Prueba De Bombeo

1. PRUEBAS DE BOMBEO

Las pruebas de bombeo son utilizadas para determinar los parámetros hidrogeológicos de un acuífero como son: Conductividad hidráulica K, transmisividad T y el coeficiente de lmacenamiento S, determinar el comportamiento del acuífero frente a un bombeo, hallar fronteras como flujo impuesto o potencial constante. La permeabilidad y el coeficiente de almacenamiento son necesarios para el diseño de pozos, cálculo de abatimientos, e interferencias, etc., y en general para tener un manejo óptimo del recurso.

Los ensayos de bombeo a caudal constante, necesitan para su realización, pozos perforados, de tal manera que se cumplan las condiciones teóricas necesarias para aplicar las ecuaciones de la hidráulica de pozos como:

 Pozo totalmente penetrante en el acuífero

 Acuífero horizontal de extensión infinita

 Medio homogéneo e isotrópico

 Flujo radial

En muchas zonas existen gran cantidad de pozos hechos a mano, donde las condiciones anteriores no se cumplen, lo cual implica que hay que mirar muy críticamente los resultados de los ensayos de bombeo tradicionales, basados en el ajuste de los registros de abatimientos vs tiempo a la ecuación de Theis:

Siendo:

Donde:

La función W(u) se conoce con el nombre de función de pozo en acuífero cautivo y es un parámetro adimensional. Si u ≤ 0.01, el abatimiento puede calcularse con la ecuación de Jacob:

Aunque, por las razones expuestas anteriormente, los ensayo de bombeo y de recuperación tradicionales, no son en este caso totalmente confiables para los pozos perforados manualmente, pueden dar alguna idea de los parámetros del acuífero.

La Tabla 1 presenta las coordenadas de los sitios donde se realizaron las pruebas de bombeo en la zona de Yondó y el parámetro T, hallado con las pruebas tradicionales. Tabla 6.1. Coordenadas y valores de T para las pruebas de bombeo y de recuperación realizadas

En pozos hechos a mano de diámetros cercanos a un metro (Foto 6.2), la literatura mas reciente, (Mace, 1999) recomienda utilizar pruebas “Slug-Test”. En estas pruebas se bombea el pozo hasta que el abatimiento alcanza su valor máximo y luego se miden los abatimientos residuales durante la recuperación del pozo. Existen varios métodos para interpretar los resultados de este tipo de ensayos, como son el de Cooper-Bredehoeft-Papadopulos y el de Hvorslev.

Pozo excavado a mano con estratos marcados de gravas

1.1 MÉTODO DE COOPER – BREDEHOEFT - PAPADOPULOS

Se tiene un pozo en un acuífero confinado, tal como se muestra en la Figura 6.2, con radios rc, y rs del pozo y de la rejilla respectivamente. Inmediatamente después de que el pozo alcanza su mínimo nivel Ho, se empiezan a medir los niveles H en un tiempo t.

Se tiene la relación:

Donde es una función, que puede representarse por medio de curvas tipo como la mostrada en la Figura:

Esquema para una prueba de bombeo “Cooper-Bredehoeft-Papadopulos”

Curvas tipo para “Slug Test”

1.2 MÉTODO DE HVORSLEV (1951)

Al igual que en el método anterior se miden las cabezas piezométricas h, correspondientes a su tiempo t y se grafica en papel semilog la relación como muestra la en la gráfica To es el tiempo que transcurre para que el agua alcance un 37% de su nivel inicial.

Cabezas piezométricas vs t para el método de Hvorslev

1.3 EFECTOS DE LA PENETRACIÓN PARCIAL DE LOS POZOS

Cuando se perfora un pozo que no penetra totalmente un acuífero, las condiciones de aproximación del flujo al pozo cambian, no se dan flujos totalmente radiales como lo exige la teoría, y aparecen componentes verticales de la velocidad, lo que puede conducir a errores al aplicar las ecuaciones tradicionales (Theis, jacob, etc)

Los efectos de pozos parcialmente penetrantes son despreciables distancias r

mayores que:

Los principales efectos que causa una penetración parcial de los pozos son:

1. En pozos equidistantes del pozo de bombeo se pueden tener curvas diferentes

2. Puede haber mayores abatimientos en pozos lejanos que en pozos cercanos al pozo de bombeo.

3. Se pueden presentar curvas similares a las de acuíferos con drenaje diferido

2. PREPARACION Y EJECUCION DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO

2.1 INTRODUCCION

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.

2.2 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.

2.3 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

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