II *

E N S A Y O S POR B O M B E 0

Boletin

11S

I

La edicin original de'esta obra ha sido publicada en inglCs con el titulo A N A L Y S I S A N D E V A L U A T I O N OF P U M P I N G TEST D A T A por el International Institute for Land Reclamation and 'Improvement, Holanda, 1970. Segunda edicin en ingls: 1972. Edicin en francs : 1974. Edicin en castellano: 1975.

II

ANALISIS Y EVALUACION DE LOS DATOS D E ENSAYOS POR BOMBE0

G . P. K R J EMAP Hidrogelogo, International Agricultural Centre

N. A. D E R I D D E R Hidrogelogo, International Institute for Land Reclamation and ImprovementI S

Traduccin al castellano: M I G U E L D O N E Z A R , Ingeniero Agrnomo

I N T E R NATIONAL INSTITUTE F O R L A N D R E CLAMATI O N A N D IMPROVEMENT WAGENINGEN H O L A N D A 1975

,

International Institute for Land Reclamation and ImprovementP.O. BOX

45

/ WAGENINGEN / THE NETHERLANDS

P R E F A C I O

:

Este libro est pensado como una gua para analizar y evaluar los datos obtenidos en los ensayos por bombeo. Esperamos que ser til a aquellos que trabajan en ingeniera agrcola y en ingenieria sobre el agua en el suelo, as como a los estudiantes de estos campos. Si se trabaja en problemas de hidrologa del agua en el suelo en pequea o gran escala, el gelogo o el ingeniero est continuamente enfrentndose con el problema de encontrar valores fidedignos y representativos de las caractersticas hidrulicas de acuferos y capas de baja permeabilidad. Los ensayos por bombeo han demostrado ser el medio ms apropiado para alcanzar este objetivo. En las ltimas dcadas se ha estudiado matemticamente el flujo del agua en el suelo hacia pozos de bombeo. Se han propuesto soluciones para condiciones de flujo en rgimen permanente y variable aplicadas a diferentes tipos de acuferos. En el momento actual, los problemas de flujo variable en acuferos compuestos de diferentes capas, estn siendo objeto de numerosos estudios. Por tanto, no es sorprendente el que gradualmente se disponga de mayor cantidad de literatura dedicada al estudio de flujo de agua hacia pozos. Aunque varios autores han tratado brevemente este tema como una parte de otros trabajos y aunque en el pasado se han hecho varios intentos de compilacin de los mtodos que ahora ms comnmente se usan, no se dispona de una gua que tratara de una forma no matemltica los diferentes mtodos desarrollados hasta el momento. Por ello que el primer objetivo de este libro fu reunir y describir diferentes mtodos de analizar los datos obtenidos en los ensayos por bombeo repartidos por muchas revistas cientficas y a veces escritos en diferentes idiomas. No debe ser considerado este .libro como sustituto de muchos manuales sobre hidrulica del agua en el suelo. Hemos procurado ordenar convenientemente el material utilizado esperando as guiar al lector a traves del laberinto de los mtodos analticos. Tambin, en lo posible, hemos omitido deducciones matemticas ya que el que tiene que trabajar en la prctica desea saber cmo y cuando aplicar un particular mtodo. Los que utilicen el libro necesitarn, solamente, un elemental conocimiento de matemticas y fsica. Muchas de las frmulas y mtodos de anlisis han sido ya publicados y SU deduccin y prueba pueden encontrarse en las publicaciones originales. El libro presenta los diferentes pasos y procedimientos que se necesitan para una correcta aplicacin de los diferentes mtodos.No era posible, en un libro de este estilo, abarcar completamente el tema. Aunque fu necesario hacer una seleccin entre los numerosos mtodos, los agu presentados cubren una variacin bastante amplia de las condiciones de campo que se pueden encontrar al trabajar en la prctica. En general, se presentan las frmulas en la expresin final. En aquellos casos en que la misma frmula se aplica a diferentes condiciones del acufero, fu inevitable la repeticin de frmulas.

A pesar de nuestro deseo de reunir todo este material en un perodo corto de tiempo, se ha retrasado mucho a causa de otros trabajos. Adems, no se hubiera alcanzado este estado final del trabajo sin el estmulo del Sr.J.M.van Staveren, Director del International Institute for Land Reclamation and Improvement. Queremos expresar tambin nuestra gratitud al Dr C.van den Berg, Director del Institute for Land and Water Management Research, que generosamente nos concedi tiempo para completar el manuscrito y nos permiti utilizar datos de ensayos por bombeo de los archivos del Instituto para ilustrar la aplicacin de los mtodos de anlisis descritos. V

I\

Estamos especialmente agradecidos al Director del Municipal Water Works of Amsterdam por cedernos las curvas tipo del mtodo de Huisman-Kemperman. Estamos tambin en deuda con el Sr.G.A.Bruggeman y el Dr L.F.Ernst por concedernos permiso para citar informes todava no publicados. Varias personas han dedicado generosamente SU tiempo y SU esfuerzo para la preparacin del manuscrito, incluyendo nuestros colegas del Institute for.Land and Water Management Research y del International Institute for Land Reclamation and Improvement. El manuscrito fu6 revisado en borrador por el Dr J.Wesseling del Institute for Land and Water Management Research, Wageningen, por el Sr.R.G. Thomas de la Food and Agriculture Organization of de United Nations, Roma, por el Dr P.B.Smoor del Groundwater Service T.N.O., Delft, y por el Sr.F.Rutgers del Department of Water Management and Hydraulic Research de "Rijkswaterstaat", La Haya, todos los cuales han dedicado mucho tiempo a este trabajo y nos han dado muchas tiles sugerencias para SU mejora. Les estamos muy agradecidos por esta ayuda. Otros que nos hicieron comentarios fueron el Prof.L.Huisman, Delft; Sr.G.Santing, La Haya; Prof.C.Vote, Delft; Prof.A.Volker, Delft; Dr J.H.Edelman, Grenoble y el Dr R.O.van Everdingen, Ottawa. Nos alegramos de que, adems de las ediciones en Ingls y Franc&, haya sido posible editar la versin en Castellano de nuestro estudio, gracias al buen trabajo de traduccin llevado a cab0 por nuestro compaero M.Donzar. Si este libro ayuda a facilitar la labor de los dedicados a trabajos de ingenieria agrcola y de agua en el suelo, el tiempo y los esfuerzos que hemos dedicado a este manuscrito no habrn sido en vano.

G. P.Kruseman N.A.de Ridder

VI

I N D I C EXI

LISTA DE TABLAS ALGUNOS SIMBOLOS FRECUENTEMENTE UTILIZADOS Y SUS UNIDADES INTRODUCCION

XI11

3 3

44 , 5 5 5 5

1 1.1 1.21.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5

DEFINICIONES Ley de Darcy Tipos de a c u i f e r o s Acuferos libres Acuiferos confinados Acuferos semi-confinados Acuferos semi-libres Resumen P r o p i edades h i d r u l icas Transmisividad Coeficiente de almacenamiento y rendimiento especifico Resistencia hidrulica Factor de filtracin Factor de drenaje Tipos de ecuaciones d e l f l u j o Flujo en rgimen permanente F l u j o en rgimen variableENSAYOS POR BOMBE0

66 7 7 7 8

1.31.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5

88 9

1.41.4.1 1.4.2

10 10 IO11 12

2 2.12.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.5.1 2.1.5.2 2.1.5.3 2.1.6 2.1.6.1 2.1.6.2 2.1.6.3 2.1.6.4

I414 1417 17 18

18 18 21 23

E x p o s i c i n general Objetivo de los ensayos Estudios preliminares Estimacin de la transmisividad a partir de la ficha del pozo ,Eleccin del lugar del ensayo Pozo de descarga Diseo y construccin Eleccin de la bomba Descarga del agua bombeada Piezmetros Nmero de piezmetros Distancia de los piezmetros Profundidad de los piezmetros Construccin E j e c u c i n de un ensayo p o r bombeo Medidas Medidas del nivel del agua Medidas del caudal de descarga Duracin del ensayo por bombeo

2525 25 28 31

2.22.2.1 2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.2

,

3333 35 36 37

2.32.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4

A n l i s i s de los datos Compilacin de los datos Aplicacin de los mtodos de anlisis Informe Archivado de los datos

1

-

,

VI1

38 3940

3 3.13.1.1

METODOS PARA ANALIZAR LOS DATOS DE UN ENSAYO POR BOMBEO I F l u j o en regimen permanente en a c u f e r o s confinados Mtodo de Thiem F l u j o en regimen v a r i a b l e en a c u f e r o s confinados Mtodo de Theis Mtodo de Chow Mtodo de Jacob Mtodo de recuperacin de Theis Evaluacin F l u j o en regimen permanente en a c u f e r o s semi-confinados Mtodo de De Glee Mtodo de Hantush-Jacob Modificacin de Ernst al mtodo de Thiem F l u j o en regimen v a r i a b l e , en a c u i f e r o s semi-confinados Mtodo de Walton Mtodo I de Hantush Mtodo I1 de Hantush Mtodo 111 de Hantush Evaluacin F l u j o en regimen v a r i a b l e en a c u f e r o s l i b r e s con r e n d i m i e n t o r e t a r d a d o y en a c u f e r o s s e m i - l i b r e s Mtodo de Boulton F l u j o en regimen permanente en a c u f e r o s l i b r e s Mtodo de Thiem-Dupuit F l u j o de agua en regimen v a r i a b l e en a c u f e r o s l i b r e s METODOS PARA ANALIZAR LOS DATOS DE UN ENSAYO POR BOMBEO I 1 A c u f e r o s l i m i t a d o s p o r una o ms f r o n t e r a s Flujo en rgimen permanente en acuferos confinados o libres limitados por uno o ms limites de recarga rectos Mtodo de Dietz Flujo en rgimen variable en acuiferos confinados y libres limitados por una o ms fronteras rectas de recarga o por una o ms barreras Mtodo de Stallman Mtodo de la imagen de Hantush (para nica frontera de recarga) Acuiferos anistropos Flujo en rgimen variable en acuiferos anistropos confinados o libres Mtodo de Hantush Mtodo de Hantush-Thomas Flujo en rgimen variable en acuferos anistropos semi-confinados Mtodo de Hantush A c u f e r o s en forma de cua Flujo en regimen variable en acuferos confinados en los que el espesor varia exponencialmente en la direccin del flujo Mtodo de Hantush

45. I

3.23.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5

46 51 54 61 63

6467 69 72

3.33.3.1 3.3.2 3.3.3

7474 79 82 86 89

3.43.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5

9093

3.53.5.1

103103

3.63.6.1

105

3.7

1088 4 1091101110 113

4.14.1.1 4.1.1 4.1.2

I

113 118

4.1.2.1 4.1.2.2

123123 124 127 130 130 131 131

4.24.2.1 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.2 4.2.2.1 4.3.1 4.3.1.1

131 4.3

I

VI11

\

134134 134 136 136

4.44.4.1 4.4.1.1 4.4.2 4.4.2.1

137138 138 140 140 143 144

4.54.5.1 4.5.1.1 4.5.2 4.5.2.1 4.5.2.2 4.5.2.3

A c u f e r o s en p e n d i e n t e 'Flujo en regimen permanente en acuferos libres, en pendiente y de espesor constante Mtodo del punto de culmisacin Flujo en regimen variable en acuferos libres, en pendiente y de espesor constante Mtodo de Hantush A c u f e r o s bombeados con caudal de descarga v a r i a b l e I Bombeo escalonado Mtodo de Cooper-Jacob Caudal de descarga que decrece continuamente Mtodo de Aron-Scott Mtodo de Sternberg Mtodo de recuperacin de Sternberg Acuferos parcialmente perforados Flujo en rgimen permanente en acuferos confinados parcialmente perforados Mtodo I de Huisman para la correccin por penetracin parcial Mtodo I1 de Huisman para la correccin por penetracin parcial Mtodo de Jacob para la correccin por penetracin parcial. Flujo en rgimen permanente en acuferos semi-confinados parcialmente perforados Mtodos de correccin I y I1 de Huisman Flujo en rgimen permanente en acuferos libres parcialmente perforados Mtodo de correccin de Hantush Flujo en regimen variable en acuferos confinados parcialmente perforados Modificacin de Hantush al mtodo de Theis de correccin por perforacin parcial Modificacin de Hantush al mtodo de Jacob de correccin por perforacin parcial A c u f e r o s bombeados con un pozo de gran d i m e t r o Flujo de agua en regimen variable en un acufero confinado Mtodo de Papadopoulos-Cooper A c u f e r o s semi-confinados que constan de dos capas Flujo en rgimen permanente Mtodo de Huisman-Kemperman Mtodo de Bruggeman Otros mtodos Mtodos de aproximacin Flujo en rgimen permanente en acuferos confinados Mtodo de Logan Mtodo de Gosselin Flujo en rgimen permanente en acuferos libres Mtodo de Logan Flujo en r6gimen permanente en acuferos confinados parcialmente perforados Mtodo de Zangar Flujo en rgimen permanente en acuferos confinados Mtodo de Hurr Flujo en regimen variable en acuferos libres Mtodo de Hurr..

146147 147 149 150 153 153 153 153 154 154 156

4.64.6.1 4.6.1.1 4.6.1.2 4.6.1.3 4.6.2 4.6.2.1 4.6.3 4.6.3.1 4.6.4 4.6.4.1 4.'6.4.2

158 4.7158 158 161 162 167 170 171 171 172 174 174 174 4.7.1 4.7.1.1 4.8.1 4.8.1.1 4.8.1.2 4.8.1.3 4.9.1 4.9.1.1 4.9.1.2 4.9.2 4.9.2.1 4.9.3

161 4 . 8

171 4.9

174 4 . 9 . 3 . 1 175 4 . 9 . 4 175 .4.9.4.1 176 4 . 9 . 5 176 4 . 9 . 5 . 1

IX

/I

177177 177

4.104.10. I 4.10.1.1

Pozos surgentesFlujo en rgimen variable en acuiferos confinados Mtodo de Jacob-Lohman ,

182 5 182182 183 184 185

CORRECCIONES Y CONVERSIONES

5.15.1.1 5.1.2. 5.1.3 5.1.4

185 189

5.2

Correcciones debidas a i n f l u e n c i a s e x t e r n a s Variaciones unidireccionales Fluctuaciones rtmicas Fluctuaciones regulares no-rtmicas Fluctuaciones nicas . . Conversibn de unidades REFERENCIAS ANEJOS

197

I

X

L I S T A3

D E

T A B L A S

I.2. 3. 4.

Orden de magnitud de la conductividad hidrulica k para diferentes tipos de material Serie de intervalos de tiempo entre medidas del nivel de agua en el pozo de bombeo Serie de intervalos de tiempo entre medidas del nivel de agua en l o s piezmetros Descenso del nivel de agua en los piezmetros instalados entre 20 y 24 m por debajo de la superficie y despus de 830 min. de bombeo: ensayo por bombeo "Oude Korendijk" Resultados de aplicar el mtodo de Thiem, Procedimiento I, a l o s datos del ensayo por bombeo "Oude Korendijk" Datos del ensayo por bombeo "Oude Korendijk" Sintesis de l o s datos del perodo de recuperacin en H 30' por bombeo "Oude Korendijk" Descensos de la capa de agua para rgimen permanente, obtenidos por extrapolacin, en el ensayo por bombeo "Dalem", una vez corregidos Descenso del nivel fretico durante los 60 ltimos minutos de bombeo , Datos de los descensos de la capa de agua en el ensayo por bombeo "Dalem" Datos a sustituir en las Ecs.(29) y (30) Caracteristicas hidrulicas del acuifero estudiado en Dalem, calculadas de acuerdo con diferentes mtodos Resumen de l o s datos del piezmetro W 11/90; ensayo por bombeo "Vennebulten" Punto de ajuste y caracteristicas hidrulicas calculadas con el mtodo de Boulton. Ensayo por bombeo "Vennebulten" Repaso de los mtodos de anlisis presentados en el Capitulo 3 Valores de Cs correspondientes a l o s de d/r Coeficientes de conversinW

26 26 40

43 47 63 67

5.6. 7.

8.

73 75 85 89 92 102 106 175 178 187

9.

IO.11.

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Repaso de los mtodos de anlisis presentados en el Capitulo 4

XI

1

ALGUNOS SIMBOLOS FRECUENTEMENTE UTILIZADOS Y SUS UNI'DADES'

kk'

D D'kDSS S'C

conductividad conductividad espesor de la espesor de la limita con el

hidrulica de una hidrulica de una parte saturada de parte saturada de acufero

capa permeable capa semi-permeable una capa permeable una capa semi-permeable que

n

m/da 'mldia m'

m m2/da

transmisividad de un acufero coeficiente de almacenamiento rendimiento especfico rendimiento especfico de una capa semi-permeableD'/k'=

resistencia hidrulica de una capa semi-permeable

das m m

L

B1 /a

factor de filtracin de una capa permeable factor de drenaje de una acufero libre con rendimiento retardado indice de retraso de Boulton=

JkDc

JkDJols =

Bi

parmetro hidrulico que se define para cada mtodo en el que se usa gradiente hidrulico

'

En e s t e b o l e t i n se usa e l sistema de unidades normal en Holanda: l a longitud se e q r e s a en metros y e l tiempo en d a s . Las tablas dadas en e l Capitulo 5 f a c i l i t a n l a conversin, s i se desea, a o t r o t i p o de unidades

XI1

INTRODUCCION

..

En las ltimas dcadas se han hecho grandes progresos en el campo del anlisismatemtico y tcnicas de simulacin sobre problemas del fldjo de agua en el suelo. Como ejemplo se puede citar el desarrollo de los recursos del agua del suelo, rellenado artificial de cuencas hidrogeolgicas, flujo de agua hacia las partes ms bajas de un polder, escapes de agua en l o s canales de riego, transmisin de las mareas en l o s acuferos litorales, drenaje artificial de zonas recuperadas y muchos otros ms. Aplicando mtodos matemgticos y modelos apropiados, se pueden ahora resolver la mayora de estos problemas, ms o menos complicados, del flujo de agua. Sin embargo, el que l o s resultados obtenidos por estos mtodos Sean dignos de confianza depende, mayormente, de la exactitud de l o s valores numricos que al utilizar las frmulas se asignen a las caracteristicas hidrulicas de l o s acuferos y de los estratos poco permeables, as como de que las condiciones frontera Sean establecidas correctamente. Es obvio que el resultado de cualquier clculo sobre flujo de agua en el suelo ser errneo si estos valores y las condiciones de frontera se conocen insuficientemente.

El ensayo por bombeo es uno de l o s ms tiles medios para determinar las propiedades hidrulicas de acuferos y capas confinantes. Se pueden obtener resultados fidedignos que, en general, son representativos de una superficie mayor que l o sobtenidos por medio de observaciones puntuales.

En 1870 un cientfico alemn, ADOLPH THIEM, basndose en el trabajo de DARCY yDUPUIT, public la primera frmula que permite calclar las caracteristicas hidrulicas de un acufero si se bombea un pozo y se observa el efecto que este bombeo produce en otros pozos situados en las cercanas del primero. Como estos trabajos clsicos se publicaron hace un siglo, desde entonces se han hecho numerosas publicaciones sobre el flujo de agua hacia un pozo de bombeo. Actualmente existen otros muchos mtodos, ms modernos y perfeccionados para analizar l o s datos obtenidos en un ensayo por bombeo. Casi todas las frmulas utilizadas para el citado anlisis estn basadas en ciertos supuestos y generalizaciones. A veces l o s errores obtenidos al calcular las caracteristicas hidrulicas de un acufero, son atribuidas a incorrecciones de, la frmula empleada, mientras que la verdadera causa de estos errores es el hecho\

de que las condiciones de campo no satisfacen los supuestos sobre l o s que est basada la frmula. Por ello, en este libro se concede atencin especial a las condiciones y limitaciones que llevan consigo l o s diferentes mtodos de anlisis. Cada solucin es Gnicamente vlida cuando se dan unas determinadas circunstancias.1

Sin embargo, en la prctica pueden presentarse situaciones que se apartan bastante de las condiciones y supuestos tericos. Para cada cas0 se debe determinar cuidadosamente qu solucin terica satisface mejor a las condiciones particulares que se presentan en el campo. Tambin es necesario tener alguna idea de la magnitud de las desviaciones COI relacin a las condiciones tericas. Cualquier desviacin respecto a dichas condiciones llevarh consigo un error en l o s clculos.A veces es necesario corregir l o s datos obtenidos en el campo antes de sustituir-

l o s en la frmula que se va a utilizar.En la gua que este libro representa, s10 se estudian ensayos por bombeo en de-

psitos de tipo granular. No se incluyen los ensayos en rocas fracturadas o en reas klrsticas. Tampoco se describen otros mtodos diferentes para la determinacin de las caracteristicas hidrulicas de un acufero, como por ejemplo,mtodos de laboratorio, ni mtodos basados en el balance de agua o en el rgimen natural del flujo de agua en el suelo. Finalmente tambin hemos excludo aquellos mtodos que requieren el empleo de computadores. Se dedica un capitulo a anlisis de ensayos por bombeo en condiciones especiales,\

poco frecuentes. El hecho de que generalmente no vienen descritos en l o s manuales de geohidrologa, justifica una descripcin detallada de l o s mismos. Se ha ordenado el tema a tratar de la siguiente forma:

CaptuZo 1 : Definiciones de las diferentes condiciones en las que se encuentra el agua en el suelo en la naturaleza, y de las caractersticas hydrulicas que afectan a l flujo del agua en el suelo. CuptuZo 2: Organizacin'prctica y procedimientos tcnicos del ensayo porbombeo.

Capitulo 3: Frmulas y mtodos disponibles para la evaluacin de los datos obtenidos en ensayos por bombeo en acuferos simples, horizontales y extensos;la utilizacin de los mismos se ilustra con algunos ejemplos. Capitulo 4 : Frmulas y mtodos disponibles para la evaluacin de los datos obtenidos en ensayos por bombeo bajo condiciones especiales. CapituZo 5: Correciones a hacer en los datos de campo debidas a influencias externas; tablas de conversin de unidades.Anejos: Tablas de valores numricos de algunas funciones.Para determinar rhpidamente las condiciones en las que es vlido un mtodo concreto, en las tablas 15 y 17 se hace un repaso a todos l o s mtodos descritos. Se recomienda leer en primer lugar l o s captulos 1 y 2 para conocer la nomenclatura empleada por los Lutores. Esto tambin aclarar cmo l o s autores creen que debe utilizarse un ensayo por bombeo. Para evaluar un ensayo primeramente deben determinarse las condiciones bajo las cuales el flujo de agua ocurre. El siguiente paso es la seleccin del mtodo(s) apropiado de anlisis, bien por medio de l o expuesto en los captulos 3 y 4 o utilizando la Tabla 15 o la 17.2

\

1.

DEFINICIONES

1.1 L E Y

DE

DARCY

-

Segn la ley de Darcy el caudal del flujo de un fludo a travs de un medio poroso, es directamente proporcional a la cada de potencial, inversamente proporcional a la longitud de la trayectoria recorrida por el flujo y directamente proporcional al coeficiente k. Por tanto se puede expresar la ley de Darcy de la siguiente forma:Q=

kiA

Q/A

=

v

=

ki

Donde Q es el caudal (m3/da), k es una constante (m/da), i es el gradiente hidrulico, es decir, la cada de potencial h en la distancia 1, A es la seccin transversal total perpendicular a la direccin del flujo (m2) y v es la velocidad del flujo (m/da). El coeficiente k en la ecuacin de Darcy es una constante que depende de las propiedades del medio poroso y del fludo. Ya que nosotros tratamos generalmente con agua, generalmente se le llama conductividad hidrulica o pemeabilidad. Como k es la cantidad de flujo a travs de una seccin unidad y con una cada de potencia1 unitaria, tiene dimensiones de Longitud3/Longitud2 x Tiempo, o lo que es l o mismo, Longitud/Tiempo; sin embargo no debe confundirse con una velocidad. En la Tabla 1 se dan algunos valores de la conductividad hidrulica para varios tipos de material. En este libro el gradiente hidrhulico es un factor adimensional. Se debe tener en cuenta este hecho al utilizar las tablas de conversin (Tabla 18). La altura piezomtrica significa nivel del agua en un piezmetro con relacin a un nivel de referencia, generalmente el nivel del mar. Tiene dimensin de

Longitud y se expresa, por ejemplo, en metros. La superficie imaginaria determinada con todos l o s puntos hasta l o s que el agua sube en l o s piezmetros que penetran en el acufero, se llama superficie piezome'trica. E l nivel freltico o superficie libre del agua en el suelo viene definido como la altura a la que la presin del agua en el suelo es igual a la atmosfrica..

TABLA 1. - ORDEN DE MAGNITUD DE L A CONDUCTIVIDAO HIDRAULICA k PARA DIFERENTES T I P O S OE MATERIAL (SEGUN SCHOELLER, 1962) MaterialArcilla Limo Arena fina Arena gruesa Grava

k en m l d i aa IO-'

IO-]IO-] a I O

O 2 IO a 2 x IO o 3 IO a IO o ms

3

En,general, se puede decir que es el nivel en el que el agua se estaciona en los agujeros superficiales y en los pozos..

En las pginas siguientes se describen otras caracteristicas hidrulicas de los sedimentos, que se utilizarn a l o largo de todo este libro. Adems, se definen diferentes tipos de acuferos que generalmente se distinguen al describir el flujo del agua en el suelo.

'

1.21.2.1

TIPOS DE

ACUIFEROSI

A c u f e r o s libres

Un acuifero libre (Fig.1) es una capa permeable, saturada de agua s10 parcialmente y situada sobre una capa relativamente impermeable. SU lmite superior est formado por una superficie libre de agua o nivel fretico, a una presin igual a la atmosfrica. El nivel del agua en un pozo que se haga penetrando enun acufero libre no est, en-general, por encima del. nivel fretico,exceptuando

el cas0 en el que hay flujo vertical. Al agua en un acufero libre se le llama libre o fretica.

confinado

semi-confinado

semi-libre

libre

impermeable semipermeable

de grano fino

a-

_____

superficie piezombtrica superficie fredtica

acufero

-

Fig.1.

Relacin entre k y k ' en d i f e r e n t e s t i p o s de acuferos.

A menudo, el drenaje por gravedad de los poros, en acuferos de material granular fino, no es instantneo; en consecuencia el agua queda libre cuando pasa un cierto tiempo despus del descenso del nivel piezomtrico. Los acuiferos libres que presentan este fenmeno reciben el nombre de acuferos libres con rendimiento retardado.

4

1.2.2

Acuferos confinados

Se llama acufero confinado (Fig.1) al que est totalmente saturado de agua y cuyos lmites, superior e inferior, son capas impermeables. Capas totalmente impermeables raramente se dan en la naturaleza; por ello, este tipo de acuferos

son menos comunes de l o que a menudo se Cree. En estos acuferos la presin delagua suele ser mayor que la atmosfrica y el nivel del agua en los pozos de observacin ms alto que el nivel del limite superior del acufero.Al agua existente en estos acuferos se le llama confinada o artesiana.

1.2.3

A c u f e r o s semi-confinados

Se llama acufel;o semi-confinado (Fig.1) al que est totalmente saturado de agua siendoSU

lmite superior una capa semi-permeable y el inferior o bien una capao

impermeable

una semi-permeable. Se define capa semi-permeable como aquella que

tiene una baja, per0 medible, permeabilidad. Un descenso del nivel piezomtrico, por ejemplo por bombeo, en este tipo de acuferos generar un flujo vertical de agua desde la capa semi-permeable hacia el acufero bombeado. Como la permeabilidad de la capa superior es generalmente muy pequea, se puede despreciar en ella la componente horizontal del flujo. Para detectar el movimiento del agua en este tipo de acuferos, es necesario instalar piezmetros no s10 en el acufero sino tambin en la capa semi-permeable superior; tambin se deber instalar en la capa semi-permeable inferior en el cas0 en que se presente.En general, el descenso del nivel freiico en la capa semi-permeable es muy pequea en comparacin con

el descenso del nivel piezmetrico del acufero.

1.2.4

A c u f e r o s semi-1 ib r e s

Si la conductividad hidrulica de la capa de material granular fino en un acufero semi-confinado es tan grande que la componente horizontal del flujo no puede'

ser ignorada,entonces el acufero es un intermedio entre el tpico semi-confinado y el libre; por ello, se le puede llamar acufero semi-libre.

1.2.5

Resumen

Con lo anteriormente dicho queda claro que cuando la base del acufero es unacapa impermeable, el tipo de,acufero viene definido por las caractersticas de la capa situada sobre l.,Por ello, se puede dar el siguiente esquema para la caracterizacin del tipo de acufero (ver tambin Fig.1).5

CAPA SOBRE EL ACUIFERO~~

TIPO

DE ACUIFERO

impermeable semi-permeable, p o r l o que se puede despreciar e l f l u j o horizontal menos permeable que l a mayor p a r t e d e l a c u f e r o , per0 no se puede despreciar e l f l u j o horizontal i g u a l que l a mayor p a r t e d e l a c u i f e r o

c o n f i nado semi - c o n f i nado

semi -1 i b r e l i b r e (con 'rendimiento retardado

La Figura 2 da las grficas tpicas, al representar las funciones del descenso con relacin al tiempo en papel doble logartmico, para un pozd en los diferentes tipos de acufero arriba mencionados.

1

acuifero libre con-I

+t

Fig.2. - Curvas t i p i c a s de descenso -tienpo para d i f e r e n t e s t i p o s de a c u f e r o s .

1.3

PROPIEDADES H I D R A U L I C A S

Al describir las propiedades hidrulicas ms importantes de los acuferos se utilizan los siguientes factores de formacin.

1.3.1

Transmisividad

Transmisividad o transmisibilidad es el product0 de la conductividad hidrulica media(o

permeabilidad) por el espesor del acufero; Por tanto, la transmisividad

es el caudal del flujo de agua bajo un gradiente hidrulico igual a la unidad a trav6s de una seccin transversal de anchura unidad y altura todo el espesor del acufero. Se designa por el smbolo kD sado, por ejemplo, en m2/da.o

bien por T. Tiene dimensiones de Longi-

tud3/Tienpo x Longitud, o lo que es lo mismo, de Longitud2/Tiempo; viene expre-

6

1.3.2

Coeficiente de almacenamiento y rendimiento especfico

EZ c o e f i c i e n t e de almacenamiento y e l rendimiento e s p e c i f i c o vienen definidos

ambos como el volumen del agua liberada o almacenada por unidad de superficie de acufero, para un cambio de una unidad en la carga hidrulica perpendicular a la superficie. Ambos vienen definidos por el smbolo S y son adimensionales.

El coeficiente de almacenamiento est referido nicamente a las partes confinadas de un acufero y depende de la elasticidad del material del acufero y del fluido. -6 SU orden de magnitud es de a 10 ., El rendimiento especfico est relacionado con las zonas libres de un acufero. o al espacio poroso drenable ya que en acuferos libres, los efectos de la elasticidad del material del acufero y del fludo son generalmente despreciables. Hay que tener en cuenta que l o s poros pequeos, no contribuyen al espacio poroso efectivo, ya que en ellos las fuerzas de retencin son mayores que el peso del agua. Para arena el rendimiento especfico es del orden de 0.1 a 0.2. En la literatura americana se usa a menudo l o s trminos c o e f i c i e n t e de almacena-

En la prctica, se puede considerar igual a la porosidad efectiva

miento y rendimiento e s p e c f i c o como sinnimos.

1.3.3

Resis tencia hidrul i c a

La resistencia hidrulica, llamada tambin c o e f i c i e n t e reefproco de f i l t r a e i d no r e s i s t e n c i a a l f l u j o v e r t i c a l , es una propiedad de los acuferos semi-confinados.

Es la relacin entre' el espesbr saturado D' de la capa semi-permeable y la conductividad hidrulica k' de dicha capa para el flujo vertical; por tanto es D'/k'.I

Caracteriza la resistencia de la capa semi-permeable a filtraciones en sentido ascendente o descendente. Se designa con el smbolo c y tiene dimensiones reducidas de Tiempo (por ej. das). Se observar que si c=m

el acufero es confinado.

1.3.4

Factor de filtra,cin

El factor de filtracin'L =

JkDc determina

la distribucin de la filtracin en un

acufero semi-confinado. En otras palabras, determina el origen del agua que se extrae de un pozo hecho en el acufero para este fin. Valores altos de L indican una gran resistencia de la capa semi-permeable al flujo comparada con la'del acufero. En este caso. la'influencia de la filtracin ser pequea. El factor L tiene dimensiones de Longitud y se expresa, por ejemplo, en metros. I7

1.3.5

F a c t o r de d r e n a j e

El factor de drenaje B * , para acuferos libres con rendimiento retardado, puede compararse con el factor de filtracin en acuferos semi-confinados, aunque se define de otra forma. Grandes valores de B indican un drenaje rlpido. El factor de drenaje tiene dimensiSn de Longitud y s e expresa, por ejemplo, enmetros. Si B =a,

J(kDlclsy

la respuesta es instantnea al descender el nivel del agua y por ello

el acufero es libre sin rendimiento retardado.

El coeficiente I f a se llama indice de rstraso de Boulton y es una constante empirica, mientras que Sy, es el rendimiento especfico despus de un largo perodo de bombeo (ver cap. 3.5).

1.4

T I P O S DE ECUACIONES DEL FLUJO

\

.

Hay dos tipos de ecuaciones: las que describen el flujo de agua en rgimen per-

manente y las que lo hacen para rgimen variable.

i

1.4.1

F l u j o en rgimen permanente

Cuando existe un equilibrio entre la descarga del pozo bombeado y la recarga del acufero por una fuente externa, se dice que el flujo est en equilibrio. Una fuente externa es, por poner un caso, el conocido ejemplo de l o s libros de texto, de un canal circular con nivel del agua constante y rodeando a una isla con un pozo de descarga en el centro.0tra fuente exterior es un acufero fretico con nivel de agua constante situado sobre una capa semi-permeable, que aSU

vez

tiene debajo un acufero semi-confinado del que se est extrayendo el agua. Ya que un canal circular se da en la prctica pocas veces y que un nivel fretico es raramente constante,podra parecer que las frmulas para rgimen permanente tienen poca utilidad.Sin embargo, en la prlctica, se dice que se llega a un rgimen permanente si,los cambios en los descensos del nivel de agua en los pizometros se hacen con el tiempo despreciableso,

l o que es l o mismo,

si el gra-

diente hidrulico llega a ser constante. A l hablar de estas condiciones se est suponiendo que se han hecho anteriormente las correcciones para otros factores que influyen en el nivel del agua, por ejemplo, variaciones en el nivel de agua en roso

cambios en la presin baromtrica.

a

1.4.2

F l u j o en regimen variable

Desde el momento en que se comienza el bombeo hasta que se alcanza el regimen permanente, se produce f l u j o en condiciones de rgimen variable o no-equilibrio. En consecuencia, un acufero infinito, horizontal, completamente confinado y de espesor constante que se bombee a un caudal constante, siempre estar en condiciones de regimen variable. En la prlctica, se considera que el f l u j o de agua hacia un pozo se produce en rgimen variable mientias se puedan medir las variaciones del nivel del agua con el tiempo nicamente debidas al bombeo, el gradiente hidrulico cambie de forma medible.o

mientras

/

9

2.2.1

ENSAYOS POR BOMBE0 E X P O S I C I O N GENERAL

2.1.1

O b j e t i v o de los ensayos

Un ensayo por bombeo puede servir para dos objetivos principales. En primer lugar, se pueden hacer para determinar las caracteristicas hidrulicas de acuiferos o de capas que transportan agua. A tal tipo de ensayo se le suele llamar un test de

a c u i f e r o ya que l o estudiado, ms que bomba

I

o

el pozo, es el acufero en s mismo.

Cuando se planifica correctamente y se lleva a cab0 cuidadosamente un ensayo de este estilo puede proporcionar informacin bsica para la solucin de muchos problemas regionales, as como locales, sobre el flujo del agua en el suelo. Es este objetivo el que nos interesa principalmente en este libro. En segundo lugar un ensayo por bombeo puede proporcionar informacin sobre el rendimiento y el descenso del nivel de agua en el pozo. Estos datos pueden ser utilizados para determinar la capacidad especifica o la relacin descarga-descenso del pozo, para seleccionar el tipo de bomba y para estudiar el coste del bombeo. La capacidad especifica da una medida de la efectividad o capacidad productiva del pozo. A este tipo de ensayo por bombeo a veces se le llama t e s t d e ~ ~ p o z o que ya se estudia, ms que el acufero, el pozo.\

El principio de un test de'acufero es bastante simple. De un pozo que tiene unazona perforada en el acufero a estudiar, se bombea agua durante un cierto tiempo y'un cierto caudal. En el pozo bombeado y en algunos piezmetros situados en las cercanias, se mide el efecto que el bombeo produce sobre el nivel de agua. Sustituyendo en una apropiada frmula l o s valores de l o s descensos del nivel del agua en l o s piezmetros, las distancias de stos al pozo y la descarga del bombeo, se obtienen las caracteristicas hidrulicas del acuifero.

El procedimiento de un test de pozo, con fines a determinar la capacidad del pozo,es algo menos complicado que en el cas0 anterior ya que no se necesitan piezmetros. Unicamente se miden la descarga y el descenso del nivel del agua en 61. Debido a l o s altos costes,de l o s tests de acuiferos y a que generalmente l o s fondos disponibles son limitadqs, en muchos estudios regionales sobre el agua en el suelo, debe restringirse el nmero de estos ensayos. Cuando, sin embargo se necesita conocer la distribucin superficial de las caracteristicas del acufero, se pueden utilizar l o s datos de test de pozo para obtener una aproximacin de las mismas siempre que se acepte un cierto, a veces apreciable, error. Los mtodos analticos descritos en el'prximo captulo se aplican principalmente a l o s datos obtenidos en l o s tests de acufero,aunque tambin se tratar algo del anlisis de

IO

los datos-obtenidos en un test de pozo, como base.para determinar las caractersticas hidrulicas de acuferos; sin embargo, estos ltimos datos se usan normalmente para' comprobar la capacidad productiva de un pozo.

2.1.2

Estudios preliminares

Hay numerosos ejemplos de problemas de flujo de agua en el suelo, cuya solucin requiere conocer correctamente las caracteristicas hidrulicas de los acuiferos. El nmero de ensayos por bombeo a ejecutar, la situacin y la organizacin general de los mismos depende del tipo de problema a resolver, de la cantidad de informacin que se desea y, por supuesto, de los fondos disponibles para el proRrama de ensayos. El problema en cuestin puede ser local y para predecir el descenso de la capa de agua que se producir si en un futuro se abren nuevos pozos para usos domsticos. Tambin puede ser un problema ms regional y relacionado con la cantidad de agua que se puede extraer de una cuenca hidrogeolgica o para conocer la intensidad del flujo de agua que se fuga de una zona pantanosa. Antes de ejecutar un test de acufero hay que reunir la informacin necesaria sobre las condiciones geolgicas e hidrolgicas subsuperficiales. Con ello nos estamos refiriendo a las principales propiedades del acufero, como por ejemplo el carcter litolgico, el espesor y los limites del mismo. Con relacin a estos limites es importante conocer el carcter y el espesor de las capas que estn por encima y por debajo de L l . Muchas de las frmulas utilizadas para el anlisis de los datos obtenidos en los ensayos por bombeo estn basadas en el supuesto de que el acufero tiene una extensin lateral infinita. Aunque estos acuferos no existen, muchos tienen tal extensin lateral que para fines prcticos se puede considerar como infinita.Sin embargo,otros tienen una extensin limitada ya que terminan e un material imper; meable. Tales limites de barrera son, por ejemplo, los lados impermeables rocosos de un valle enterrado, una falla o , simplemente, cambiqs lateFales en la litologia del material del acufero. Son de igual importancia los,lmites de recarga a l o largo de los cuales no se produce al bombear ningn descenso del nivel del agua. Estos limites se producen cuando un acufero est libremente conectado conun rio de curso permanente, un canal, un lago o un ocano.

Si se est estudiando un acufero cerca de un lmite o una barrera de recarga, es necesario tenerlo en cuenta al analizar los datos.AdemCs de la posicin y la naturaleza de los limites hidrolgicos, es tambin necesario conocer la direccin del flujo del agua en el suelo, los gradientes de la capa de agua y la tendencia general del nivel del agua en la regin.11

En muchos estudios sobre el agua del suelo se dispone de mucha informacin antes de que se ejecute el ensayo por bombeo.por otra parte,hay que hacer notar que se han hecho con xito muchos test de acufero en sitios donde se saba poco sobre rada) y la geologa del lugar. A veces, lmites impemeables estn ocultos (falla enterSU existencia s10 se descubre despus de un cuidado anlisis del mapa

de descensos producidos por el bombeo en el nivel de agua. Es obvio que el conocimiento de la hidrologa y geologa de la zona de estudio ayudar a decidir el tipo de perforacin a hacer, el equipo requerido as como el nmero y la locali'

zacin de los ensayos. Tambin es de gran importancia dicho conocimiento al analizar l o s datos obtenidos en los ensayos donde hay que considerar las condiciones de frontera. A1,estudiar los datos geolgicos e hidrolgicos disponibles y antes de poder hacer.un tanteo en la evaluacin de las condiciones hidrolgicas de la zona,a veces se pone en manifiesto que se necesita un conocimiento adicional, especialmente en lo que concierne a las capas mHs profundas. cin adicionales. En ciertas reas existen ya pozos que pueden ser utilizados para llevar a cab0 test de acufero reduciendo as grandemente el costo;a veces, sin embargo, dichos tests proporcionan datos de poca confianza ya que no se dispone de los detalles constructivos y de la condicin de los mismos. A menudo se puede obtener esta informacin que se necesita abriendo algunos pozos de observa-

2.1.3

E s t i m a c i n de l a t r a n s m i s i v i d a d a p a r t i r de l a f i c h a del pozoI

Antes de describir el procedimiento para efectuar un test de acufero, debe ponerse de relieve la importancia de preparar una esmerada ficha, describiendo los materiales encontrados al perforar el pozo. Las muestras pertenecientes a las diferentes formaciones geolgicas atravesadas al abrir el pozo de bombeo cin especial al tipo de grano de l o s diferentes materiales.Io

de ob-

servacin, deben ser recogidas y litolgicamente descritas.Se debe conceder aten-

En base a ello sea la

puede decidir la longitud del filtro del tubo de bombeo y la profundidad hayan encontrado los materiales ms gruesos.

que dicha parte deb? ser instalada. En general ser a la profundidad donde se Por varias razones se recomienda mandar las muestras al laboratorio para un anlisis ms amplio. En primer lugar, los anlisis geolgicos pueden proporcionar informacin sobre la posicin estratigrfica de las diferentes capas encontradas al hacer el agujero. En segundo lugar, e igualmente importante, se puede hacer una descripcin litolgica de las muestras ms detallada,utilizando unas lentes binoculares, aumento de 20, c o n escala ajustada. As se puede estimar ms precisamente que en el campo, el tamao medio de los granos, la ordenacin por tamasos y el12

contenido en arcilla de las muestras arenosas que son todos los parmetros que de forma diferente influyen en la conductividad hidrulica. Por supuesto, si hubiera fondos disponibles se podra hacer anlisis del tamao de los granos para todas las muestras, obteniendo as el valor de estos parmetros ms exactamente. Se pueden usar estos datos para obtener una impresin inicial de la conductividad hidrulica del material del acuifero y, por tanto, de la transmisividad del mismo Se puede establecer una relacin entre la conductividad hidrulica y el tamao delos granos. En esta relaci6n deben tenerse en cuenta tambin los efectos de la

ordenacin por tamaos y del contenido en arcilla y grava (ver DE RIDDER y WIT,1965).

Si no se tiene a mano fcilmente tablas o gTficos de esta relacin, se pueden dividir los materiales del acufero descritos en las fichas en un cierto nmero de grupos principales, o,rdenando desde arena muy fina hasta grava, y asignando por estimacin una cierta conductividad hidrulica a cada grupo. Multiplicand0 este valor, para cada capa descrita en la ficha, por el espesor de la misma se obtiene la transmisividad de cada capa. Sumando estos productos se obtiene la transmisividad del acufero en el lugar donde est situado el pozo. Esta aproximacin geolgica se repite para determinar la transmisividad en cada pozo utilizado para hacer el test del acuifero en cuestin y con los resultados se obtieneun valor medio. Esta transmisividad estimada puede ser comparada con la obtenida

por medio del test. Si ambos valores no estn de acuerdo, se debe determinar el tanto por ciento de error existente. Una vez conocido este porcentaje para cada punto donde se ejecuta el test, se puede corregir la transmisividad estimada a partir de las fichas de los pozos situados entre los anteriores. La experiencia muestra que si se dispone de descripciones exactas de los pozos, se puede estimar con razonable precisin la transmisividad del acufero bajo estudio. Sin embargo, se pueden cometer apreciables errores cuando mezclados con la arena se encuentran materiales muy finos, limo y arcilla, o muy gruesos, grava (ERNST, DE RIDDER y DE VRIES, 1970). No obstante, se ha demostrado la gran utilidad de esta aproximacin al estudiar grandes cuencas hidrogeolgicas, ya que generalmente el dinero disponible no permite la ejecucin.de un gran nmero de ensayos. Para la solucin de problemas locales de agua en el suelo relacionados con la relacin de trabajos de ingenieria a gran escala, es obvio que no se puede recomendar este mtodo. El costo de un ensayo por bombeo es normalmente pequeo en comparacin con el coste de construccin de, por ejemplo, una estacin de bombeo de gran capacidad,13

2.1.4

Eleccin del lugar del ensayo

Al entrar en mayor detalle sobre la organizacin general de un test de acuifero, el primer punto a discutir es el lugar donde se har el citado ensayo. En ciertos casos, dicho lugar est predeterminado y no hay posibilidad de cambiar a otro (ms apropiado). Esto sucede cuando, por ejemplo, se deben utilizar pozos ya existentes o cuando se piden los factores de formacin de un lugar en concreto. En el cas0 de estudios regionales uno debe de ser ms o menos libre para elegir el lugar ms apropiado. Para seleccionar dicho lugar para el test de acuifero,se deben de tener en cuenta los siguientes puntos:

-

Las condiciones hidrogeolgicas del lugar no deben cambiar en distancias

cortas y deben de ser representativas del rea bajo estudio o de una gran parte de ella,

-

es preferible no elegis este lugar cerca de vias frreas

o

de autopistas

ya que al circular trenes y trfico pesado se pueden producir fluctuaciones medibles ael nivel piezomtrico de acuiferos confinados,I

-

el agua extraida en el bombeo se debe descargar de forma que no vuelva

al acufero,

- el gradiente de la capa de agua o del nivel piezomtrico debe de ser bajo,

-

que l o s hombres y el equipo puedan llegar al lugar fcilmente.

Obviamente, una eleccin cuidadosa del lugar del ensayo evitar muchas dificultades durante la evaluacin de los datos obtenidos.

2.1.5

Pozo de descarga

Despus de haber elegido el lugar, se pueden empezar las operaciones de perforacin del pozo de descarga. En dicho pozo se coloca un tubo que tiene una parte perforada en el acuifero. Este pozo est equipado con una bomba para elevar el de bombeo se usan con el mismo significado.

,

agua,hasta la zona donde se la descarga. Los trminos de pozo de descarga y pozo

2.1.5.1

Diseo y'construccin

En relacin con el diseo y la construccin del pozo, se puede remitir al lector al lib,ro de JOHNSON (1966) donde se dan todo tipo de detalles. Aqui se recuerdan algunos puntos principales.14

I

DiLimetro d e l pozoSe debe elegir dicho dimetro de tal forma que satisfaga dos requisitos:I . alojar a la bomba con espacio libre apropiado paraSU

instalacin y

SU

eficiente funcionamiento2 . asegurar la eficiencia hidrulica del pozo.

Debe hacerse notar que el dimetro de la seccin 'de aspiracin, o filtro, puede variar sin afeotar grandemente el rendimiento del pozo. Si se dobla el dimetro de dicha seccin manteniendo el resto igual, s 1 0 se incrementara el rendimiento en, aproximadamente, un diez por ciento.I

III

Profundidad d e l pozo

. .

La profundidad esperada del pozo, generalmente viene determinada a partir de la ficha elaborada al hacer el agujero para el ensayo,de las fichas de otros pozos cercanos o bien se determina durante la perforacin. Es deseable que se llegue

\

hasta el fondo del acufero ya que as s e podr utilizar un mayor espesor como porcin de aspiracin del pozo,consiguiendo un rendimiento ms alto. Se obtiene as un mayor descenso en la capa de agua que tambin permite un mayor rendimiento.

Longitud d e l f i l t r o d e l tubo d e l pozoYa se ha mencionado que aumentando el dimetro de esta parte',se obtienen nicamente ligeros incrementos en el rendimiento del pozo. Sin embargo, la longi'tud de la misma e s ms significativa. La regla general es que debe de ser tan larga como el 70-80% del espesor del acufero ya que, st0 hace posible obtener un 90%o

ms del mximo rendimiento que s e obtendra si se colocara tubo perforado a l o

largo de todo el acufero. Otra gran ventaja de la 'longitud citada es que se puede suponer que el flujo de agua en el suelo hacia el pozo de.descarga es horizontal, que es un supuesto sobre el que se basan casi todas las frmulas de los ensayos por bombeo. Las componentes verticales del flujo de agua en las cercanas del pozo, produciendo un descenso extra, pueden ser as evitadas y entonces no se necesita hacer ninguna correccin debida a penetracin parcial (Fig.3). Por supuesto que hay algunas excepciones de esta regla. En acuferos libres, puede bastar con poner tub0 perforado nicamente en la mitad o tercio inferior ya que si se produce un apreciable descenso de la capa de agua, se puede quedar seca la porcin superior de esta zona perforada.Es claro que se reducir esta parte, simplemente por razones econmicas, cuando

se hagan tests de acuferos de gran espesor. Si el filtro cubre menos que,digamos15

70% del espesor del acufero, se dice que es un pozo penetrando parcialmente. En tal tipo de pozo se inducen componentes verticales del flujo en el acufero en un rea con centro en el pozo y de radio aproximadamente igual al espesor del acufero. Los descensos,de la capa de agua medidos en esta rea deben de ser corregidos antes de utilizarlos para calcular las caractersticas del acufero.

En acuferos no homogneos, teniendo capas de arcilla intercaladas, parece tilhacer tests por separado en las diferentes partes del acufero.Esto puede dar una doble comprobacin sobre la pregunta de si dichas capas son impermeables o no. Finalmente, hay que sealar que se debe utilizar un filtro apropiado, que tenga suficiente rea abierta para que la velocidad de entrada del agua sea baja, digamos menor que 3 cm/seg. A esta velocidad las prdidas por rozamiento al pasar por los agujeros es despreciable. El tamao de los agujeros (tamao de la abertura) es tambin de gran importancia. Se debe seleccionar de acuerdo con el tamao delos granos del material del acufero (para ms detalles, ver JOHNSON,' 1966).

F i Z t r o de gram Se facilita la entrada del agua en el filtro del tubo, si se quita el material original de las cercanas ms prximas a ella y se sustituye por una capa de material grueso artificialmente clasificado, por ello llamada filtro de grava. A l bombear agua del pozo, esta capa artificial debe retener.todo el material que de otra forma entraria en el pozo. El material de este filtro debe estar limpio, formado de elementos redondeados, lisos y uniformes. Para asegurar que la envoltura rodear a toda la parte perforada del tubo, SU espesor debe ser de al menos7 u 8 cm. Dicho espesor no debe ser mayor de 20 cm. Detalles sobre el tamao de

la grava a usar en e,ste filtro vienen dados en JOHNSON (1966).

pozo que penetra totalmente

pozo que penetra parcialmente

?\

zona bajo la influencia de la penetrati6n parcial

Fig. 3.-Seccibn esquemtica de pozos penetrando total y parcialmente.16

2.1.5.2

E l e c c i n de l a bomba

Una vez que el pozo de descarga est preparado completamente hay que instalar una bomba para extraer el agua. Se escapa del alcance de este boletn el discutir con detalle las diferentes clases de bombas que se utilizan para llevar a cab0 un test de acufero. La bomba y la unidad motriz empleadas en el ensayo, deben de ser capaces de trabajar continuamente a caudal constante un perodo de al menos 2 das. Si se estudian acuferos libres y semi-libres este perodo puede ser incluso demasiado corto; la misma consideracin se puede hacer cuando para la toma de datos sobre descensos de la capa de agua se utilizan pozos de observacin situados a gran distancia del pozo de bombeo. Para obtener descensos de la capa de agua medibles en tales pozos distantes, es necesario bombear continuamente durante varios das. La capacidad de la bomba y el caudal de descarga deben ser lo suficientemente altas como para producir descensos de la capa de agua medibles fcilmente a una distancia de 100 a 200 metros, dependiendo de las condiciones del acufero. Una vez instalada la bomba, se debe empezar a bombear a bajo caudal. Cuando el agua bombeada es clara se aumenta el caudal y se espera hasta que de nuevo el agua sea clara. Este procedimiento se repite hasta que se alcance o exceda el caudal deseado para el ensayo en cuestin. Cuando se han hecho todos los pozos de observacin, la evolucin del pozo de descarga proporciona una buena oportunidad para comprobar si todos l o s pozos de observacin estn reaccionando satisfactoriamente.

,

2.1.5.3

Descarga d e l agua bombeada

Un punto que hay que tener en cuenta debidamente es la descarga del agua bombeada.

Hay que evitar que el gua extrada del pozo vuelva a entrar en el acufero en estudio. Est0 se puede hacer llevando el agua por medio de un tubo de gran dimetro hasta una distancia de, digamos 100 a 200 m, y descargndola a un canal o a un cauce natural que no est hidrulicamente conectado con el acufero que se est estudiando.Tambi8n se puede alejar esta agua bombeada por medio de una zanja superficial siempre que se tomen medidas de precaucin para hacerla estanca, con arcillao

lminas de plstico impidiendo as escapes.o

Es preferible descargar el agua ms a116 de la linea de piezmetros. Si se usa una zanjaun cauce abierto para descargarla, se deben hacer medidas del flujo

en estos canales.

Se pueden utilizar piezmetros para comprobar si durante el

ensayo existen prdidas de agua a travs del fondo de dichos cauces.17

2.1.6

Piezbmetros

El principio de un test de acufero, es que se bom&ea un pozo y se mide el efecto que este bombeo tiene en la capa de agua. Con esta finalidad se debe disponer de un cierto nmero de piezmetros en las cercanas del pozo de descarga. Por tanto,una vez que se ha terminado el citado pozo es necesario decidir el nmero y la profundidad de estos piezmetros as como la distancia desde el pozo a la que hay que colocarlos.

2.1.6.1

Nmero de piezmetros

El problema de cuntos piezmetros se deben emplear depende, no solamente de la informacin deseada y del grado de precisin requerida, sino tambin de l o s fondos disponibles. En el captulo siguiente se mostrar que l o s datos obtenidos midiendo el descenso de la capa de agua en un nico piezmetro permite, a menudo, calcular l o s valores medios de la conductividad hidrulica, de la transmisividad y del coeficiente de almacenamiento del acufero. La ventaja de colocar dos o ms piezmetros a diferentei distancias del pozo de descarga es que el descenso de la capa de agua se puede analizar de dos fohnas: estudiando las relaciones tiempo-descenso y distancia-descenso. Es obvio que los resultados de l o s clculos hechos de esta forma son ms precisos y adems son representativos de una superficie mayor. Siempre l o mejor es tener tantos piezmetros como l o permitan las condiciones; por otra parte se recomienda utilizar un minimo de tres.

,

2.1.6.2I

Distancia de l o s piezmetros.

Se deben colocar, en general, ni demasiado cerca ni demasiado lejos del pozo de bombeo. Esta idea es bastante vaga y necesita una discusin adicional. A s , al situar los piezmetros hay que considerar 1 9 s siguientes puntos:E l t i p o de acufero

En l o s acuferos confinados, como la salida del agua es totalmente debida a la compresibilidad del material del acufero y del agua, la prdida de agua causada por el bombeo se propaga rpidamente. Por tanto, dicha prdida de carga puede ser medida a grandes distancias, por ejemplo, a una distancia del pozo de bombeo deunos cientos de metros.

En acuiferos libres o freticos, la propagacin de las prdidas de carga hidrulica es bastante lenta ya que el agua sale del almacenamiento mayormente por el drenaje de la zona a travs de la que el agua se mueve y, s10 parcialmente, por18

la compresibilidad del agua y del material del acufero en la zona saturada. A no ser que el perodo de bombeo se prolongue durante varios das, dicha prdida de carga hidrulica es solamente medibl a'distancias bastante cortas del pozo, por ejemplo no mayores de 100 m.I

Los acuferos semi-confinados estn en una posicin intermedia. El que se asemejems a un acufero confinado o a un libre, depende de la resistencia hidrulica

de la capa semi-permeable.

La conductividad hidrulicaSi la conductividad hidrulica del material del acufero es alta, el con0 de depresin producido ser muy abierto y plano; por el contrario, si la conductividad hidrulica es baja, dicho con0 ser muy empinado y estrecho. Por tanto, en el primer cas0 l o s piezmetros pueden ser colocados ms lejos del pozo de bombeo que en el segundo.E l caudal de descarga

Si el caudal de descarga del pozo es alto, el con0 de depresin que se produce al bombear ser mayor que si el caudal es bajo. Por tanto, en la primera situacin se podrn colocar ,los piezmetros a ms distancia del pozo que en la segunda.

La longitud del filtroLa eleccin de las distancias a las que se deben instalar los piezmetros puede estar muy influenciada por la longitud de dicha parte perforada. Si es un pozo de descarga penetrando totalmente, es decir, un pozo en el que la parte perforada ocupa todo el espeior del acuferoo

al menos el 80% del mismo, el flujo del agua

en el suelo hacia el pozo, ser horizontal. Por tanto, se pueden utilizar para posterior anlisis, l o s descensos de la capa de agua medidos en piezmetros situados incluso a poca distancia del pozo de bombeo. Por ello resulta obvio que, si el acufero a estudiar no es de gran espesor, l o mejor es emplear un pozo penetrando totalmente en el acufero. Sin embargo, en muchas ocasiones el acufero a estudiar es de gran espesor y las condicionesno

permiten instalar un filtro a l o largo de todo

SU

espesor. Enton-

ces, al instalar un pozo penetrando parcialmente, la relativamente corta longitud del filtro broducir una distribucin de la carga hidrulica,no uniforme; &too

del descenso,

es ms notable en las cercanas del pozo.Por ello, si la longi-

tud de la parte perforada es considerablemente menor que el espesor saturado del acufero, debido a las componentes verticales del flujo, se produce cerca del19I

'

pozo un tipo de descenso de la capa de agua deformado. Las lecturas hechas en pozos de observacin muy cercanos al pozo de bombeo, pueden conducir a resultados

incorrectos y por ello, antes de utilizar estos datos en el anlisis, es necesario aplicar mtodos de correccin bastante complicados. Se pueden evitar estas dificultades si se colocan los piezmetros alejados del p o z o de bombeo, donde no aparezcan estos efectos anormales. Se puede recomendar, como una regla general, que los piezmetros ms cercanos al pozo de bombeo deben estar, al menos, a una distancia del mismo igual al espesor del acufero. Se puede suponer que a tal distancia el flujo es horizontal.

Es t r a t ificacinRaramente se dan acuferos homogneos y en la mayor parte de los casos los acuferos estn, en algn grado, estratificados. Como resultado de esta estratificacin y debido a las diferencias en la conductividad hidrulica en direccin vertical y horizontal, los descensos de la capa de agua observados a una cierta distancia del pozo de bombeo, pueden ser diferentes segn la profundidad de la observacin dentro del acufero. Estas diferencias disminuyen conforme aumenta el tiempo de bombeo. Adems, cuanto mayor sea la distancia desde el pozo, menor ser el efecto que produce la estratificacin sobre Ia distribucin del descenso de la capa de agua. De lo dicho ms arriba, resulta obvio el que influyen varios factores en la decisin de la distancia desde el pozo a la que hay que colocar 'los piezmetros. Si se conoce apropiadamente el escenario en el que se har el test, especialmente el tipo de acufero, deben ser colocados. Aunque no se puede dar una regla fija y la ltima eleccin depender totalmente de las condiciones locales y de la longitud del filtro instalado.en el pozo de bombeo, se puede decir que, en la mayora de los casos, colocando los piezmetros entre 10 y 100 m del pozo de bombeo, se obtienen buenos resultados. Para obtener datos fidedignos en el cas0 de un acufero de gran espesor o en acuferos confinados estratificados,se deben situar los piezmetros a mayor distancia,de 100 a250 m o incluso mayor,del pozo de bombeo.Es tambin til situar un pi'ezmetro fueSU

espesor,

SU

conductividad hidrulica media y

SU

estrati-

ficacin, ser ms fcil la eleccin de las distancias a las que los piezmetros

ra del radio de influencia,para poder medir la profundidad de la capa de agua no afectada por el bombeo.Se debe colocar dicho piezmetro a varios cientos de metros de distancia desde el pozoo,

en algunos casos, a un kilmetro

o

ms. Si durante~

el ensayo, las lecturas en este piezmetro cambian, por ejemplo, debido a descar20

-.

gas o recargas naturales, se pueden utilizar estos datos para corregir los descensos producidos por el bombeo (ver tambin Fig.4).

jI

1I

P

PII I

PI

O

' O?

I

I k

30 m 4100 m

I-IOm+

I

Y

I

600 m

-rl

Fig.4. - Ejemplo de disposieidn de piezdmetros.

2.1.6.3

P r o f u n d i d a d de los piezmetros

La profundidad a la que se instalan los piezmetros es una cuestin al menos tan importante como la distancia desde el pozo de bombeo a la que se sitan. En un acufero homoghneo y uniforme, se deben disponer a una profundidad aproximadamente igual a la que se encuentra el punto medio del filtro del tubo de bombeo. Por ejemplo, en el cas0 de un pozo penetrando totalmente en el acufero y con dicho filtro entre I O y 20 m por debajo de la superficie, la zona de entrada del agua en los piezmetros deber estar situada, mso

menos, a 15 metros de profundidad.

En general, los piezmetros van equipados con filtros para la entrada de agua,de una longitud de 0.5 a 1 metro. No son necesarias longitudes mayores aunque, como se ha esbozado ms arriba, pueden ser tiles en el cas0 de acuferos estratificados, En acuferos no-uniformes, con capas de arcilla intercaladas, se recomienda instalar por encima y por debajo de estas capas de arcilla para ver si existe alguna interconexin hidrulica entre las capas de arena. El agujero hecho en la

'

capa de arcilla debe estar ajustado para que nicamente pase el tubo del piezmetro; sin embargo, a pesar de estas medidas de precaucin, puede existir algn escape de agua a lo largo del tubo. Por ello se recomienda colocar estas entradas a los piezmetros al menos a unos pocos metros de distancia de los limites 21

superior e inferior de la capa de arcilla, donde el efecto de estas filtraciones de agua es pequeso o despreciable. Cuando sobre el acufero a estudiar hay una capa de baja permeabilidad, por ejemplo arcillao

marga, y esta capa est parcial-

mente saturada, es decir existe una capa fretica, adems de en el acufero se deben instalar piezmetros en la capa situada por encima de l, donde se encuentra la capa fretica. Estos piezmetros superficiales son necesarios para comprobar el efecto del bombeo sobre la capa fretica. Como se mostrar en el captulo siguiente, esta informacin es importante para el anllisis de l o s datos obtenidos en un ensayo por bombeo de un acufero semi-confinado. En la Fig.5 se presentaun ejemplo de un piezmetro mltiple con filtros situados en las diferentes capas

arenosas, as como tambin en las capas semi-permeables.

Fig.5. - Seccin esquemtica de un pozo de observacin para un piezdmetro mltiple.22

I

2.1.6.4

Construccin

Como mejor se obtienen medidas rpidas y precisas de l o s niveles de agua, es utilizando piezmetros de pequefio dimetro. Si el dimetro es grande, el volumen de agua contenido eh el piezmetro puede producir un retkaso en los cambios de descenso de la capa de agua. Cuando se emplean mtodos manuales para medir la profundidad del agua, no se necesitan dimetros mayores de 5 cm. Si se utilizan registradores automticos del nivel del agua, el dimetro debe de ser mayor que en el cas0 anterior. Como ya se ha'mencionado ms arriba, se deben colocar en el acufero a estudiar tramos de 0 , 5 a 1 m de filtro para la entrada de agua en l o s piezmetros. El espacio anular que rodea a estos filtros se llena con arena gruesa uniforme para facilitar la entrada de agua en l o s piezmetros. Se puede llenar el resto del espacio anular con cualquier material disponible, excepto, cuando se presenten capas de arcilla. En estos casos, y para impedir que existan a lo largo del tubo escapes de agua de una psrte del acufero a la otra, es necesario colocar un cierre de arcillao

de hormign (ver Fig.6). Investigaciones recientes muestran

que la arena muy fina proporciona un cierre tan bueno como la arcilla ya que se puede compactar mejor. Este cierre de arena puede producir un error menor que 0,03 m cuando la diferencia de carga hidrulica entre l o s acuferos sea superior a 30 m.

En acuferos no uniformes con capas de arcilla intercaladas, el dimetro de l o sagujeros perforados, debe ser mayor para permitir el que se puedan colocar doso

ms piezmetros a diferentes profundidades. En este cas0 se debe de tener cui-

dado especial para cerrar las capas perforadas de arcilla, previniendo escapes de agua a lo largo de los tubos.

.

No es absolutamente necesario conocer las elevaciones del nivel de agua en l o s

pozos con relacin al nivel del mar. Sin embargo, se recomienda que las medidas estn referidas a un dato comn. Despus de haber instalado l o s piezmetros, puede ser til bombearo

limpiar con

un chorro de agua, cada uno de ellos, para sacar las partculas de limo y arcilla. Cuando el 5gua bombeada es clara, esthn preparados para.utilizarlos.

23

salida del aire

T

G

rforaci6n 0 = 0.5 cm

mpa para la arena

Fig.6. - Seccin esquemtica de un p i e d m e t r o .

24

EJECUCION DE UN ENSAYO POR BOMBE0

2.2.1

Medidas

IiI

Las medidas a tomar,durante un ensayo por bombeo se dividen en dos grupos:

-

medidas del nivel de agua

- medidas del caudal de descarga.Lo ideal es no empezar un ensayo por bombeo mientras no se conozcan los cambios naturales en el nivel del agua del acufero, incluyendo las variaciones a corto plazo y las que a nivel regional y a largo plazo se producen en la direccin del flujo del agua. Por ello, durante varios das precedentes al comienzo del ensayo, se deben leer dos veces al dia los niveles de agua en los piezmetros. Para cada piezmetro se dibuja un hidrograma del que se puede deducir la direccin e intensidad del cambio. Si se espera que durante el ensayo no haya cambios, se puede comenzar el bombeo. Al final del ensayo, que es despus de la total recuperacin de l o s niveles de agua, se debe continuar las lecturas del nivel de agua en los diferentes piezmetros durante unoo

dos das. Con estos datos se completan los

hidrogramas, y se pueden determinar los cambios del caudal y del nivel del agua durante el ensayo. Se puede utilizar estas lecturas para corregir los descensos de la capa de agua producidos Gnicamente por el bombeo (ver Capitulo 5, Seccin1.1).

Se plantean problemas especiales en los acuferos costeros donde los movimientos de marea afectan al nivel de la capa de agua. Se debe obtener, anteriormente a la realizac'in del ensayo, una descripcin completa para cada piezmetro de los cambios en el nivel de agua en el suelo, incluyendo los niveles mximo y minim0 as como el tiempo de ocurrencia (ver Capitulo 5 , Seccin 1.2). Cuando se espera que el ensayo va a durar uno o dos das, se deben medir tambin la presin baromtrica, los niveles de agua superficiales en el cas0 de que hayan y la precipitacin. En zonas donde existan muchos pozos, puede suceder que haya que leer el caudal de descarga y los descensos del nivel de agua en condiciones peores que las ideales. Hay que decidir, por consideraciones econmicas, si se deben obtener o no los datos de posible mala calidad.

2.2.1.1

Medidas d e l n i v e l de agua

L,a parte ms importante de un ensayo por bombeo es medir la profundidad del agua en todos l o s piezmetros y si es posible tambin en el pozo de bombeo. Se deben hacer estas medidas muchas veces a lo largo del ensayo y con la mayor precisin25

posible. Como los niveles de agua descienden rpidamente durante la primera o dos primeras horas del ensayo, se deben tomar lecturas a intervalos cortos, aumentando estos intervalos conforme se prolonga el bombeo. La Tabla 2 da una indicacin de tipo prctico sobre l o s intervalos de tiempo entre dos lecturas en el pozo de bombeo.TABLA 2 . - S E R I E DE INTERVALOS DE TIEMPO ENTRE MEDIDAS DEL N I V E L DE AGUA EN E L POZO DE BOMBE0

Tiempo desde el comienzo

Intervalosde tiempo0,5

del bombeoO 560120

-

-

minutos minutos 120 minutos . cierre de la bomba5 60

520

60

minutos minutos minutos minutos

De forma semejante, se debe medir los niveles de agua en los piezmetros a intervalos cortos durante las primeras horas del ensayo, aumentando estos intervalos conforme se desarrolla el ensayo. La Tabla 3 muestra, desde un punto de vista prctico, los intervalos entre dos lecturas en los piezmetros a lo largo del ensayo.TABLA 3 . - S E R I E DE INTERVALOS DE TIEMPO ENTRE MEDIDAS DEL N I V E L DE AGUA EN LOS PIEZOMETROS

Tiempo desde el comienzo del bombeoO2

Intervalos de tiempo

minutos aprox. 10 segundos minutos 30 segundos 5 15 minutos 1 minuto 5 minutos 15 - 50 minutos 10 minutos 50 - 100 minutos 30 minutos 100 min. - 5 horas 60 minutos 5 horas - 48 horas 3 veces por dia 48 horas - 6 das 1 vez por dia 6 das - cierre.de la bomba2

-

5

Los intervalos de tiempo mencionados en la Tabla 3 son aplicables a los piez6metros situados en el acufero en estudio y a relativamente cortas distancias del pozo de bombeo, ya que en ellos el bombeo afecta immediatamente el nivel del agua26I

Para piezmetros situados ms distantes del pozo de bombeo y para L O S situados en las capas confinantes por encimao

por debajo del acufero estudiado, son me-

nos importantes l o s cortos intervalos para l o s primeros minutos de bombeo.No es necesario seguir demasiado rgidamente l o s intervalos de tiempo que se han

sugerido ya que hay que adaptarlos a las condiciones locales, al personal disponible, etc. A pesar de todo, se deben hacer lecturas frecuentes en las primeras horas del ensayo ya que en el anlisis de l o s datos del ensayo, el factor tiempo entra generalmente en forma logaritmica. La mejor forma de medir l o s niveles de agua, es por medio de un registrador automtico con l o s que se obtiene un registro continuo de l o s cambios e'n el nivel de agua. Para utilizar tales registradores, son necesarios piezmetros de gran/

dimetro.

'

Se pueden medir niveles de agua manualmente con bastante precisin, per0 en este cas0 hay que registrar con un cronmetro el instante en que se hace la lectura. La experiencia muestra que, con un flotador unido a una cinta mtrica de acero conectada a un pie con indice situado en la superficie, con una sonda elctricao

con el mtodo de la cinta mtrica humedecida, es posible medir la profundidado

del agua con una precisin de uno

dos milmetros. Como en las cercanias del

pozo de bombeo durante las primeras horas del ensayo se producen cambios muy rpidos del nivel del agua, el dispositivo ms conveniente es, al permitir lecturas directas, el de la cinta mtrica de acero con flotador conectada a un pie con indice situado en la superficie. Los registradores automticos son ms apropiados para piezmetros alejados del pozo de bombeo ya que los cambios muy'lentos del nivel del agua Gnicamente pueden ser interpretados con precisin por medio de un grfico. Para piezmetros situados a distancias intermedias, se pueden utilizar el mtodo del flotador o el de lecturas hechas manualmente pero, por medio de un registradorse

pueden obtener observaciones extremadamente pre-

' cisas, incluso cuando los niveles de agua cambian rpidamente utilizando paraello un cronmetro y marcando cada interval0 de tiempo, manualmente, sobre el papel del registro. Para descripciones detalladas de registradores automticos, sondas mecnicas y elctricas y otros dispositivos para medir niveles de agua en p o z o s , se remite al lector a l o s manuales sobre el tema, como por ejemplo,

JOHNSON (1966), DAVIS y DE WIEST (1966).k

Despus del cierre de la bomba, l o s niveles de agua en el pozo de bombeo y en l o s piezmetros comenzarn a subir. En la primera hora subirn rpidamente per0 conforme ! tiempo pase la velocidad de este ascenso disminuir. e Se pueden medir estos ascensos y esta parte del ensayo por bombeo se le llama ensayo de recupera27

'I

cin. En aquellos casos en los que el rendimiento del pozo de bombeo no fuera constante a l o largo del perodo de bombeo, los datos del ensayo de recuperacinson ms fidedignos que los datos de los descensos de la capa de agua recogidos

durante el bombeo. As l o s datos recogidos durante el perodo de recuperacin pueden ser usados para comprobar los clculos basados en los descensos de la capa de agua durante el perodo anterior. El programa para la toma de datos en el perodo de recuperacin es el mismo que el del perodo de bombeo. A menudo, en aquellos lugares donde el nivel del agua est profundo y la transmisividad es relativamente baja, se presenta un problema de sobrecarga debida a la Vuelta al acufero del agua de la columna de la bomba. Esto puede producir algunas dificultades en la inicial interpretacin de los datos recogidos en el pozo de bombeo y en los piezmetros cercanos a 61. Es preferible anotar todas las medidas del nivel de agua en impresos preparados para tal efecto; se muestra un ejemplo en la Fig.7. Despus de varias horas de bombeo, ya se dispone de datos suficientes como para dibujar en el campo las curvas del descenso de la capa de agua en relacin con el tiempo, curvas descenso-tiempo, para cada pozo de observacin. Esto se debe hacer en papel semilogartmico colocando los valores del tiempo en minutos en la escala logaritmica y los descensos de la capa de agua en centmetroso

milimetros en la escala line-

al. Estos grficos pueden ayudar grandemente para comprobar si el ensayo se est desarrollando bien y decidir el momento en el que se debe terminar de bombear.

2.2.1.2

Medidas d e l caudal d e d e s c a r g a

Una de las disposiciones a considerar en un test de acufero es el control del caudal de descarga. Para evitar clculos complicados, sera preferible mantener este caudal constante a l o largo del ensayo. Sin embargo, st0 no es un pre-requisito para el anlisis de los datos obtenidos en el ensayo. Se dispone de mtodos que tienen en cuenta una descarga variable, tanto si es debido a condiciones naturales como si es provocada deliberadamente. Este caudal debe de ser medido exactamente y registrado peridicamente. Esto se puede hacer, por ejemplo, por medio de un medidor de agua comercial de capacidad apropiada. Este medidor hay que conectarlo al tub0 de descarga de tal forma que se mida el caudal de descarga exactamente: es preferible conectarlo al fondo de una curva en U del tubo, ya que en ese lugar el agua llena totalmente el tubo. Si se descarga el agua bombeada a una pequea zanja, se puede medir el caudal por medio de un medidor Parshal.28

ENSAYO POR EOMEEO: ..............................................

OESERVACICNES DURANTE E L PERIOD3 DE EOYEEO/RECUPERAC ION P I E Z W T R O : ........U.. ................ PROFUNDI DAD LLEVADO A CAE0 POR: .....I..C.

K/j.?

.

.......L. r...!??..... I A :...do...?ek?J.. D I STANC................................ ..........................................................................

D I R I G I D 0 POR :.

PARA EL P R o v E C T o : . ~ c ~ ~ e . r ~ L o c A~ .I D m : ..... .~e LCWlIENZO DEL E O M E E O : ~ 8 ~ O ~ ~ s . . . . / o ~ ~ ~EOMEEO:...~ DEL F I N

~ ~ '.........0 ~ . S.^........................ . 6.......C, . . ~ . ......................................... B.

NV L IE

N IC I

A IL

DEL AGUA:..L.~.&

NV L IE

FINAL

DEL AGUA:

OESERVAC IONES ..t.le..1F?.~ e."...........s..................................................;............................................. ...

...................................

n.;~.ee...de.! ....e.

ccrLLdc\e d ....................................................................e

,,.dQ.r.Ge.n.s.o e..!? c . 3........................................................... ..... ..... r p....c.9.....Myk ...........................................................................

rIEMP0

NIVEL DEL AGUA

DESCENSO

T I EMPO

NIVEL DEL AGUA

DESCENSO

1

CAUDAL DE DESCARGA MEDIDOR DE FLUJO

O/. 1 7

I

CAUDAL DI DESCARGA

13Q.s

138.5l39.Y

'.3Y

: NIVEL MEDIO DEL MAR :

F i g . 7 . - Ejeniplo de un inipreso para anotar las observaciones en un ensayo por bombeo.I

29

Hay que medir el caudal de bombeo al menos una vez cada hora y es necesario hacer correcciones de vez en cuando para mantener constante el caudal de descarga. Est0 se puede hacer por medio de una vlvula colocada en el tubo de descarga ya que ste mtodo da ms exactitud que el estar cambiando la velocidad de la bomba. Si no dispone de un medidor de agua para medir o estimar la descarga.o

de un Parshal, existen varios mtodos ms

RecipienteUn mtodo simple y preciso de conocer el cauda1,es medir el tiempo necesario para

llenar un recipiente de capacidad conocida, como por ejemplo, un bidn de aceite. Solamente se puede aplicar este mtodo si el caudal de aescarga es pequeso.

Medidor de o r i f i c i oPara medir el caudal de descarga de una turbina o de una bomba centrfuga, generalmente se usa un medidor de orificio circular. Cuando se utiliza una bomba de pist&, este medidor no sirve ya que tal bomba extrae el agua a impulsos. El orificio es un agujero perfectamente redondo hecho en el centro de una chapa circular de acero que va unida a la salida de un tub0 de descarga horizontal. Se une un tubo de piezmetro al tubo de descarga por medio de un agujero de 1 / 8 a 1 / 4 pulgadas de dimetro, hecho en este ltimo a 61 cm de la lmina donde se encuentra el orificio. El nivel del agua en el piezmetro representa la presin en el tubo de descarga cuando se bombea el agua a travs del orificio. Existen publicadas (JOHNSON, 1966) tablas standard que dan el caudal del agua para diferentes combinaciones del dimetro del orificio y del tub0 de descarga.

Medidor de o r i f i e i o sDesarrollado en USA, consiste en un pequeo tanque cilndrico con algunos agujeros circulares en el fondo. El agua procedente de la bomba se descarga en este tanque y aSU

vez esta agua sale por l o s agujeros del fondo. Se llena el tanque

de agua hasta un nivel en el que la carga hidrulica produce una salida de agua a travs de l o s orificios igual a la descargada por la bomba. Si el agua rebosa por el borde superior del tanaqu, se debe abrir un orificio o ms para conseguir la situacin citada; si por el contrario, el nivel del agua no sube suficientemente, hay que taponar unoo

ms orificios.

Se conecta un piezmetro a la pared exterior del tanque y cerca del fondo, por detrs del tubo, se fija una escala vertical para poder medir exactamente el nivel del agua en.el tanque. Es necesario disponer de una curva de calibrado mos30

trando el caudal de descarga a travs de un.nico orificio para una serie dada de valores del nivel de agua en el pizmetro. Multiplicand0 este caudal obtenido de la curva por el nmero de orificios a travs de los cuales se est descargando el agua, se obtiene el caudal total para una lectura dada del nivel de agua. Si se provee el medidor de varios orificios, es posible medir una considerable gama de caudales de bombeo. Otra ventaja es que este medidor tiende a suavizar las pulsaciones en el flujo de agua proveniente de la bomba con l o que permite determinar bastante precisamente el caudal medio de descarga.

Mtodo del'chorro de aguaSi no se puede emplear ninguno de los ya mencionados mtodos, se puede utilizar para medir el caudal de descarga del pozo el mtodo del flujo en un tubo abiertoo

mtodo del chorro de agua. Midiendo las dimensiones del chorro de agua que

sale del tubo abierto, colocado vert'ical u horizontalmente, se puede obtener una aproximacin somera del caudal de descarga en el bombeo. Si el agua bombeada del pozo se descarga a un tubo vertical, se mide la altura a la que llega este agua por encima del punto ms alto del tubo y se mide el dimetro del tubo, obtenindose una forma de estimar el caudal.

En una tabla publicada por JOHNSON (1966) se muestran los valores del caudal para diferentes dimetros y diferentes alturas a la que sube el agua por encima del tubo. Tambin se puede emplear este mtodo para estimar la descarga de un pozoartesian0 libre. Cuando el pozo de bombeo va provisto de un tubo horizontal de descarga, por el que el agua bombeada fluye llenando toda la seccin transversal del tubo y del que el agua sale libremente, si se miden las distancias horizontal y vertical desde el extremo del tubo hasta un punto en el chorro, se obtienen datos para estimar el caudal de descarga del pozo; se puede elegir el punto citado en la parte exterior del chorro o,bien en el centro del mismo. En una tabla publicada por JOHNSON (1966) se muestran los valores del caudal de bombeo para diferentes dilmetros del tubo y diferentes distancias horizontales desde el extremo del tubo al punto considerado.

2.2.2

D u r a c i n del ensayo p o r bombeo

Es difcil contestar a la pregunta de cuntas horas se debe estar bombeando con-

tinuamente, ya que es algo que depende del tipo de acuifero a estudiar y del grado de exactitud con que se quieren establecer las propiedades hidrhulicas. No est recomendado economizar intentando acortar el periodo de bombeo ya que el31

coste de alargarlo unas horas extra ms, es bajo comparado con el coste total del ensayo, en particular cuando se han construdo los pozos especialmente para el ensayo. Adems se obtienen mejores y ms fidedignos resultados si se contina el bombeo hasta que el con0 de depresin alcance una posicin estabilizada y se tenga la impresin de que no se extender ms dicho con0 si se alarga el bombeo. El citado con0 se desarrolla rpidamente al comienzo del ensayo ya que inicialmente el agua bombeada proviene de la zona del acufero situado rodeando al pozo prximamente. Per0 conforme el bombeo contina, el con0 se extiende y profundiza a una velocidad decreciente con el tiempo ya que el volumen de agua almacenado en el acufero del que se dispone va siendo mayor por cada metro adicional de expansin horizontal. A menudo s t 0 conduce a observadores inexpertos a la conclusin de que el con0 ha alcanzado una posicin estabilizadaI

en otras palabras, que se han obtenido condiciones de flujo en rgimen permanente. Como, por razones arriba mencionadas, l o s descensos medidos en los piezo,

metros s o n ms pequeGos conforme el ensayo contina, el medir imprecisamente estos descensos puede llevsr a esta errnea conclusin. De hecho, el con0 de depresidn continuar extendindose hasta que la carga del acufero sea igual al caudal de bombeo. En algunos pozos se producen condiciones de flujo en rgimen permanente o en equilibrio unas pocas horas despus de comenzar el bombeo; por el contrario, en otros son necesarios varios draso

semanas e incluso en algunos no se alcanzara

dicho estado aunque se continuara el ensayo durante asos. La experiencia de los autores de este libro es que generalmente se alcanza el rgimen permanente del flujo de agua, en acuferos semi-confinados, despus de 15 a 20 horas de bombeo. Una buena prctica para el cas0 de que el ensayo se haga en un acufero confinado es bombear durante 24 horas. En acuferos libres, como el con0 de depresin se extiende lentamente, se necesita un perodo mayor de bombeo y comnmente en la prctica, se bombea durante tres das. Como se demostrar en el captulo siguiente, no es absolutamente necesario prolongar el bombeo hasta que se alcance el regimen permanente ya que existen mtodos para analizar los datos obtenidos en condiciones de regimen variable. Sin embargo, a veces se desea obtener una informacin exacta sobre las caracteristicas del acufero; es el cas0 de que se emplee esta informacin, como datos de base para la construccin de estaciones de bombeo para suministro domstico de agua u otros trabajos de construccin de alto. coste; para estos casos se recomienda continuar el bombeo hasta que se alcance el rgimen permanente. Para analizar l o s datos obtenidos en estas condiciones de rgimen permanente de flujo, se pueden utilizar frmulas simples obtenindose resultados dignos de confianza. Otra ven32

taja es que un perodo mayor de bombeo puede poner en relieve la presencia de condiciones de frontera previamente desconocidas. Si durante el ensayo se representan, con carcter preliminar, 19s descensos de la capa de agua se puede, a menudo, conocer que es l o que est sucediendo y sacar conclusiones sobre cunto tiempo debe continuar el bombeo.

2.3

ANALISIS DE LOS DATOS4

Una vez terminado el ensayo por bombeo y recogida toda la informacin sobre la descarga del pozo, los descensos de la capa de agua en diferentes piezmetrosy en el pozo de bombeo, las variaciones regionales naturales de la capa de agua,

etc., es necesario analizar l o s datos disponibles. Esta elaboracin de l o s datos incluye :

- recompilacin de los datos en forma de grficas - correccin de l o s datos sobre descensos de la capa de agua debida a cambios regionales en el nivel del agua no causados por el bombeo y a cambios, si existen, de la presin baromtrica ocurridos durante el ensayo - determinacin del tipo de acufero que ha sido bombeado.

2.3.1

Compilacin de los datos

A menudo, l o s datos de campo consisten en datos de tiempo expresado en diferentes

unidades; segundos durante l o s primeros minutos del bombeo, minutos durante las siguientes horas o das ms adelante. Primeramente, se deben poner estos datos en la misma unidad de tiempo, por ejemplo, minutos. De igual forma, las observaciones del nivel del agua se deben convertir en descensos de la capa de agua con relacin al nivel primitivo expresndolos en la misma unidad, por ejemplo, metrosu otra unidad de longitud apropiada. Se deben anotar estos datos en un conjunto

de hojas limpias, como la mostrada en la Fig.7, ponindolos as junto a toda informacin pertinente. Entonces, en un papel semi-logarctmicoo

si se desea en un logartmico, se re-

presentan l o s valores de l o s descensos de la capa de agua en relacin con los datos de tiempo; para cada piezmetro se dibuja la llamada curva tiempo-descenso que es la que mejor se ajuste a todos l o s puntos.

El prximo paso es analizar la variacin regional de la capa de agua, es decir,variaciones de losniveles de agua en el acufero no debidas al bombeo.Para ellos se representan en funcin del tiempo y en papel milimetrado para cada piezmetro,33

las medidas del nivel del agua tomadas durante varios das precedentes al comienzo del ensayo y durante dos das despus de la total recuperacin del nivel de agua, una vez\acabado el bombeo. En este tipo de papel ambos ejes son lineales. De esta forma se obtiene para cada piezmetro una curva tiempo-nivel de agua o hidrograma; a partir de estos hidrogramas se pueden estudiar las variaciones regionales, ascendentes o descendentes, del nivel del agua y tambin se debe dibujar hidrograma.SU

magnitud. Si du-

rante el ensayo se toman medidas del nivel de agua en un piezmetro "distante",SU/

Si estos hidrogramas muestran cambios apreciables en el nivel del agua durante el perodo de bombeo, hay que determinar la magnitud de estos cambios y utilizarla