos de una adecuada red de observacin, razn por la cual siempre ser necesario completar la red con pozos de observacin o piezmetros.

Superficies de agua libre.Las superficies de agua libre (lagos, lagunas, pantanos, etc.) suministran informacin de utilidad en la medida que exista conexin con el agua subterrnea. Si el nivel de agua libre se encuentra por sobre o bajo el nivel del agua subterrnea, indicar si dicha superficie se comporta como fuente de recarga o descarga del acufero, respectivamente.El nivel de agua es usualmente ledo con una regla topogrfica graduada (mira) o una estaca graduada con referencia en la superficie del agua.

Tubos de observacin.En adicin a los pozos y superficies de agua libre existentes, frecuentemente es necesaria la construccin de estructuras especiales para medir la profundidad del agua subterrnea, ubicados en puntos estratgicos dentro y fuera del rea del proyecto. Estos pueden ser pozos de observacin o piezmetros.

1. Pozos de observacin.Un pozo de observacin consiste en una perforacin construida en el suelo, generalmente mediante un barreno agrolgico, hasta una profundidad tal que exceda el nivel fretico mnimo esperado. El pozo as construido puede ser entubado o no entubado.

Pozos de observacin del nivel fretico a) no entubado y b) entubado.Pozos no entubados pueden emplearse exitosamente en suelos cuya estabilidad es suficientemente grande como para impedir que colapse. Asimismo, estos pozos son una forma barata de medir los niveles freticos en una primera etapa (estudio preliminar) cuando slo se requiere una informacin general acerca de la profundidad del agua.Cuando se trabaja en suelos inestables (arenas) es necesario recurrir a un entubamiento temporal del pozo de observacin. Esto generalmente se logra con tubera de PVC de a 2 pulgadas como mximo, debidamente ranuradas o perforadas en sus paredes, selladas en el fondo y rodeados de un material altamente permeable (grava, chancado y/o geotextil). En atencin a que es deseable tener un considerable nmero de observaciones del nivel fretico en el tiempo, para poder registrar adecuadamente sus fluctuaciones, se recomienda el uso de pozos de observacin entubados. 2. Piezmetros.Un piezmetro es una tubera de dimetro pequeo, abierta en ambos extremos, generalmente no perforada (excepto en una seccin pequea, no superior a 10-20 cm), instalada mediante barreno o percusin en el suelo de modo tal que no se produzcan filtraciones entre la pared exterior del tubo y el suelo y permitir que toda el agua que ingrese a su interior lo haga slo por el extremo inferior.

Una tubera instalada en tales condiciones sirve para medir la presin hidrosttica del agua subterrnea en acuferos confinados o no confinados en el punto donde se encuentra el extremo inferior del tubo. Al existir una batera de piezmetros instalados a diferente profundidad ser posible medir la carga hidrulica en cada uno de ellos y las diferencias que existan entre unos y otros sern indicadores de la direccin del flujo. Los piezmetros son particularmente tiles en reas donde existe, o se sospeche, la presencia de presiones artesianas o en aquellas zonas de riego en que se desee conocer la velocidad con que se mueve el agua de percolacin. Asimismo, los piezmetros son tiles en reas donde se desea conocer si efectivamente ocurre o no drenaje en estratos arenosos ubicados a mayor profundidad.

Nivel de agua en piezmetros bajo diferentes condiciones de suelo y agua subterrnea.A) Suelo homogneo, arenoso.B) Suelo de dos estratos, flujo descendente.C) Suelos de dos estratos, flujo ascendente.D) Suelo de tres estratos flujo ascendente.E) Suelo de tres estratos, flujo desde arena hacia arcilla.F) Suelo de tres estratos, flujo desde arcilla hacia arena.

Profundidad.La profundidad de los pozos de observacin depender de los niveles mnimos que alcanza el agua subterrnea. Esto asegurar que los pozos no se sequen durante la temporada estival y que en lo posible las lecturas puedan realizarse durante todo el ao.Los niveles mnimos del agua fretica pueden estimarse a partir de los estudios geolgicos o agrolgicos, si estos ltimos se han realizado a mayor profundidad que la usual. Sin embargo, observaciones a profundidades mayores de 3 metros raramente son necesarias en reas planas en atencin a que la profundidad de los drenes agrcolas slo en casos muy especiales superan los 2 metros. En caso de terrenos de topografa ondulada es posible que se requieran pozos de observacin a mayor profundidad con el propsito de tener un panorama ms completo acerca del comportamiento del agua subterrnea.En suelos estratificados y particularmente en reas donde exista o se sospeche la presencia de aguas artesianas, ser necesario instalar piezmetros a profundidades mayores de 3 m. En terrenos de origen aluvial bien valdra la pena considerar algn piezmetro a ms de 10 m de profundidad para determinar la influencia de posibles napas artesianas.

Levantamiento planialtimtrico.Terminada la construccin de los pozos de observacin y/o piezmetros, stos deben ser referidos al sistema de coordenadas y cotas utilizados para la confeccin del plano topogrfico.Disponer de las cotas de cada uno de estos puntos permitir posteriormente correlacionar los niveles del agua subterrnea a los niveles o cotas del terreno y preparar los mapas respectivos.

Hidrogramas.Cuando la cantidad de agua subterrnea almacenada aumenta, el nivel fretico del suelo aumenta y cuando este almacenamiento disminuye, el nivel fretico disminuye. Un hidrograma es entonces un grfico que muestra las variaciones de este almacenamiento, relacionando la forma de profundidad (o altura) del nivel fretico o piezomtrico, versus el tiempo.

Hidrograma de un pozo en observacin.Planos.Existe una considerable cantidad de mapas o planos que pueden confeccionarse a partir de los datos del agua subterrnea. Cada uno de ellos tiene un objetivo especfico. Los ms comunes son:

1. Plano de equipotenciales (isohypsas).Un mapa de equipotenciales es un plano en el cual se muestran las curvas de nivel de la napa fretica y, por tanto, expresa la configuracin del nivel fretico en un instante dado. Para construir un plano de este tipo es necesario convertir las lecturas de profundidad de la napa en sus respectivas elevaciones o cotas, esto es, la cota terreno menos la profundidad a la napa. Los datos as obtenidos se llevan a un plano donde figura la localizacin de cada punto de observacin y luego se trazan las lneas que unen puntos de igual cota del agua.

Curvas de recesin del nivel fretico.A) Sin recarga.B) Nivel actual y proyectado del nivel fretico.

Plano de equipotenciales (isohypsas) o cotas del nivel fretico.

Evidentemente, con cada conjunto de datos existentes es posible construir un plano. Sin embargo, esto no es estrictamente necesario y puede resultar ms importante seleccionar un perodo especfico, como por ejemplo: el mes crtico (inmediatamente antes o despus del inicio del riego), la media durante el perodo de crecimiento de los cultivos, la media anual, etc. Un plano de estas caractersticas es una importante herramienta en investigaciones de aguas subterrneas ya que provee informacin suficiente para derivar datos sobre gradientes hidrulicos (dh/dx) y direccin del flujo.2. Planos de isoprofundidad.Como su nombre lo indica, los planos de igual profundidad del nivel fretico o planos de isoprofundidad muestran la distribucin espacial de la profundidad del nivel fretico bajo la superficie del suelo. Este plano resulta del trazado de curvas que unen puntos que tienen igual profundidad al nivel fretico. Las reas comprendidas entre dos lneas de isoprofundidad indican que el nivel fretico se encuentra dentro de los rangos que cada lnea expresa.Otra forma de obtener esta informacin es mediante superposicin del plano de equipotenciales o isohipsas sobre el plano topogrfico del suelo. La diferencia entre ambas curvas indica la profundidad a la cual se encuentra el nivel fretico (Castilla, 1966).

Plano de curvas de isoprofundidad del nivel fretico.

Planos de este tipo se preparan para indicar situaciones especficas tales como: delimitacin del rea afectada con problemas de drenaje; para conocer cul es la profundidad del nivel fretico durante ciertos perodos crticos del crecimiento de los cultivos o para programar algunas actividades agrcolas. Particularmente importante y til puede ser el plano de la profundidad media anual o durante un perodo (estacin) especfico. Igualmente importante podra ser tener planos que indiquen las profundidades mximas y mnimas y a partir de ellos determinar las fluctuaciones del nivel fretico.3. Planos de fluctuaciones del nivel fretico Un plano de fluctuaciones del nivel fretico muestra la magnitud y distribucin espacial de los cambios en el nivel fretico durante un cierto perodo de tiempo (por ejemplo, a lo largo del ao, entre invierno y verano, antes y despus del riego, etc.). Para la confeccin de estos planos la informacin se obtiene a partir del hidrograma de los pozos de observacin. Desde ellos se puede deducir la diferencia entre la altura (profundidad) mxima y mnima del nivel fretico, o media mxima y media mnima segn se desee, durante un cierto perodo de tiempo. Los datos as obtenidos son luego llevados a un plano y se trazan las lneas uniendo puntos que tienen igual cambio del nivel fretico, usando un intervalo vertical adecuado.Un plano de estas caractersticas es de extraordinario valor en el diseo de sistemas de drenaje por cuanto a travs de l es posible individualizar reas que tienen buen drenaje natural (grandes fluctuaciones) respecto de aqullos de mal drenaje natural (escasas fluctuaciones).4. Planos de diferencia de cargas hidrulicas.Un plano de diferencia de cargas hidrulicas muestra la magnitud y distribucin espacial de las diferencias en carga hidrulica entre dos estratos del suelo, medidas mediante piezmetros.

Plano de fluctuaciones del nivel fretico. Asumamos una situacin como la que se muestra en las figuras 4b. o 4c. con un gran nmero de piezmetros distribuidos a lo largo de toda el rea bajo estudio y ubicados uno en el estrato superior y otro en el inferior, en cada punto. Se determina la diferencia en la altura de agua entre el piezmetro superior y el inferior y se anota dicha diferencia en un plano. Luego de elegir un intervalo vertical adecuado, se trazan las lneas que unen puntos que tienen igual diferencia de carga. El plano as resultante es til para determinar reas donde ocurren flujos verticales ascendentes o descendentes. En aquellos lugares donde las diferencias de carga son mayores, el flujo ser tambin mayor.

5. Planos de conductividad hidrulica.Los planos de conductividad hidrulica muestran la magnitud y variacin espacial de sta. Como la medicin de la conductividad se hace en un punto especfico y la variabilidad de este parmetro del suelo es muy alta, es recomendable hacer planos que involucren ciertos rangos de valor tal como se indican en la figura siguiente.Esta sectorizacin del suelo indicando los rangos de variacin de la conductividad es particularmente til al momento del clculo del espaciamiento entre drenes, por cuanto es la nica forma prctica de resolver el problema en atencin a que es muy posible que existen tantos valores de conductividad hidrulica como puntos de determinacin.

Plano de conductividad hidrulica.

CUADROS DE DATOS Los siguientes datos se obtuvieron por medio de la Georeferenciacin de los planos de ubicacin de pozos.MAXIMA RECARGA (ABRIL)

PozoXYCota de terreno(z)Altura de nivel freaticoCota del N.F.

1674,467.119,196,915.58114.0770.17113.907

2674,393.939,196,833.78113.8650.7113.165

3674,194.389,196,705.96113.0890.28112.809

4674,137.729,196,685.24113.0480.52112.528

5673,991.279,196,552.54110.7920.14110.652

6673,722.899,196,320.14107.8830.72107.163

7673,597.709,196,442.91106.8380.47106.368

8673,807.719,196,564.55109.010.15108.86

9673,978.859,196,693.30111.0150.185110.83

10674,106.199,196,798.43112.7080.31112.398

11674,156.789,196,868.22113.0730113.073

12674,307.719,196,976.96113.4690.365113.104

13674,329.409,197,054.50113.5740.29113.284

14674,379.019,197,149.28113.5040.41113.094

15674,323.469,197,220.59113.1870.24112.947

16674,249.779,197,142.45113.1190.1113.019

17674,204.329,197,105.01113.2530.05113.203

18674,068.549,196,977.55112.4470.06112.387

19674,080.219,197,230.14113.0730.04113.033

20673,948.389,197,104.76112.10.22111.88

21673,884.219,197,017.70111.520.22111.3

22673,750.089,196,861.62108.9180.2108.718

23673,560.339,196,664.24106.8660.17106.696

24673,457.249,196,567.24106.4290.34106.089

25673,421.299,196,733.28106.4880.48106.008

26673,620.379,196,965.23108.2290.16108.069

27673,797.049,197,149.33111.1670.37110.797

28673,871.499,197,188.08111.6370.3111.337

29674,002.409,197,332.73112.6290.67111.959

30674,012.539,197,418.36112.5510.31112.241

31673,942.509,197,399.10112.2230.22112.003

32673,829.379,197,257.06111.4010.11111.291

MINIMA RECARGA (SETIEMBRE)

PozoXYCota de terreno(z)Altura de N.F.Cota de N.F.

1674,467.119,196,915.58114.0772.53111.547

2674,393.939,196,833.78113.8652.54111.325

3674,194.389,196,705.96113.0892.45110.639

4674,137.729,196,685.24113.0482.54110.508

5673,991.279,196,552.54110.7921.52109.272

6673,722.899,196,320.14107.8832.32105.563

7673,597.709,196,442.91106.8381.86104.978

8673,807.719,196,564.55109.011.27107.74

9673,978.859,196,693.30111.0151.7109.315

10674,106.199,196,798.43112.7082.38110.328

11674,156.789,196,868.22113.0731.5111.573

12674,307.719,196,976.96113.4691.93111.539

13674,329.409,197,054.50113.5742.23111.344

14674,379.019,197,149.28113.5042.12111.384

15674,323.469,197,220.59113.1871.69111.497

16674,249.779,197,142.45113.1191.64111.479

17674,204.329,197,105.01113.2531.55111.703

18674,068.549,196,977.55112.4471.49110.957

19674,080.219,197,230.14113.0731.65111.423

20673,948.389,197,104.76112.12.44109.66

21673,884.219,197,017.70111.522.3109.22

22673,750.089,196,861.62108.9181.25107.668

23673,560.339,196,664.24106.8661.33105.536

24673,457.249,196,567.24106.4291.73104.699

25673,421.299,196,733.28106.4881.76104.728

26673,620.379,196,965.23108.2291.42106.809

27673,797.049,197,149.33111.1672.12109.047

28673,871.499,197,188.08111.6372.46109.177

29674,002.409,197,332.73112.6292.13110.499

30674,012.539,197,418.36112.5512.01110.541

31673,942.509,197,399.10112.2232.22110.003

32673,829.379,197,257.06111.4012.08109.321

PozoXYKCEPM

1674,225.609,197,053.664.510.810.54

2674,142.949,196,955.974.210.74

3673,958.959,196,852.173.870.520.56

4673,823.699,196,761.293.880.59

5673,680.679,196,617.583.570.721.06

6673,554.669,196,517.252.850.78

7673,481.519,196,636.703.990.72

8673,599.879,196,776.904.420.67

9673,766.839,196,957.244.450.57

10674,015.529,197,080.533.730.55

11674,070.479,197,127.733.75

12674,103.589,197,198.184.730.56

13673,921.119,197,178.452.730.51

14674,021.869,197,274.271.10.570.37

RESULTADOS1.- MAPA DE ISOHYPSAS DE MAXIMA RECARGA.-

Segn los hidrogramas pudimos ver que los mximos niveles de N.F. se encontraban en el mes de Abril, con lo cual se realiz un mapa de Isohypsas. En este mapa de Isohypsas se trazaron las lneas de flujo para ver la direccin del agua subterrnea la cual es en direccin Nor-Este. El Gradiente Hidrulico se tom en la parte ms llana de las curvas de nivel, de la cota de 106 a 112.5 m. con una longitud de 812.8 m. teniendo como resultado 0.007997. Se puede ver que la gradiente es mnima por lo que se concluye que la diferencia de cargas en este terreno no es pronunciada y no hay una fuerte explotacin de aga subterrnea. Viendo los Ejes de Drenaje en los planos, podemos concluir que estn bien ubicados porque el flujo del agua subterrnea va en el sentido de los drenes ayudando de esta manera a su desfogue.

2.- MAPA DE ISOHYPSAS DE MINIMA RECARGA.-

3.- MAPA DE ISOPROFUNDIDAD.- En este plano se ven las distintas profundidades del N.F. y las curvas que encierran nos dan las distintas zonas de problemas y la condicin como se encuentra. En el plano de mxima recarga podemos encontrar tres zonas distintas: D1: Posible problema de drenaje. D2: Probable problema de drenaje. D3: Muy probable hasta evidente.En lo cual se llega a la conclusin que en el mes crtico que es el de Abril toda la zona tiene problemas de drenaje.

4.- MAPA DE ISOSALINIDAD DEL SUELO.- En el mapa de Isosalinidad del suelo se tomaron los datos de 30-60 cm. Pues en esta profundidad es donde encontramos el sistema radicular de las plantas y se necesita un anlisis profundo. En el estudio y viendo los valores obtenidos no encontramos problemas de salinidad y lo clasificamos como Suelo Normal pues los datos son menores a 4 mmhos/cm.

5.- MAPA DE ISOSALINIDAD DEL AGUA (N.F.).-

Tenemos 2 zonas marcados las cuales son: SA1: Ligeramente Salina SA2: Moderadamente SalinaEste tipo de suelo es apto para el cultivo porque las cantidades de sales en el agua no afectaran el gran proporcin a las plantaciones, pero de todas maneras es bueno ser precavido y tener cultivos un poco resistentes a las sales.

4.- MAPA DE ISOCONDUCTIVIDAD.-