Hidráulica de captaciones de agua subterránea (página 3)

Representando los descensos a lo largo del plano que une
A y B observamos el cono generado por A, el generado por B (en
rojo) y la suma de ambos, que sería lo observado en la
realidad. Para el cálculo se
han utilizado los datos del ejemplo
anterior, suponiendo que la distancia entre A y B es de 200
metros.

El Principio de Superposición se define y utiliza
en varios campos de la Física, especialmente
para la superposición de ondas. A lo largo
de todo el tema utilizamos la ecuación de Jacob
(acuíferos confinados) porque es la más simple. Por
supuesto, en todos los ejemplos habría que aplicar la
ecuación correspondiente (acuífero semiconfinado,
libre…)

• Bombeo con caudal variable

Para ello, podemos suponer que en el mismo sondeo
están funcionando dos bombas: una
mantiene el caudal de 4 litros/seg hasta el final, y a las 10
horas, la segunda bomba, introducida en el mismo sondeo comenzara
a extraer 3 litros/seg (el incremento de caudal que realmente se
produjo). Esta ficción tiene que producir el mismo efecto
que la realidad, puesto que las últimas 5 horas se
bombeaban 4+3= 7 litros/seg.

También es sencillo simular una
disminución de caudal. Supongamos que en un caso similar
al anterior, el caudal disminuye de 9 litros/seg a 7.
Bastará suponer que el caudal de 9 permanece constante, y
que una segunda bomba comienza a inyectar un caudal de 3 (por
tanto, -3 litros/seg), como se esquematiza en la figura
siguiente:

Recuperación También puede plantearse el
caso de que deseemos conocer los descensos existentes
después de un tiempo t (t
griega, tau) de bombeo y de un tiempo t de descanso. Supongamos
que el sondeo estuvo bombeando 10 litros/seg durante 3 horas,
después se detuvo, y ha estado 2 horas
parado. Se desea conocer el descenso después de esas 2
horas de descanso. Basta suponer (de nuevo la imagen de las dos
bombas en el mismo sondeo) que el bombeo no se
interrumpió, sino que a esa misma hora comenzó a
inyectarse el mismo caudal que se está extrayendo. Es
obvio que extraer 10 litros/seg y simultáneamente inyectar
10 litros/seg sería lo mismo que no extraer nada. Con las
cifras de la figura adjunta, bastaría aplicar la
fórmula correspondiente dos veces: 1º) Q=10
litros/seg y tiempo=5 horas, 2º) Q= –10 litros/seg y
tiempo=2 horas. Finalmente, sumar los valores
obtenidos por ambos cálculos.

A.-Sondeos que inyectan agua: Conos de ascensos
Sabemos que si inyectamos un caudal se genera un cono de ascensos
idéntico al que se hubiera creado al bombear el mismo
caudal, pero invertido. Para calcularlo es suficiente utilizar la
fórmula adecuada al tipo de acuífero de que se
trate, simplemente introduciendo en la fórmula un valor negativo
para el caudal, con lo que la fórmula nos devuelve un
descenso negativo, es decir: un ascenso Esta idea general es
válida para cualquier acuífero: sólo
habría que aplicar las fórmulas adecuadas a
acuíferos semiconfinados o libres. Pero vamos a ver
aquí brevemente la aplicación a acuíferos
confinados, que siempre es lo más simple.

En la figura adjunta vemos los descensos en un
acuífero confinado que estuvo bombeando 3 horas tras las
cuales ha estado detenido otras 2 horas 2

En la figura se han señalado descensos a los 240
minutos, cuando llevaba parado 1 hora: Si el bombeo no se hubiera
detenido (hubiera bombeado 4 horas) el descenso alcanzado hubiera
sido de La virtual inyección de un caudal idéntico
al bombeado,

tras 1 hora, habría generado un ascenso Sr. Por
tanto, el descenso residual es:

El cálculo con la fórmula
de Jacob sería:

Si conocemos solamente un dato de descenso residual (s")
tras un tiempo de recuperación t, y el caudal (Q), podemos
utilizar la expresión anterior para evaluar la
transmisividad (T) del acuífero.

Ejemplo: Se ha bombeado un caudal de 5 litros/seg
durante 2 horas. Se detiene el bombeo y 1,5 horas después,
el descenso residual es de 0,93 m. Calcular la Transmisividad.
Despejando T en la última fórmula,
resulta:

Mucho más fiable es disponer de todos los datos
de la recuperación y representar s" en función de
Log (t + t / t). El cálculo de T es muy sencillo, por el
mismo procedimiento que
la práctica del método de
Jacob. Ejemplo: Se ha bombeado un caudal de 3,5 litros/seg
durante 3 horas (t ), y tras la detención del bombeo se
han medido en un piezómetro próximo los tiempos y
descensos residuales que se indican en las dos primeras columnas
de la tabla adjunta: Calculamos la tercera columna, (t+t)/ t. Por
ejemplo, para 5 minutos será: (5+180)/5

El gráfico se ha calculado con la fórmula
de Theis y con los siguientes datos: T=100 m2/día, S=
5.10-5, Q= 10 litros/seg, r= 50 m

Representamos en un gráfico
semilogarítmico los descensos residuales en funcion de
(t+t)/ t: Si
aplicamos la ecuación (1) a dos puntos de la recta de modo
que en abcisas uno sea 10 veces mayor que el otro, y restamos
miembro a miembro,
resulta (ver la figura adjunta): Con los datos del grafico
adjunto leemos que para una variación en abcisas de 2 a
20, el incremento en ordenadas es 3,4 metros. Aplicando la
fórmula anterior, resulta:

B.- Teoría
de las Imágenes.- Cuando el acuífero termina
lateralmente mediante un plano que pueda asimilarse más o
menos a un plano vertical y rectilineo, puede aplicarse la
Teoría de las Imágenes,
también basad en el Principio de
Superposición.

El plano límite puede ser de dos tipos: borde
negativo (barrera impermeable) o borde positivo (un lago o
río, cuyo nivel no se ve afectado por el bombeo).
Analicemos primero el caso de un borde negativo o impermeable. Si
una situación de este tipo se produce en la realidad, el
cono nunca es simétrico, sino que baja más por el
lado del borde impermeable, ya que por ese lado le llega menos
agua. La
Teoría de las Imágenes en este caso podría
enunciarse así: Los descensos generados por un sondeo en
un acuífero limitado por un borde negativo son los que se
producirían si el acuífero fuera ilimitado, pero
que existiera otro sondeo idéntico al que bombea reflejado
por el borde negativo que actúa como un plano de
simetría .

En la figura de la derecha observamos cómo
podemos generar el cono observado en la realidad mediante la
superposición de dos conos idénticos: el del pozo
real si no existiera la barrera y el del pozo imagen. Este pozo
imagen suponemos que es un reflejo exacto del real: comienza a
bombearen el mismo instante y el mismo caudal que el pozo real
(y, por supuesto, que bombea en el mismo acuífero, que
hemos supuesto indefinido).

En el caso real de un borde positivo el cono
llegará a estabilizarse cuando todo el caudal
extraído sea tomado por el acuífero del río
o lago, quedando un cono asimétrico, como se aprecia en la
figura. De nuevo podemos generar este resultado mediante la
Teoría de las Imágenes: suponemos que el borde
positivo no existe (el acuífero es ilimitado) y que al
otro lado (de nuevo el borde actúa como un espejo) hay
otro sondeo idéntico al real, pero que inyecta un caudal
idéntico al que se bombea en el pozo real. El pozo imagen
generaría un cono de ascensos idéntico al cono
generado por el pozo real (si el acuífero fuera ilimitado)
pero invertido. Cuando aplicamos el Principio de
Superposición, ambos conos se anulan justo en el plano de
simetría, coincidiendo con la realidad: el cono real al
tocar el lago ya no baja más.

C.-Cálculo del descenso en un punto cualquiera
(borde positivo o negativo):

Como el pozo imagen no aparece en los mapas (¡!),
si queremos aplicar esta teoría para conocer el descenso
en un punto A cualquiera los pasos serán los
siguientes:

1º. Asimilar el borde real, que siempre es
irregular, a una recta

2º. Dibujar la perpendicular y el pozo imagen,
simétrico de

P, utilizando la recta trazada en el punto anterior como
plano de simetría.

3º. Medir, aplicando la escala del mapa,
las distancias desde

A hasta los pozos real (P) e imagen (P"): r y
r"

4º. Aplicar la fórmula correspondiente al
tipo de acuífero para calcular el descenso producido en A
por P (con la distancia r) y el producido en A por P" (con la
distancia r"), y sumar los resultados de ambos cálculos.
Si es un borde positivo, el descenso en A debido a P" será
negativo: un ascenso.

C.1.-Cálculo del descenso estabilizado con un
borde positivo (acuífero confinado,
simplificación de Jacob):

En el caso de un borde positivo, se alcanzará el
régimen permanente cuando toda el agua
extraída por el pozo provenga del lago. Para
acuífero confinado, podemos obtener la fórmula que
nos proporcionará el descenso estabilizado. Utilizamos la
última figura, suponiendo que el borde representado en
ella es positivo:

Descenso en A producido por P:

Descenso en A producido por P":

Recordemos que el caudal de P" es el mismo que el de P,
pero con diferente signo: QP"= -QP

Sumando los dos descensos se obtiene:

Hemos obtenido una fórmula de régimen
permanente: no aparece el tiempo (t) ni el coeficiente de
almacenamiento
(S); nos proporciona el descenso estabilizado en función
de la distancia al pozo real y al pozo imagen.

C.2.-Cálculo del descenso con un borde
negativo (acuífero confinado, simplificación de
Jacob):

En el caso de un borde negativo, el cálculo es
similar, sumar los efectos producidos por el pozo real y el pozo
imagen

Descenso en A producido por P:

Descenso en A producido por P":

Como el caudal de P" es el mismo que el de P, sumando
los dos descensos se obtiene:

Se obtiene una fórmula casi idéntica a la
original de Jacob, con dos diferencias: en el denominador, en
lugar de r2 aparece r. r", y además aparece un 2: eso
indica que el descenso producido será del orden del doble
que si el acuífero fuera infinito. Eso tiene lógica
ya que al pozo P no le llega agua por uno de sus lados (el borde
impermeable). El descenso sería exactamente el doble que
en acuífero infinito si el punto de observación considerado (A en la figura)
estuviera justamente en el borde negativo, a la misma distancia
de P que de P" (en la fórmula se cumpliría que r.
r"= r2).

Caudal
específico y eficiencia

Concepto De Caudal Específico Y Eficiencia De Un
Pozo

Se llama caudal especifico de un pozo al cociente entre
el caudal de agua bombeando y el descenso dl nivel
producido.

Siendo el descenso medido en el pozo.

El caudal específico de un pozo no es constante
para un determinado caudal ya que con el tiempo el descenso
aumenta. Sin embargo los descensos tienden a estabilizarse y por
lo tanto el caudal especifico también.

Las curvas caudal-descenso y las curvas caudal
especifico –descenso se llaman curvas
características de un pozo.

El nivel de agua dentro de un pozo real es menor o a lo
más igual al nivel de agua en el exterior del pozo puesto
que existe una pérdida de carga al atravesar el agua la
zona filtrante, contando como tal al macizo de gravas, si existe.
El descenso adicional debido al paso por la zona filtrante se
llama pérdida de penetración en el pozo.

De acuerdo con las consideraciones que se
expondrán en los capítulos siguientes, es posible
calcular el descenso teórico en el pozo. Se llama
eficiencia del pozo a:

En la eficiencia del pozo intervienen las
pérdidas de penetración en el pozo más las
perdidas por circulación en la porción de
acuífero próximo y dentro del propio pozo.
Generalmente las primeras son las más importantes y de
ahí la necesidad de seleccionar muy bien las zonas
filtrantes.

Los pozos poco eficientes no son económicos por
cuanto para bombear el mismo caudal que un pozo eficiente se
precisan mayores descensos de nivel y por lo tanto mayor altura
de bombeo, o si se tiene limitado el descenso, el caudal obtenido
es menor.

La eficiencia de un pozo puede modificarse con el tiempo
a consecuencia de varios fenómenos tales como
aparición de incrustaciones, corrosión, sedimentación de arena en
el pozo, etc. Las curvas características de un pozo
relacionan el caudal extraído con el descenso en la
captación al cabo de un cierto tiempo de bombeo y son de
gran valor para apreciar la eficiencia de un pozo y sus
variaciones.

En cierta forma un pozo incompleto contiene una causa de
ineficiencia ya que en igual de condiciones se caudal especifico
es menor que el de un pozo completo debido al incurvamiento de
las líneas de corriente con aparición del efecto de
anisotropía, y a la menor superficie de paso del agua. Es
fácil deducir que los pozos abiertos solamente por el
fondo son muy ineficientes bajo este ´punto de
vista.

Todos estos conceptos expuestos son validos
también para captaciones horizontales.

• Campos de bombeo

Si en un acuífero se establecen varias
captaciones de agua, éstas se influyen unas a otras ya que
el descenso en cualquier punto de un acuífero es la suma
de descensos provocados en él mismo por cada uno de los
pozos considerados individualmente. El efecto de la presencia de
varios pozos en un acuífero se traduce, pues, en que en
cualquier pozo, para extraer un determinado caudal, es preciso
elevar el agua a mayor altura que si estuviese solo. Esto crea un
consumo
adicional de energía de modo que realmente el
establecimiento de un nuevo pozo en un campo de bombeo perjudica
económicamente a los otros pozos existentes. En un
acuífero libre se redice además el espesor saturado
y por lo tanto la transmisividad, esto produce un nuevo
incremento de descensos a una disminución de caudales si
los descensos no pueden ser aumentados. No obstante, estas
afecciones son necesarias si se quiere utilizar apropiadamente
los recursos y
capacidad de regulación de agua del acuífero en
cuestión.

• Efectos de los límites de los
  acuíferos

Si el cono de descenso de un pozo alcanza un borde (las
palabras borde y limite se manejaran como sinónimos al
igual que la palabra barrera.) impermeable del acuífero,
no puede extenderse en esa dirección y por lo tanto los descensos
entre el pozo y los bordes han de ser mayores y más
rápidos para poder
proporcionar el agua que de otro modo hubiese sido suministrada
por la extensión del cono más allá del borde
en cuestión. Si el borde no es del todo impermeable (por
ejemplo disminución lateral de la permeabilidad del
acuífero) el efecto es algo más amortiguado y el
cono puede extenderse algo más allá del
borde.

De forma similar, sí el cono de descensos de un
pozo alcanza un borde capaz de mantener el nivel contante, por
ejemplo un río, un lago o el mar, el cono tampoco puede
rebasar ese borde, pero ahora el agua precisa para el bombeo es
suministrada por el citado borde y los descenso se estabilizan
rápidamente.

Si el límite de potencial constante no es capaz
de suministrar toda el agua necesaria (río con el lecho
colmatado de limos, existencia de capas poco permeables que
dificultan la infiltración, etc.) los niveles no se
estabilizan y el cono rebasa el borde, pero los descenso se
producen ahora más lentamente. Un efecto similar es
producido por un aumento de la transmisividad del
acuífero.

En un mismo campo de bombeo pueden coincidir varios
timó de bordes o barreras (se llaman barreras
negativas a los bordes impermeables y barreras
positivas a los de potencial constante) y entonces el efecto
que se tiene es la combinación de efectos a medid que el
cono de descensos vaya alcanzando a los distintos
limites.

El efecto de forzar la infiltración de agua
superficial o de otros acuíferos por bombeo por bombeo en
acuíferos directamente relacionados con ellos es llamado
recarga inducida. El agua del río o lago para
llegar al pozo debe sufrir un recorrido más o menos largo
por el acuífero, con el consiguiente efecto de infiltrado
y a veces de homogeneización, lo cual presenta un
indudable interés
practico.

• Ensayos de bombeo y puntos de
  observación

Un ensayo de
bombeo es un ensayo
realizado en condiciones predeterminas y controladas cuyo
objetivo puede
ser:

a) Establecer las características del
acuífero,

b) Conocer el funcionamiento,

c) Determinar la correcta construcción del pozo.

El conocimiento
de las características de un acuífero es importante
en la programación de su óptimo
aprovechamiento y es requisito necesario de cualquier investigación hidrogeológica.
También tiene interés por cuanto permite predecir
de forma razonable cuales va a ser los descensos y los caudales
obtenibles de un pozo tanto a corto como a largo
plazo.

Conociendo las características de un
acuífero puede determinarse el descenso teórico en
el pozo y por lo tanto valorar la eficiencia.

Los ensayos en el
pozo, como único elemento de observación, permite
valorar su eficiencia, trazar su curva característica
también obtener algunas de las características del
acuífero. Sin embargo, para lograr una aceptable
precisión en los datos y valorar suficientemente el
acuífero conviene realizar observaciones en otros puntos
ya sean otros pozos o bien piezómetros especialmente
instalados para ello. El ensayo
observando únicamente el pozo de bombeo se llama a veces
simplemente aforo.

La forma más común de realizar ensayos de
bombeo es extrayendo agua a caudal constante y a partir de un
instante en que se puede suponer que el nivel piezométrico
del acuífero estaba estacionario. Los ensayos que miden en
ascenso de niveles en un acuífero que previamente han sido
bombeados durante un periodo conocido a caudal contante
(ensayo de recuperación) son un importante
complemento al ensayo de bombeo. También pueden realizarse
ensayos de bombeo a descenso contante en el pozo, pero son
raramente plateados. Sin embargo, pueden tener interés en
el caso de disponerse de un pozo surgente en el que el descenso
viene regulado por la posición de la boca de la
perforación.

La observación de los descensos en un campo de
bombeo se hace en pozos ya existentes o en perforaciones
practicadas con ese fin. Si una tal perforación esta
revertida con un tubo y ésta solo está abierta por
el fondo ranurado en una longitud pequeña tenemos un
piezómetro que se puede llamar puntal o
perfecto, ya que mide el potencial hidráulico en
el punto en el punto de abertura. En un mismo lugar y aún
en el mismo acuífero, piezómetros abiertos a
diferente profundidad pueden mostrar niveles diferentes. Si la
longitud ranurada del piezómetro es importante en
relación con el espesor del acuífero o con la
distancia al pozo de bombeo, el nivel que se observa en el es un
valor medio a lo largo de su parte activa entonces se trata de un
piezómetro imperfecto, aunque no por ello deja de
tener utilidad.

Los pozos de observación son muy frecuentemente
piezómetros imperfectos.

Cuando la zona ranurada abarca todo el espesor del
acuífero, se puede conocer el potencial medio, lo cual es
de gran interés en muchos tipos de problemas.

Preparación
ejecución ensayos de bombeo de pozos ensayos de
inyección y recuperación –
métodos

1.-PREPARACION Y EJECUCION DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO

Al enfocar la solución de problemas de
Hidrología Subterránea en pequeña o gran
-escala, nos encontramos contínuamente ante la
situación de poder obtener valores
confiables y representativos de las características
hidráulicas de los acuíferos. Los ensayos o
pruebas de
bombeo han probado ser el medio más adecuado para alcanzar
ese objetivo

Como era lógico esperar, las pruebas de bombeo
han sido interpretadas hasta muy recientemente partiendo del
criterio de que el flujo es lineal en todo el campo alrededor del
pozo. Sin embargo, como se sabe, tanto en acuíferos de
baja como de alta conductividad hidráulica puede
producirse flujo no lineal, lo que implica la necesidad de
interpretar los ensayos con el criterio más general no
lineal, que incluye como caso particular el lineal o Darciano.
Además está claro que el único medio
disponible para poder obtener los valores de los tres
parámetros hidrogeológicos que caracterizan hasta
el momento los acuíferos (k, C y E o sus propiedades
asociadas) es la utilización del enfoque no lineal. Es
utilizando ese nuevo enfoque que se presentarán la
ejecución e interpretación de los distintos tipos de
ensayos de bombeo.

2.- OBJETIVOS Y
TIPOS DE PRUEBAS DE BOMBEO

La ejecución de las pruebas de bombeo responde en
general a uno de los dos objetivos siguientes:

a) Estimar la cantidad de agua que puede extraerse de un
pozo bajo condiciones previamente establecidas, o sea, con
propósitos de aforo. En este tipo de pruebas, basta
generalmente obtener información del pozo de bombeo y de dos
pozos de observación o satélites.

b) Determinar las propiedades hidráulicas de un
acuífero, para poder predecir posteriormente su comportamiento
bajo situaciones diversas, evaluar la disponibilidad de recursos
de agua subterránea, etcétera. En general, en este
caso, es necesario obtener información de varios puntos
seleccionados del acuífero, para lo cual se
utilizarán varios pozos de bombeo con dos o más
satélites cada uno. En la literatura rusa se denomina
a este tipo de pruebas, aforos experimentales.

Por otra parte, desde el punto de vista del caudal
extraído, las pruebas de pozo pueden realizarse a caudal
constante o con abatimiento escalonado.

En las pruebas a caudal constante, éste debe
mantenerse fijo durante toda la realización de la prueba,
por lo que habrá necesidad de ir ajustándolo
según pase el tiempo.

Se denominan pruebas de pozo con abatimiento escalonado
a aquellas en que el caudal extraído del pozo se mantiene
constante durante un tiempo, para cambiar súbitamente a
otro caudal que se mantendrá constante durante otro
tiempo, para volver a cambiar a un tercer caudal durante un
tercer espacio de tiempo, y así sucesivamente.

El número de escalones (de caudales diferentes)
deberá ser como mínimo tres, y los espacios de
tiempo entre los cambios de caudal no tienen que ser iguales,
aunque sí es recomendable que duren lo suficiente para que
pueda utilizarse la aproximación de Jacob de la
ecuación de Theis para flujo impermanente.

Las pruebas con abatimiento escalonado tienen la ventaja
de poder determinar con ellas todas las propiedades
hidrogeológicas de un mismo punto del acuífero sin
necesidad de utilizar otra información que no sea la de
ese punto, por lo que los resultados no quedarán afectados
por las variaciones espaciales de las propiedades, sobre todo en
el caso de los acuíferos con fracturas, fisuras o canales
de disolución, que presentan gran
heterogeneidad.

Aunque se han desarrollado métodos de
análisis a base de abatimiento constante y
caudal variable
(6), un tipo de prueba basado en este criterio sería
imposible de utilizar en la práctica, por las variaciones
continuas que deben introducirse en el caudal, para mantener
constante el abatimiento.

También se pueden determinar las propiedades
hidráulicas de los acuíferos a través de
pruebas de recarga, pero ese tipo de pruebas no será
analizado ya que su utilización es poco
frecuente.

Independientemente del propósito o del tipo de
ensayo de bombeo que vaya a realizarse, se pueden distinguir
claramente en ellos tres fases: el diseño
de la prueba, la realización de las observaciones de campo
y la interpretación de los resultados.

3.- DISEÑO DE LA PRUEBA DE UN
ACUIFERO

Este es probablemente el más importante y
más descuidado de los aspectos fundamentales de una prueba
de bombeo.

El costo de una
prueba de bombeo puede ser muy variable en dependencia de los
objetivos que con ella se persiguen, pero en cualquier caso,
resulta imprescindible diseñar adecuadamente el
experimento para mejorar la probabilidad
de que se obtengan los resultados esperados y evitar un malgasto
de recursos.

El diseño previo de las pruebas, que vayan a
ejecutarse en un acuífero tiene el propósito
fundamental de obtener con una precisión aceptable, los
valores de las características hidráulicas del
medio. Para ello deberá evaluarse el lugar de la prueba,
conocer previamente determinadas características del
acuífero y tomar determinadas precauciones en
relación con los pozos de bombeo, principales o de
control y con
los pozos de observación o
satélites.(1,5)

4.-Evaluación
del lugar de la prueba

La evaluación de las distintas facilidades
existentes en el área donde nos proponemos realizar las
pruebas es el primer paso a dar para preparar el
diseño.

Debe hacerse un inventario de los
pozos existentes tanto abandonados como bajo explotación,
ya que la utilización de algunos de ellos puede significar
una disminución del costo de la prueba, aunque pocas veces
ocurre que la configuración, estado y distribución de los pozos existentes
resulte adecuada para la ejecución de una prueba. El
análisis de las facilidades existentes debe realizarse
teniendo en cuenta las características que deben reunir
los pozos de control y los de observación según
aparece a continuación:

El pozo de control, de bombeo o principal

1. El pozo principal debe tener instalado un equipo de
bombeo confiable, de capacidad adecuada para la prueba y con su
equipo de control de caudal correspondiente.

2. Debe evitarse que el agua extraída pueda
retornar al acuífero durante la prueba, por lo que debe
ser conducida lejos del pozo de bombeo. Este aspecto es de
importancia capital cuando
se trata de un acuífero libre cuya superficie
freática esté cercana a la del terreno.

3. Los dispositivos de descarga de la bomba deben
permitir la instalación fácil de equipos para
control remoto y regulación del caudal.

4. Debe ser posible medir adecuadamente el nivel del
agua en el pozo de control, antes, durante y después de la
prueba.

5. El diámetro, la profundidad total y la
posición relativa de todas las aberturas de la camisa en
el pozo de control deben conocerse detalladamente, es decir,
todas las características del pozo.

Los pozos de observación o satélites

1. Se recomienda normalmente que los pozos
satélite se dispongan en líneas que forman una cruz
cuyo centro es el pozo principal. Cuando exista flujo natural en
un acuífero, uno de los brazos de la cruz deberá
estar orientado según la dirección del flujo y el
otro normal a dicha dirección. (2) Cuando no sea posible
económicamente perforar las 2 líneas de pozos, es
conveniente que los pozos de observación se dispongan en
la línea normal al flujo (1), en la cual el nivel
estático de todos los satélites va a ser el
mismo.

2. Los pozos de observación deben ser por lo
menos 2 y estarán situados a distancias radiales del
centro del pozo principal de 5 m y de 20 m. Cuando se puedan
perforar mayor número de pozos estos deben situarse a 40
m, 80m y 10m del centro del pozo principal. Cuando por causas
económicas en una prueba de aforo sólo se pueda
perforar un pozo de observación, éste deberá
situarse a 4 o 5m del pozo de control. Desde luego, que de esta
forma habrá que utilizar el pozo principal para los
cálculos de las propiedades hidráulicas, con los
inconvenientes que de ello se deriven.

3. La respuesta de todos los pozos de observación
a los cambios de nivel del agua debe probarse inyectando un
volumen
conocido de agua en cada pozo y medir inmediatamente la
declinación del nivel del agua. El aumento inicial del
nivel del agua debe desaparecer en no más de 3h, aunque
resulta preferible una respuesta más
rápida.

4. Deben conocerse la profundidad, el diámetro y
los intervalos con rejilla de cada pozo de
observación.

5. La distancia radial desde cada pozo de
observación al centro del pozo de bombeo debe determinarse
con la precisión necesaria, así como la
posición de todos ellos en el plano.

5.- Información sobre el
acuífero

Debe estar disponible o investigarse convenientemente la
siguiente información sobre el acuífero.

1. Profundidad hasta el acuífero, espesor del
mismo, así como los cambios en su configuración en
el área que va a ser sometida a la prueba.

2. Planos o mapas de las discontinuidades del
acuífero causadas por cambios en la litología o por
la presencia de ríos y lagos.

3. Estimados de todas las propiedades hidráulicas
pertinentes del acuífero y de las rocas adyacentes
realizados por los medios
disponibles. Si se sospecha la presencia de capas semiconfinantes
ésto debe tenerse en cuenta al analizar los resultados de
las pruebas.

6.-Importancia y objetivos de la evaluación
previa a la prueba

La realización de una evaluación previa
del lugar donde se ejecutará una prueba de un
acuífero es muy importante. Es imprescindible tener en
cuenta lo que hemos dicho respecto al pozo principal y los
satélites, tanto para los pozos existentes como para los
que se perforen con el propósito de ejecutar la
prueba.

La evaluación previa del lugar de la prueba tiene
propósitos principales:

a) Describir el acuífero, el pozo de control y
los pozos de observación con el detalle suficiente, que
permitirá enfocar correctamente su
análisis.

b) Suministrar una base firme para predecir el valor
relativo de los resultados de las pruebas teniendo en cuenta las
facilidades existentes y llamar la atención sobre las posibles deficiencias en
la localización de los pozos de observación y en
otros aspectos.

Si la evaluación previa del lugar, indica que
éste tiene características que se desvían
notablemente de las que se suponen al deducir las fórmulas
de pozo existentes, el lugar debe descartarse como zona de
prueba.

Cuando las condiciones del lugar son complejas, como en
el caso de acuíferos libres o pozos de penetración
parcial, es obvio que resulta más difícil predecir
los resultados de la prueba. No obstante, la predicción de
los resultados debe realizarse en todos los sitios que se escojan
para pruebas, ya que de ese modo podremos estar advertidos en
contra de las deficiencias importantes, por ejemplo, en la
configuración de la situación de los pozos y tomar
una decisión acertada respecto a la perforación de
uno o más pozos en puntos claves dentro del sistema.

Los acuíferos confinados son más
fáciles de someter a pruebas que los libres, a causa de
que tienen condiciones de contorno más simples. En los
sistemas no
confinados la movilidad del contorno superior (superficie
freática), las componentes verticales del flujo y la
entrega no lineal del agua desde el almacenaje, son problemas
difíciles de tratar, aunque, sin embargo, estos problemas
han podido analizarse con éxito
recientemente. Debemos recordar, además, que el flujo
libre se puede tratar como confinado dentro de ciertos límites.

En la época anterior a que se hubieran podido
estudiar analíticamente los efectos del flujo vertical y
la entrega retardada de los acuíferos libres, la
práctica común era bombear un "tiempo suficiente"
de tal modo que esos efectos se conviertan en despreciables y se
pudiera aplicar el modelo
más simple del flujo artesiano. Sin embargo no
había un verdadero criterio que cuantificara ese "tiempo
suficiente". En la actualidad, las soluciones
analíticas existentes han permitido elaborar algunos
criterios para definir el "tiempo suficiente" para poder obtener
una respuesta artesiana de un acuífero libre.

En la referencia se mencionan varios de esos criterios,
entre ellos el elaborado por Boulton y por Hantush, que expresa
que las componentes verticales del flujo afectan
significativamente la respuesta del acuífero, para
tiempos:

t < 5 m E/Kz

en la región

0 r/m < 0,2

donde Kz: es la conductividad hidráulica lineal
vertical del acuífero y los demás símbolos, tal como han sido definidos
anteriormente.

7.- REALIZACION DE LA PRUEBA. OBSERVACIONES
DE CAMPO

En general, las pruebas de pozo se ejecutan a caudal
constante o con abatimiento escalonado.

Las pruebas a caudal constante deben hacerse con 2
caudales diferentes por lo menos, que estén entre
sí en una relación mínima de 2 a 3. Las
pruebas con abatimiento escalonado deben hacerse con 3 caudales
diferentes por lo menos, con relaciones entre 2 caudales
sucesivos de 2 a 3 ó 1 a 2. En todos los casos, el caudal
mayor utilizado, será ligeramente superior al que se
propone para la explotación.

En cualquier caso resulta necesario en toda prueba tener
determinada información sobre las características
de los pozos y los records de la variación de los niveles
y del caudal extraído. Todo esto constituye lo que se
conoce como observaciones del campo.

Los records que se necesitan para el análisis y
las tolerancias que se consideran generalmente aceptables en las
mediciones (1), son las siguientes:

1. Caudal del pozo de control: 10%

2. Profundidad hasta el agua en los pozos, por debajo
del punto de referencia: 3mm

3. Distancia del pozo de control a cada pozo de
observación: 0,5%

4. Descripción de los puntos de
referencia

5. Elevación de los puntos de referencia:
3mm

6. Distancia vertical entre los puntos de referencia y
la superficie del terreno: 30mm

7. Profundidad total de los pozos: 1%

8. Profundidad y longitud de los intervalos con rejillas
en todos los pozos: 1%

9. Diámetro, tipo de camisa, tipo de rejilla,
método de construcción de todos los
pozos.

10. Localización de todos los pozos en planta en
relación con algún levantamiento topográfico
o por coordenadas de latitud y longitud (la precisión
dependerá de lo que necesitemos en cada caso), pero sobre
todo debe estar bien clara la posición de los pozos de
observación respecto a los de control.

La litología y las características de
construcción de los pozos de observación y el de
control se obtendrán, según el caso, entrevistando
al responsable del lugar o al que los perforó o de los
records litológicos y de las características
constructivas que deben prepararse cuando el pozo haya sido
construído específicamente para la
prueba.

8.-Observación de los niveles del
agua

Las fórmulas de flujo hacia los pozos se basan,
generalmente, en el cambio de la
carga, h, o en el cambio de abatimiento S. Es muy importante
recordar que los cambios de profundidad hasta el agua, observados
durante la prueba pueden incluir componentes debidas a otras
variables,
como son, por ejemplo, las variaciones de la presión
atmosférica, el efecto de las mareas y una posible recarga
del acuífero. Por otra parte, el flujo natural en la
mayoría de los acuíferos es generalmente diferente
de día a día, por consiguiente se hace necesario
observar las profundidades hasta el agua durante un tiempo
anterior a la prueba, para determinar la tendencia del nivel del
agua y usarla al calcular los abatimientos (Fig. 2.1).

Fig.2.1 Hidrograma de un pozo de observación
indicando el abatimiento sobre la base de la tendencia del nivel
del agua subterránea cuando no existe
extracción.

La observación de los abatimientos con
precisión sólo puede lograrse con una buena
predicción de la tendencia del nivel del agua o si los
efectos de abatimiento de la prueba son grandes en
relación con otros efectos.

El período de observación anterior al
comienzo de la prueba (anterior a t=0), deberá ser, como
regla general, al menos del doble del tiempo que dure la prueba
de bombeo.

En las zonas de prueba correspondientes a
acuíferos artesianos debe llevarse un récord
contínuo de la presión atmosférica (con
sensibilidad de 3mm de mercurio)
durante los períodos de prueba y de identificación
de la tendencia del nivel anterior a la prueba. Este
récord permitirá realizar los ajustes
pertinentes.

A partir de las mediciones del nivel del agua antes de
comenzar la prueba, de igual modo que se identifican los efectos
de la presión atmosférica, podrán
identificarse otras perturbaciones del nivel del agua tales como
las que producen la operación de pozos cercanos, la
recarga del acuífero y las sobrecargas producidas por
trenes o fenómenos sísmicos.

Durante la prueba, la profundidad hasta el agua en cada
pozo, debe medirse con frecuencia suficiente para que podamos
contar con un buen número de observaciones en cada ciclo
logarítmico (alrededor de 8 a 10, por ejemplo). Esto puede
lograrse, por ejemplo, si ejecutamos mediciones del nivel en los
tiempos t=1, 1 1/2, 2, 3, 4, 5, 6, 8 y 10 min y en todos los
múltiplos de 10 de esos tiempos en los ciclos
siguientes.

Durante las 2 h ó 3 h primeras a partir de que se
inicia la prueba es preferible que haya un observador en cada uno
de los pozos de observación y en el de control.
Despúes de los 300 minutos las mediciones se harán
con espacios de tiempo de 100minutos o más entre
sí; en ese caso, podrá utilizarse un solo
observador para tomar toda la información, ya que le
resultará relativamente fácil trasladarse a los
distintos lugares en un tiempo relativamente corto; eso
sí, las mediciones deberá hacerlas siempre
siguiendo una misma secuencia.

Aunque no es totalmente imprescindible medir todos los
pozos simultáneamente, sí es conveniente conseguir
una separación uniforme de los abatimientos en la escala
logarítmica del tiempo. El tiempo anotado para cada
observación debe ser el real. Todos los cronómetros
utilizados deben sincronizarse antes de iniciar las pruebas y
deben tomarse las precauciones necesarias para que cada
observador sea notificado en el instante en que comenzó la
prueba.

Como ya hemos visto anteriormente, en el pozo de bombeo
es necesario tener en cuenta las pérdidas que pueden
ocurrir aparte de la correspondiente a la resistencia del
acuífero, por eso es imprescindible tener toda la
información relativa a las características de
construcción de dicho pozo.

Durante la realización de la prueba deben
anotarse todos los detalles que permitan posteriormente
identificar cualquier aberración en las observaciones de
los niveles. Cuando se quiera utilizar el método de
recuperación, deberá medirse el nivel del agua a
partir de que cese el bombeo, haciendo también 8 a 10
mediciones por ciclo logarítmico.

9..-Medición del caudal

El caudal obtenido en el pozo principal se mide
normalmente haciendo pasar el flujo por una restricción,
para la cual se conoce la curva de calibración. En los
manuales de
hidráulica hay abundancia de descripciones y calibraciones
de este tipo de dispositivos. En caso de no poder contarse con
dispositivos semejantes, puede utilizarse un recipiente
previamente tarado en el que se medirá el tiempo de
llenado del mismo.

En las pruebas a caudal constante es importante medirlo
periódicamente y ajustarlo en caso necesario. La
frecuencia de medición y ajuste del caudal durante una
prueba depende de la bomba, el pozo, el acuífero y las
características de la energía disponible. No
obstante, es recomendable que durante la primera hora de bombeo
el caudal se mida por lo menos 3 veces, y se ajuste en caso
necesario, ya que en ese espacio de tiempo es cuando más
rápidamente crece el abatimiento y por consiguiente la
carga de bombeo.

A partir de la primera hora de bombeo, deberá
medirse y ajustarse con intervalos de 100 minutos a 200 minutos
coincidiendo con alguno de los momentos en que se realicen
observaciones del nivel. En todos los casos se tendrán los
cuidados necesarios para mantener el caudal dentro del rango
deseado, y no debe permitirse que varíe por encima de —
10%, ya que mayores variaciones producirían aberraciones
en los abatimientos que son muy difíciles de tratar en el
momento en que vayan a analizarse los datos tomados durante la
prueba.

Debe tomarse nota de cualquier cosa que pueda resultar
de interés posteriormente, cuando los datos de la prueba
vayan a ser analizados. Cuando la prueba requiera cambios en el
caudal, como en las pruebas con abatimiento escalonado, la
descarga de la bomba debe poder regularse por una válvula
de cuña para ajustarse rápida y fácilmente a
los distintos caudales programados.

LOS ENSAYOS DE BOMBEO

Una vez alcanzado el acuífero mediante un sondeo
o pozo hay que verificar de forma práctica sus
características. No basta saber que hay agua. Hace falta
conocer cuánta hay. Qué caudal (litros por segundo)
podemos extraer.

Los "ensayos de bombeo" sirven para este fin. Se extrae
durante cierto tiempo, dos días por ejemplo, un caudal del
acuífero a través del pozo. Se controla como
varía el nivel del agua en el pozo a lo largo de este
tiempo.

En general, si baja poco, el acuífero puede ser
bueno. Puede suministrar ese caudal con ese sondeo. Las
características del acuífero (permeabilidad,
coeficiente de almacenamiento, espesor, etc.) son
idóneos.

A veces puede ocurrir que por mala ejecución del
sondeo o pozo de captación el resultado del
ensayo sea negativo. A pesar de que el acuífero en
sí tenga buenas características. Esto ocurre, por
ejemplo, cuando no se disponen adecuadamente los
filtros entre la pared del terreno y la tubería. Si la
obra está mal hecha, se "atoran". Su resistencia al paso
del agua aumenta.

En la experiencia del ensayo de bombeo habrá que
tener cuidado para que las aguas extraídas no nos
confundan. Habrá que verterlas lejos. O en algún
punto, tal que aunque se filtren, no vuelvan a
engrosar el nivel en el lugar en que se realiza el
bombeo.

Para conocer aún mejor las características
del acuífero, se realizan a veces otros controles. Se
inyectan en el terreno o en sondeos, pequeñas
cantidades de un producto
fácilmente distinguible, que se disuelve en el agua.
Después sale por fuentes
naturales o por otros pozos y sondeos. Así puede
saberse cómo se mueven las aguas
subterráneas.

1.- LA ESTRUCTURA DE
UN POZO DE BOMBEO

El pozo de bombeo, perforado en un acuífero por
cualquier procedimiento, podrá estar provisto de una
estructura, cuando sea necesaria para garantizar la estabilidad
de las paredes de la perforación. Esta estructura
ocupará una parte del espacio interior definido por la
cara del pozo (figura 1.3)

En su forma más general, tal como aparece
representada en la figura 1.3, la estructura del pozo, al
atravesar el acuífero, puede estar compuesta por un
empaque de
grava y una camisa, total o parcialmente convertida en rejilla,
que permitirá que el agua entre a dicha camisa para ser
extraida por la bomba:

Fig. 1.3 Representación esquemática de la
estructura de un pozo de bombeo y de las zonas
características en su cercanía.

Las operaciones de
perforación y el desarrollo del
pozo afectarán al acuífero más allá
de la cara del pozo. El desarrollo remueve el material más
fino del acuífero, corrigiendo cualquier afectación
o colmatación en la formación geológica
originadas como efecto colateral del proceso de
perforación. Asimismo, estabiliza la formación
alrededor del pozo, de modo que el agua extraída
estará desprovista de arena y aumenta además la
porosidad y la permeabilidad de la formación natural en la
vecindad del pozo de extracción. (2)

Es decir, que en la práctica, una vez
desarrollado el pozo, se formará una zona de desarenado
más permeable que el acuífero, que se
extenderá desde la cara del pozo hasta una distancia rda,
que definirá el comienzo de la formación
acuífera no alterada. (2)

De esa forma, quedan definidas tres zonas alrededor de
la camisa del pozo:

• Zona del empaque de gravas, comprendida entre las
  distancias radiales rw y rp.

• Zona de desarenado, comprendida entre las distancias
  radiales rp y rda.

• Zona del acuífero no alterado, situada
  más allá de la distancia radial rda.

Las distancias radiales que definen estas zonas,
están definidas como:

rw, distancia del centro del pozo a la cara interior de
la tubería de revestimiento (camisa) y rejilla.

rp, distancia del centro del pozo hasta el límite
exterior del empaque de grava (cara del pozo).

rda, distancia del centro del pozo hasta la
formación acuífera no alterada.

Como cada zona tiene sus características
hidrogeológicas propias, el abatimiento que se produce en
el pozo, Sw, para el caso de un acuífero confinado,
estará formado por varias componentes y podrá
expresarse como (7).

donde:

Srda, abatimiento producido en el acuífero no
alterado a la distancia rda

abatimiento adicional que se produce en la zona de
desarenado (diferencia en abatimiento entre las distancias rp y
rda)

abatimiento adicional que se produce en el empaque de
gravas (diferencia en abatimiento entre las distancias rw y
rp)

pérdida de carga en la rejilla y la
tubería de revestimiento del pozo (camisa)

A partir del análisis de estas componentes del
abatimiento el autor ha podido formular una nueva ecuación
característica para el pozo de bombeo (7), que aparece
más adelante como ecuación 3.8.

2.-. ECUACIONES
BASICAS PARA EL ANALISIS DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO

Según el agua se mueve desde el radio de
influencia hacia el centro de un pozo, aumentará el
gradiente para poder aumentar la velocidad en
proporción a la disminución del área
cilíndrica a través de la cual fluye el agua. Este
aumento de velocidad implica un aumento del número de
Reynolds según se esté más cerca del pozo,
lo que da lugar a la posibilidad de que aún cuando el
régimen en las zonas más alejadas sea darciano,
cambie a no lineal (se desvíe de la ley de Darcy) en
una región más o menos cercana al pozo. Esto
estará en función del caudal extraído y de
las características hidrogeológicas del
acuífero.

Es lógico que de existir desviaciones de la ley
de Darcy, éstas se hagan más evidentes en el propio
pozo o en la zona de acuífero inmediata a
él.

Sin embargo, en general ha sido costumbre atribuir las
desviaciones de la ley de Darcy observadas en los pozos a
pérdidas de carga producidas por el paso del agua a
través de su estructura (empaque de gravas, rejilla y
camisa), considerándose que en el acuífero
propiamente dicho, sólo ocurre flujo lineal o
darciano.

Este punto de vista no es válido como criterio
general ya que se ha comprobado que en la práctica, tanto
en acuíferos de alta como baja conductividad
hidráulica, en zonas más o menos alejadas del pozo
de bombeo, se producen desviaciones importantes de la ley de
Darcy y se presenta el flujo no lineal (6,10). O sea que el
análisis del flujo hacia los pozos deberá hacerse
siempre partiendo del enfoque no lineal.

Lo anterior implica que pueden aparecer alrededor del
pozo de bombeo los distintos regímenes de
circulación del agua subterránea (desde el darciano
al turbulento puro), pero, ¿cómo determinar en
forma sencilla las zonas en que ocurren los diferentes tipos de
flujo y los límites que las separan? De acuerdo con lo
propuesto por Pérez-Franco (8), si se tiene en cuenta que
para un caudal determinado, Q, la velocidad aumenta según
disminuye el área de flujo hacia el centro del pozo, la
imagen más completa del flujo alrededor del mismo,
debería concebirse como formada por un máximo de
tres zonas, tal como aparece en la figura 3.1, que van de flujo
turbulento puro en la zona más cercana al pozo, hasta
flujo darciano en la zona más alejada, pasando por una
intermedia de flujo no lineal. De acuerdo con las
características del acuífero y el caudal
extraído, en algunos casos existirá una sola zona:
la lineal o darciana; en otros, dos zonas: la lineal y la no
lineal, y en otros las tres zonas.

Fig.3.1 Zonas de flujo alrededor de un pozo

El límite entre las zonas de flujo no lineal y
lineal, está definido por el llamado radio de Darcy, r D,
que se expresa como (8):

El límite entre las zonas de flujo no lineal y
turbulento puro, está definido por el llamado radio
turbulento, rT, que se expresa como (8):

Por comparación entre las ecuaciones 3.1 y 3.2
resulta:

Comparando los valores de r D y r T con el del radio del
pozo, rP, puede definirse fácilmente el número y
tipos de zonas existentes y la imagen completa del flujo
alrededor del pozo para el caudal correspondiente. De ese
modo:

Si r D Si r D > r P y r T Si r T > r P
existirán las tres zonas de flujo

Independientemente del número de zonas de flujo
que puedan distinguirse alrededor del pozo, basta que r D sea
mayor que r P para que haya que aplicar necesariamente el enfoque
no lineal para analizar el flujo hacia el pozo. Por otra parte,
si se utiliza el enfoque no lineal y el flujo es darciano en todo
el campo, el propio proceso de cálculo lo indicará
sin dar origen a ninguna dificultad en el análisis. Es por
eso que se recomienda utilizar siempre el enfoque no
lineal.

También se acostumbra hablar de métodos de
equilibrio y
métodos de no equilibrio (flujo impermanente). Realmente,
si se hace un ensayo de bombeo, no cuesta ningún trabajo anotar
las informaciones pertinentes que ocurren a través del
tiempo y aprovechar las inmensas ventajas que se derivan de usar
los métodos que se basan en flujo impermanente. Es por
eso, que las ecuaciones que se presentan para analizar los
distintos tipos de acuíferos solamente serán para
flujo impermanente, que de hecho contienen en sí como
casos particulares los que corresponden a flujo permanente
(condiciones de equilibrio).

La duración de los ensayos para la mayoría
de los propósitos no tiene que pasar de 8 a 10 horas y
sólo deben prolongarse cuando se haga necesario
discriminar la existencia de fronteras geológicas que
limitan el acuífero, ya sean éstas positivas o
negativas.

3.- REPRESENTACION GRAFICA DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS
DE BOMBEO

Para representar los resultados de los ensayos de bombeo
ha sido costumbre utilizar tres tipos de gráficos:

a) gráficos de tiempo-abatimiento

b) gráficos de distancia-abatimiento

c) gráficos de
tiempo-distancia-abatimiento

Estos gráficos se han utilizado normalmente para
determinar las propiedades hidrogeológicas y otras
características de los acuíferos,
(1) sin embargo, la probabilidad de que ocurra flujo no
lineal hacia el pozo de extracción limita las
posibilidades de utilización de los mismos en
relación con lo acostumbrado.
(5)

La representación gráfica de los
resultados de los ensayos puede hacerse en escala
aritmética, logarítmica o semilogarítmica.
Los gráficos en escala aritmética se utilizan poco
y tienen escaso valor práctico.
(4) Los gráficos en escala logarítmica son
útiles para reconocer el tipo de acuífero
(3) y para determinar las propiedades de los mismos. Los
gráficos semilogarítmicos son los que más se
utilizan y los que brindan en general una mayor potencialidad de
análisis.

Los gráficos de tiempo-abatimiento representan la
relación entre el abatimiento, Sr, en un punto del
acuífero situado a una distancia r del centro del pozo de
bombeo y el tiempo, t, a partir del comienzo del bombeo.
Generalmente el tiempo se representa en el eje de las abscisas y
el abatimiento en el eje de las ordenadas.

Los gráficos de distancia-abatimiento representan
el abatimiento que se ha producido en un instante de tiempo, t,
determinado a partir de que se inició el bombeo, a las
distancias radiales a que se encuentran los distintos puntos del
acuífero. O sea, que este tipo de gráfico describe
la forma del cono de abatimiento o depresión
para un instante determinado. Generalmente la distancia se
representa en el eje de las abscisas y el abatimiento en el de
las ordenadas.

Como se ha visto, la información que brinda el
gráfico de tiempo-abatimiento es para un punto determinado
del acuífero y la que brinda el de distancia-abatimiento
es para un tiempo determinado. Para analizar en un solo
gráfico los diferentes puntos del acuífero para los
distintos tiempos, es costumbre utilizar gráficos que
relacionan el abatimiento con la cantidad t/r2 (1,

4) y que el autor ha denominado gráficos de
tiempo-distancia-abatimiento
(5).

Se sabe que la ecuación general del flujo hacia
un pozo en régimen impermanente no lineal está
expresada para acuíferos libres y confinados,
por:

lo que puede expresarse abreviadamente como:

donde: SD, componente lineal del abatimiento, expresada
por el primer término del segundo miembro de la
ecuación 3.4

ST, componente turbulenta del abatimiento, expresada por
el segundo término del segundo miembro de la
ecuación 3.4

Sobre la base de la representación gráfica
de esta ecuación se hará a continuación el
análisis de la utilización de los distintos tipos
de gráficos y sus limitaciones.

4.- USO DE LOS GRAFICOS DE
DISTANCIA-ABATIMIENTO

Los gráficos de distancia-abatimiento se
presentan generalmente en dos formas:

a) en escala aritmética

b) en escala semilogarítmica

El gráfico en escala aritmética tiene poca
utilidad y prácticamente no se usa.

Los gráficos en escala semilogarítmica
relacionan Sr con log r. Para analizar la utilización de
este tipo de gráficos hay que distinguir si el flujo hacia
el pozo es lineal en todo el campo de flujo alrededor del mismo,
(rp

Para el caso del flujo lineal, la ecuación
general 3.4 queda reducida a la componente lineal del flujo, o
sea que:

Para régimen lineal impermanente, los
gráficos semilogarítmicos de distancia-abatimiento
para un instante determinado se preparan en papel
semilogarítmico, con el abatimiento en la ordenada en
escala aritmética y la distancia en escala
logarítmica en el eje de las abscisas, y son en realidad
una representación gráfica en ese instante de la
traza de la superficie del cono de depresión en un plano
vertical, o sea, de la curva de abatimiento. En este caso, la
curva de abatimiento estará representada por una recta,
tal como muestra la figura
4.1.

Fig. 4.1 Representación de la curva de abatimiento
en gráfico semilogarítmico

Porqué para flujo lineal la curva de abatimiento
en escala semilogarítmica es una recta, puede reconocerse
analizando la ecuación 4.2. De acuerdo con dicha
ecuación, para un tiempo determinado, t = constante, la
diferencia de abatimiento entre dos puntos situados a las
distancias r1 y r2 del centro del pozo principal (el punto 2 es
el más alejado) puede expresarse como:

Se ve claramente que la ecuación 4.4 representa
una recta en el plano abatimiento-logarítmico de la
distancia. En esta situación la intersección de la
recta con el eje de las abscisas (SD = O), representa el radio de
influencia (rO) para el instante considerado. Además se
podrán determinar TD y E en condiciones de flujo lineal
(4, 6). En forma general se recomienda que haya
información al menos de tres puntos para poder trazar una
buena recta de ajuste.

Sin embargo, en el caso del flujo no lineal, la
representación no es una recta, sino una curva que
quedará claramente definida por dichos tres
puntos.

Si se analiza la ecuación 3.4 se puede observar
que la componente turbulenta del abatimiento puede expresarse
también como:

La representación de la ecuación general
no lineal (ecuación 3.4) en el gráfico Sr vs log r
para un tiempo fijo, se hará analizando sus
componentes:

La componente lineal, SD, estará representada por
una línea recta (E-F, figura 4,2), sin embargo,
según revela la ecuación 4.5 la componente
turbulenta es función del inverso de la distancia y no del
logarítmico de la distancia, de donde resulta que la suma
de las dos componentes, o sea, el abatimiento total, Sr,
quedará representado por una curva (GHI, figura
4.2).

Fig. 4.2 Gráfico de
distancia-abatimiento

De lo anterior resulta que el gráfico de
distancia-abatimiento no puede utilizarse cuando el flujo es no
lineal con los propósitos acostumbrados de determinar TD,
E y ro.

Por otra parte, para conocer si el flujo que ocurre es
lineal o no lineal haría falta tener tres pozos de
observación situados a diferentes distancias, lo que
permitiría reconocer si los tres puntos correspondientes
al representarlos en el gráfico de distancia-abatimiento
están en línea recta (flujo lineal) o no lo
están (flujo no lineal). Como en la mayoría de los
casos de lo que se dispone cuando más es de dos pozos de
observación, no se tendría la seguridad de si
se puede utilizar o no el gráfico de distancia-abatimiento
para determinar las propiedades. Como por otra parte, el flujo no
lineal puede presentarse en cualquier tipo de acuífero
(7), es preferible no utilizar este tipo de gráfico en
el análisis de los resultados de los ensayos de
bombeo.

5.- TIPO DE GRAFICOS QUE ES PREFERIBLE
UTILIZAR EN EL ANALISIS DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO

Del análisis realizado sobre los distintos tipos
de gráficos que ha sido costumbre utilizar en la
interpretación de los ensayos de bombeo y las limitaciones
que se presentan en algunos de ellos se pueden resumir las
siguientes conclusiones:

a) Los gráficos de Sr-log (t/r2) no pueden
utilizarse cuando el flujo es no lineal.

b) Cuando el flujo es no lineal, el gráfico
semilogarítmico de distancia-abatimiento es una curva y no
es posible utilizarlo con los propósitos
acostumbrados.

c) Los gráficos semilogarítmicos de
tiempo-abatimiento se pueden utilizar en régimen no lineal
con los objetivos acostumbrados con la única advertencia
de que hay que determinar el coeficiete de almacenamiento por un
procedimiento diferente al usado corrientemente.

d) Como de los gráficos de tiempo-abatimiento se
puede obtener toda la información que se podrá
lograr de los otros tipos de gráficos y no están
limitados en su uso cuando ocurre flujo no lineal, resulta
recomendable basar el análisis gráfico de los
resultados de los ensayos de bombeo solamente en procedimientos de
tiempo-abatimiento.

6.- RECONOCIMIENTO DEL TIPO DE ACUIFERO A TRAVES DE LA
REPRESENTACION GRAFICA DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE
BOMBEO

Como ya se ha dicho, la forma de los gráficos de
tiempo-abatimiento en escala doble logarítmica, permite
identificar el tipo de acuífero. En la figura 4.3 aparecen
las curvas típicas de tiempo-abatimiento para
acuíferos confinados, semiconfinados, semilibres o libres
con entrega retardada y para acuíferos libres. De ese
modo, disponiendo de gráficos logarítmicos los
resultados de los ensayos de bombeo, y comparando la forma de la
curva que los representa con las formas típicas de la
figura 4.3 se podrá reconocer el tipo de acuífero y
proceder al análisis de los resultados con las ecuaciones
correspondientes.

A.- IDENTIFICACION DE FRONTERAS
HIDROGEOLOGICAS A TRAVES DE LOS GRAFICOS DE
TIEMPO-ABATIMIENTO

Como se ha dicho, para un acuífero confinado por
ejemplo, la representación de los resultados de un ensayo
de bombeo en un gráfico semilogarítmico de
tiempo-abatimiento es una línea recta. Como se sabe, el
abatimietno aumenta y el cono de depresión se expande a
medida que pasa el tiempo. La tendencia del abatimieto queda
definida por la línea recta del gráfico, pero si el
cono de depresión en su avance alcanza una zona de recarga
o una frontera
impermeable, quedan modificadas las superposiciones sobre las
cuales descansa la extensión indefinida de la línea
recta (acuífero de extensión infinita y procedencia
del agua extraída sólo del almacenamiento) y ese
cambio aparecerá en el gráfico como un cambio de
pendiente, a causa del consecuente aumento o disminución
del abatimiento.