Obtención de muestrasDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a: navegación, búsqueda

La toma u obtención de muestras es el procedimiento que consiste en recoger partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizará un reconocimiento geotécnico del mismo.

Las muestras son porciones representativas del terreno que se extraen para la realización de ensayos de laboratorio. Según la forma de obtención, pueden clasificarse de forma general en dos tipos:

Muestras alteradas: conservan sólo algunas de las propiedades del terreno en su estado natural.

Muestras inalteradas: conservan, al menos teóricamente, las mismas propiedades que tiene el terreno "in situ".

Muestras obtenidas en calicatas[editar]

Muestras alteradas:

Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora, introduciéndolo en bolsas. Si se pretende obtener la humedad del terreno, puede guardarse la muestra en un recipiente estanco, o parafinarla.

Muestras inalteradas:

Requieren una limpieza superficial previa a la toma de la muestra, y un parafinado posterior de las caras de la muestra, en las que el suelo queda en contacto con el exterior. Pueden ser:

- En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamente cúbico, con dimensiones superiores a 15 ó 20 cm. La calidad de esta muestra es excelente.

- Cilíndrica: mediante la hinca por golpeo manual de un tomamuestras cilíndrico de diámetro no menor de 15 cm.

Muestras obtenidas en sondeos[editar]

Muestras alteradas:

Obtenidas de trozos de testigo o de muestras de ensayo SPT. Análogamente al caso de muestras alteradas obtenidas en calicatas, se tienen en cuenta las mismas consideraciones.

Muestras inalteradas:

Se consiguen mediante tomamuestras adecuados. Los más utilizados son los tomamuestras abiertos de pared gruesa y el tomamuestras de pared delgada o Shelby. También, en suelos muy sensibles a la alteración inherente a la maniobra, puede utilizarse el tomamuestras de pistón de pared gruesa o delgada.

El utilizado con mayor frecuencia es el primero de los citados. Consta de un tubo cilíndrico de pared gruesa dotado de una zapata separable. El resto del tubo es bipartido (por dos generatrices), para la extracción posterior de la muestra una vez tomada. En el interior se aloja una camisa fina que generalmente es de PVC, aunque puede ser metálica, donde se introduce la muestra para enviarla al laboratorio, habiendo parafinado previamente las caras extremas para evitar pérdidas de humedad.

En suelos blandos, el grosor de la zapata provoca una fuerte alteración de la muestra. Para evitarlo, se recurre al tomamuestras de pared delgada, también denominado Shelby. En este caso, no se introduce ninguna camisa en el interior del tomamuestras, sino que la muestra se envía al laboratorio dentro del mismo tubo Shelby, convenientemente tapado y parafinado.

En suelos arcillosos muy duros o en rocas, no se pueden introducir tubos tomamuestras mediante presión o percusión: en el caso de arcillas muy firmes, la introducción del tubo tomamuestras por medio de un gran número de golpes, provoca la total alteración del suelo. Por ello, debe obtenerse la muestra con la batería de perforación. Si este suelo duro o roca requiere agua para el avance, (y esto puede dar lugar a una alteración de la muestra), se debe utilizar tubo sacatestigos doble. El testigo que va a ser enviado como muestra al laboratorio, debe ser envuelto en un mallazo y parafinado posteriormente.

Muestras Alteradas

Una muestra alterada se define como aquella donde parte de ella o toda, ha sufrido una alteración tal que ha perdido la estructura que poseía in-situ, estas muestras no representan de forma real las propiedades ingenieriles de resistencia y permeabilidad del suelo. Una muestra inalterada generalmente es usada para los procesos de identificación y caracterización del suelo. Las muestras inalteradas también son usadas para preparar especímenes de laboratorio y evaluar en ellos propiedades de permeabilidad y resistencia mecánica, cuando la destinación del suelo sea como elemento de construcción. Están constituidas por el material disgregado o fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad; no obstante, en algunas ocasiones conviene conocer el contenido de agua original del suelo, para lo cual las muestras se envasan y transportan en forma adecuada. Podrán obtenerse de una excavación, de un frente, ya sea de banco o bien, de perforaciones llevadas a profundidad con herramientas especiales. Las muestras deberán ser representativas de cada capa que se atraviese, hasta llegar a una profundidad que puede corresponder al nivel más bajo de explotación, al nivel de aguas freáticas o aquél al cual sea necesario extender el estudio.

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Ingeniería geotécnica

Laboratorio de Geotecnia (LG)

PresentaciónEl Laboratorio de Geotecnia es uno de los órganos en los que se estructura el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX).

En el ámbito de la geotecnia, y de acuerdo con lo establecido en el Estatuto del CEDEX, al Laboratorio de Geotecnia le corresponden las siguientes funciones:

Realizar actividades de obtención, investigación, experimentación y gestión de datos relativos a recursos y fenómenos de la naturaleza.

Definir, diseñar, mejorar y, en su caso, evaluar y certificar las características de los materiales, elementos, técnicas, métodos y sistemas, así como fomentar su normalización.

Proponer, estudiar y elaborar, directamente o en colaboración, reglamentaciones, normas y, en general, cualquier clase de especificaciones técnicas.

Promover y proponer programas de investigación, desarrollo tecnológico e innovación en los ámbitos de actuación de los Ministerios de Fomento y de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino.

Desarrollar proyectos de investigación, desarrollo tecnológico e innovación, teniendo en cuenta las directrices contenidas en los planes europeos y nacionales y en los programas a los que se refiere el apartado anterior o a iniciativa propia.

Prestar asistencia técnica especializada tanto al sector público como al privado, con atención prioritaria a los departamentos ministeriales de los que depende funcionalmente.

Colaborar y fomentar la colaboración con otros órganos de las administraciones públicas y con instituciones nacionales e internacionales en actividades de asistencia técnica, experimentación, investigación, desarrollo tecnológico e innovación y transferencia de tecnología.

Dictar laudos arbitrales en casos litigiosos, cuando oficialmente sea requerido para ello.

El Laboratorio de Geotecnia centra su actividad en los aspectos relacionados con la mecánica de suelos y de rocas, y, en general, con la ingeniería geológica y geotécnica aplicada, principalmente, a las vías de comunicación, a las obras hidráulicas, a las portuarias y a las ambientales, así como a las edificaciones. Esta actividad se desarrolla a través de la investigación, la experimentación y la asistencia técnica. En concreto, en el Laboratorio de Geotecnia se efectúan ensayos de laboratorio sobre muestras de aguas, suelos y rocas, y ensayos de campo, geotécnicos y geofísicos, para el reconocimiento del terreno y para la auscultación y control de las obras. Se realizan, entre otros, estudios de caracterización del terreno, de estabilidad, de mejora del terreno, de análisis de interacción suelo-estructura y de geotecnia medioambiental. Se desarrollan también nuevas técnicas, tecnologías y procedimientos de evaluación aplicados a la geotecnia. También se llevan a cabo acciones de formación, destacando la organización, anualmente, junto con la Universidad Politécnica de Madrid, del Máster en Mecánica del Suelo e Ingeniería Geotécnica.

Para el desempeño de estas funciones, el Laboratorio de Geotecnia cuenta con una plantilla de 80 personas, organizadas en diversas áreas de actividad. A las unidades técnicas se suman servicios de administración, biblioteca, reprografía e informática.

El Laboratorio de Geotecnia ocupa en la actualidad un edificio de cuatro plantas más un semisótano, que acoge las diversas instalaciones que lo configuran, dentro del recinto central del CEDEX, en el cerro de San Blas (c/Alfonso XII, 3 y 5, Madrid 28014). Depende también del Laboratorio de Geotecnia la instalación de ensayos ferroviarios del CEDEX, localizada junto al Laboratorio Central, igualmente en el cerro de San Blas.

Objetivos

En la actualidad, las actividades específicas del Laboratorio de Geotecnia se pueden encuadrar dentro de los siguientes objetivos:

Asistencia técnica en materia geotécnica a las Administraciones a cargo de las Obras Públicas y el Medio Ambiente y otras entidades públicas o privadas.

Proyectos de investigación, en marcados en el ámbito de convenios o encomiendas de gestión, o bien en los planes nacionales e internacionales de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación en temas geotécnicos.

Acción internacional a través de Grupos de Trabajo de la Unión Europea y Redes Tecnológicas.

Actividades de transferencia del conocimiento, formación y cooperación al desarrollo.

Estos objetivos específicos se desarrollan en diferentes ámbitos de actividad.

OBJETIVO DEL LABORATORIO CENTRAL

El objetivo del laboratorio central es el de brindar asistencia técnica en cuanto a servicio de estudios complementos en asfaltos, geotecnia, hormigones y auscultaciones de vías camineras a requerimiento de la Gerencia Nacional Técnica, cualquier área técnica de la Administradora Boliviana de Carreteras o para clientes externos que pueden ser empresas privadas , públicas o personas particulares.

FUNCIONES

1. Desarrollo de ensayos de materiales en las áreas de asfaltos, geotecnia y hormigones.2. Evaluación funcional y estructural (auscultaciones) de vías nuevas y vías en uso3. Control y mantenimiento de los equipos en resguardo del laboratorio4. Evaluación de las calibraciones de los equipos en resguardo del laboratorio5. Evaluación del trabajo desarrollado por laboratorio de materiales de las empresas que

prestan servicio a a institución.6. Control de la calidad de los materiales de proyectos a requerimiento de la Gerencia

Nacional Técnica

ENSAYOS

Todos los ensayos realizados en el Laboratorio Centra son desarrollados siguiente los lineamientos establecidos en las normas técnicas internacionales ASTM y AASHTO. Siguiendo las recomendaciones técnicas establecidas en los manuales técnicosde la Administradora Boliviana de Carreteras.

1. GEOTECNIA

Geotécnica G01 Contenido de Humedad G02 Granulometría G03 Hidrometría G04 Límites de Consistencia G05 Límite de Contracción G06 Peso Unitario G07 Gravedad Específica de Suelos Finos G08 Proctor Estándar G09 Proctor Modificado G10 Relación de Soporte de California G11 Compresión no confinada G12 Triaxial no consolidado no drenado G13 Corte Directo G14 Triaxial consolidado no drenado G15 Consolidación Unidimensional G16 Permeabilidad en Celda Triaxial G17 Peso Unitario de Campo – Ensayo de Cono de Área G18 Contenido de Humedad de Campo – Ensayo Speedy G19 Densidad y contenido de humedad de campo – Método Nuclear G20 Relación de soporte de California de Campo G21 Cono Dinámico de Penetración G22 Sondeo de Penetración Estándar G23 Excavación de Calicatas G24 Exploración de Suelo por Rotación Manual G25 Extracción Manual de Muestras de Suelo y Roca G26 Extracción de Muestra con Cuchara Bipartita G27 Extracción de Muestra con turbo Shelby

2. HORMIGONES

H01 Extracción y Preparación de Muestras H02 Contenido de Partículas Desmenuzables H03 Contenido de Materia Orgánica en ArenasHormigones

H04 Densidad Aparente H05 Gravedad Específica de Agregados Finos H06 Gravedad Específica de Agregados Gruesos H07 Densidad Real, Neta y Absorción en Áridos Gruesos H08 Densidad Real, Neta y Absorción en Áridos Finos H09 Abrasión de los Ángeles H10 Equivalente de Arena H11 Durabilidad mediante Sulfato de Sodio H12 Porcentaje de Caras Fracturadas en Áridos H13 Coeficiente de Friabilidad de Áridos H14 Aplanamiento y Alargamiento de Áridos para Carreteras H15 Índice de Forma y de Textura de Partículas H16 Contenido de Cloruros y Sulfatos H17 Determinación de la Reactividad Árido/Álcali H18 Valoración de suelos Arcillosos – Ensayo de Azul de Metileno H19 Extracción de Muestras de Hormigón Fresco H20 Dosificación de Hormigones H21 Docilidad Mediante el Cono de Abrams H22 Contenido de Cemento y Aire en Hormigón Fresco H23 Compresión de Probetas Cúbicas y Cilíndricas H24 Resistencia a la Flexión de Probetas Prismáticas H25 Tracción por Hendimiento de Probetas Cilíndricas H26 Extracción de Núcleos en Hormigones Endurecidos H27 Método para Determinar la Carbonatación

3. ASFALTOS

A01 Muestreo de Cemento AsfálticoTarija A02 Densidad A03 Penetración A04 Ensayo de la Mancha A05 Ductilidad A06 Puntos de Inflamación y combustión A07 Solubilidad en Solventes Orgánicos A08 Punto de Ablandamiento A09 Viscosidad por Viscosímetro Rotacional Brookfield A10 Ensayo de Película Delgada A11 Ensayo de Película Delgada Rotatoria A12  Contenido de Agua A13  Viscosidad Saybolt Furol A14 Índice de Penetración A15 Recuperación Elástica para Asfaltos A16 Estabilidad de Almacenamiento A17 Muestreo de Mezclas Asfálticas A18 Contenido de Ligante de Mezclas Asfálticas A19 Densidad Máxima de de Mezclas Asfálticas sin compactar A20 Densidad Real de Mezclas Asfálticas compactadas A21 Espesor de Muestras Asfálticas compactadas A22 Diseño Marshall

4. AUSCULTACIONES

AU01 Coeficiente de Resistencia al DeslizamientoAuscultaciones

AU02 Medición de Textura Superficial del pavimento AU03 Determinación del Ahuellamiento AU04 Determinación de la Regularidad Superficial AU05 Inspección Visual de Vía AU06 Extracción de Testigos AU07 Deflexiones Mediante el Deflectómetro de Impacto FWD AU08 Determinación de Espesores con GeoRadar

CONSULTORIA

Se considera consultoría a cualquier trabajo adicional a la determinación de los parámetros de los ensayos. Como ser: determinación o estimación de parámetros derivados de los resultados de ensayos, análisis de resultados, análisis comparativo de resultados, modelación numérica, y cualquier trabajo adicional a los ensayos propiamente establecidos.

El Laboratorio Central tiene la capacidad técnica de realizar las siguientes consultorías:

Formulación de diseño Marshall de mezclas asfálticas en caliente Análisis comparativo de resultados Cálculo del Índice de regularidad Superficial (IRI) Cálculo del Índice de Serviciabilidad Presente (PSI) Cálculo del Índice de Condición del Pavimento (PCI) Determinación del Grado de Perfomance de la Vía Análisis de calidad de agregados para vías Estabilidad de taludes Determinación de la capacidad admisible de apoyo al suelo

En caso de que un cliente requiera un análisis adicional a lo presentado, puede dirigir su consulta al Laboratorio Central para realizar la consulta de los trabajos que necesita.

COMO SOLICITAR EL SERVICIO

Para la solicitud de un servicio el cliente debe enviar una nota dirigida al Gerente Nacional técnico solicitando la cotización del servicio y especificando que ensayos requiere y en cuantas muestras. El Laboratorio Central prepara el Alcance de Trabajo, en este documento se presenta la propuesta técnica y económica para dar cumplimiento al requerimiento del cliente.

El cliente revisa el Alcance de Trabajo y si está de acuerdo con sus lineamientos, envía otra nota a la Gerencia Nacional Técnica donde establezca su acuerdo con el Alcance de Trabajo y adjunte la copia del comprobante de depósito a la Cuenta Única del Tesoro Nº 398706901 del Banco Central de Bolivia. Posteriormente puede cambiar este comprobante de depósito por su factura en la Unidad de Tesorería de la ABC.Con este documento se da inicio al trabajo en el tiempo estipulado en el Alcance de Trabajo hasta su entrega definitiva.

 

LABORATORIO CENTRAL

Servicios - Laboratorio de Geotecnia

Exploración y muestreo

Descripción de la Prueba

Norma

ASTM

Norma

AASHTO

Costo por metro de perforación a percusión en suelos cohesivos; incluye prubas de penetración estándar (SPT) y su respectivo contenido de agua. El cliente proveerá el camino de acceso a los puntos de perforación.

 D 1586  --

Costo de losa de piso de concreto, hasta 0.30 m (12") de espesor con broca de 0.076 m (3") de diámetro (Preparar solicitud interna con el LEM).

 -- --

Perforación a percusión. D 1586 --

Costo por metro de perforación mecánica rotatoria en roca meteorizada a sana hasta hasta 30 m de profundidad utilizando un muestreador doble tubo NQ wireline. El cliente proveerá el camino de acceso a los puntos de perforación, un punto de agua en el área de trabajo y la custodia de los equipos de perforación una vez finalizada la jornada de trabajo diaria y fines de semana.

 -- --

Perforación mecánica.  D 2113 --

Costo por metro de perforación mecánica rotatoria en roca sana entre 30 y 45 m de profundidad utilizando un muestreados doble tubo NQ wireline.

-- --

Costo por metro de perforación mecánica rotatoria en gravas utilizando un muestreador triple tubo NQ wireline.

-- --

Costo por métro de perforación mecánica rotatoria en roca meteorizada a sana hasta 10 m de profundidad utilizando un muestreador doble tubo PQ wireline.

D 2113 --

Descripción de la Prueba

Norma

ASTM

Norma

AASHTO

Muestreo inalterado (tubo de pared delgada tipo Shelby) por metro de profundidad en suelos orgánicos y suelos suaves.

D 1587 T 207

Costo por metro de pozo de observación (piezómetro) instalado; no incluye diseño solo la construcción, el cliente suministrará los materiales y equipos.

-- --

 

         Pruebas en sitio

Descripción de la PruebaNorma

ASTM

NormaA

AASHTO

Densidad en sitio del suelo por el método del cono de arena (cotizar un mínimo de cuatro ensayos por viaje el sitio).

D 1556 T 191

Densidad en sitio del suelo utilizando el densímetro nuclear (cotizar un mínimo de cuatro ensayos por viaje en sitio).

 D 2922

D 3017

 T 238

CBR de campo (incluyendo densidad de campo y clasificación SUCS / AASHTO)

 D 4429 --

Capacidad de soporte del suelo estimada por carga estática (placa de carga). Cotizar un mínimo de 3 ensayos. El cliente suministrará los materiales para la estructura de reacción y la calicata hasta la profundidad de desplante. (Norma de ensayo ASTM retirada-no reemplazada en 2003).

 D 1194 --

Prueba de placa repetitiva (estática) para suelos y componentes de la estructura de un pavimento flexible, para evaluación y diseño

 D 1195  T 221

Descripción de la PruebaNorma

ASTM

NormaA

AASHTO

de pavimentos.

Prueba de carga de placa no repetitiva (estática) para suelos y componenetes de la estructura de un pavimento flexible, para evaluación y diseño de pavimentos.

 D 1196  T 222

Prueba de carga vertical de compresión para pilotes. El cliente suministrará los materiales para la estructura de reacción y la calicata hasta la profundidad recomendada.

 D 1143 --

Tasa de percolación a un metro de profundidad (cotizar un mínimo de 2 pruebas).

-- --

Permeabilidad en campo (si hay nivel freático presente). Adicional cotizar la perforación a percusión o mecánica hasta el estrato frontera.

-- --

Resistencia al corte no drenada con el penetrómetro de bolsillo. El cliente proveerá la calicata hasta el estrato de interés.

 D 1558 --

Extracción de testigos por pulgada de profundidad utilizando una broca de diamante de 4" de diámetro.

 D 42 --

 

      Mecánica de suelos

Descripción de los suelosNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Determinación en el laboratorio del contenido de agua del suelo, roca y agregados.

D 2216 T 93

Determinación del contenido de agua en suelos utilizando el horno de microondas.

D 4643 --

Descripción de los suelosNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Análisis de tamaños de partículas en suelos por sedimentación (hidrómetro).

D 422 T 88

Cantidad de material más fino que el tamiz No.200 (0.75 mm) en suelos (adicional cotizar "Análisis de tamaños de partículas por sedimentación").

D 1140

(D 422)

--

Límite líquido de suelos (Método de Casagrande).

D 4318 T 89

Límite líquido de suelos (Método del penetrómetro del cono).

-- BS 1337

Límite plástico de suelos. D 4318 T 90

Límite de contracción. D 427 T 92

Factor de contracción en suelos. D 427 T 92

Granulometría, Límites de Atterberg y clasificación de suelos para propósitos de ingeniería (SUCS / AASHTO).

D 2487 M 145

Peso unitario en suelos cohesivos. D 2937 --

Densidad aparente por el terrón parafinado. D 4943 --

Densidad específica de los sólidos de suelos por el método del Picnómetro.

D 854 T 100

Contenido de agua en estufa. D 4959 --

Relaciónes densidad - contenido de agua de suelos y agregados usando el émbolo de 5,5 lb y caida de 12 plg (Próctor Estándar).

D 698 T 99

Relaciones densidad - contenido de agua de suelos y agregados usando el émbolo de 10 lb y una caida de 18 plg (Próctor Modoficado).

D 1557 T 180

CBR (3 puntos) y Próctor Estándar. D 1883 T 193

CBR (3 puntos) y Próctor Modificado. D 1883 T 193

Descripción de los suelosNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Ensayo a compresión axial no confinada en suelos cohesivos.

D 2166 T 208

Penetrómetro de bolsillo (incluye 10 mediciones).

D 1558 --

Ensayo a compresión triaxial de suelos cohesivos.

D 2850 T 234

Ensayo de corte directo en suelos. D 3080 T 236

Prueba de la veleta miniatura. D 4648 --

Consolidación unidimensional (incluye ensayos de densidad de sólidos, clasificación SUCS e hidrómetro).

D 2435

D 4546

T 216

BS 1377

Índice de expansión en suelos / presión de expansión.

D 4829UNE

103600Coeficiente de permeabilidad (conductividad hidráulica) por consolidación unidimensional.

D 2435 --

Coeficiente de permeabilidad carga constante (suelos granurales).

D 2434 T 215

Coeficiente de permeabilidad por carga variable (suelos cohesivos).

D 5084 --

Equivalente de arena en suelos. D 2419 T 176

Densidad relativa en suelos arenosos. D 2049 --

 

     Mécanica de rocas

Descripción de la pruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Determinación en el laboratorio del contenido de agua.

D 2216 T 93

Compresión axial no confinada a núcleos de roca sana (Densidad, contenido de agua, módulo de elasticidad y velocidad de onda de corte).

D 7012 --

Compresión axial no confinada a núcleos de roca sana (sólo carga última).

D 2938 --

Ensayo de carga puntual (Point Load Test) incluye 10 pruebas axiales o transversales).

D 5731 --

Tensión "indirecta" en núcleos de roca. D 3967 --

Ensayo de resistencia al corte directo de laboratorio en núcleos de roca sometidos a esfuerzo normal constante.

D 5607 --

Índice de durabilidad al desgaste de rocas suaves (Sequedad-Humedad-Desmoronamiento).

D 4644 --

Solidez (desgaste) de un enrocado "riprap" utilizando el sulfato de sodio/magnesio.

D 5240 --

Velocidad de pulso y constantes elásticas ultrasónicas.

D 2845

Dureza con martillo Schmidt "L" para rocas de dureza media.

-- --

             

 Materiales para carretera

 Descripción de la PruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Muestreo de agregados. D 75 T 2

Determinación del contenido de agua de agregados.

D 2216 T 93

Contenido total de agua evaporable del agregado mediante secado.

C 566 T 255

Humedad superficial del agregado fino. C 70 T 142

Análisis granulométrico por tamizado de los agregados grueso y fino (incluyendo módulo de finura).

C 136

C33

T 27

Material más fino que el tamiz No.200 (0,075 mm) en agregados minerales por lavado.

C 117 T 11

Impurezas orgánicas en el agregado fino para el concreto.

C 40 T 21

Terrones de arcilla y partículas desmenuzables en el agregado.

C 142 T 112

Partículas planas, partículas alargadas, y partículas planas y alargadas en el agregado grueso.

D 4791 --

Partículas livianas en el agregado grueso y fino. C 123 T 113

Porcentaje de caras partidas (partículas fracturadas) en el agregado grueso.

D 5821 --

Peso unitario y vacios en el agregado (compactado o suelto).

C 29 T 19

Densidad específica y absorción del agregado grueso.

C 127 T 85

Densidad específica y absorción del agregado fino.

C 128 T 84

Relaciones densidad - contenido de agua de D 698 T 99

 Descripción de la PruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

agregados usando el émbolo de 5,5 lb y caida de 12 plg (Próctor estándar).

Relaciones densidad - contenido de agua de agregados usando el émbolo de 10 lb y una caida de 18 plg (Próctor Modificado).

D 1557 T 180

Resistencia a la degradación del agregado grueso pequeño por abrasión e impácto en la máquina Los Ángeles.

C 131 T 96

Resistencia a la degradación del agregado grueso grande por abrasión e impacto en la máquina Los Ángeles.

C 535 --

Solidez (desgaste) de los agregados mediante el uso de sulfato de sodio o sulfato de magnesio.

C 88 T 104

Valor equivalente de arena en agregado fino. D 2419 T 176

CBR (3 puntos) y Próctor. D 1883 T 193

Penetración de materiales bituminosos (cemento asfáltico).

D 5 T 49

Punto de flama (cemento asfáltico). D 92 T 48

Ductilidad de materiales bituminosos (cemento asfáltico).

D 113 T 51

Pérdida por calentamiento. D 6 T 47

Viscosidad (absoluta) del cemento asfáltico a 60 oC mediante el viscosímetro de capilaridad.

D 2171 --

Viscosidad (cinemática Saybold-Furol) del cemento asfáltico a 135 oC.

D 2172 T 72

Propiedades Marshall incluye estabilidad, flujo, vacios y densidad (Norma de ensayo ASTM retirada-no reemplazada en 1998).

D 1559 T 245

 Descripción de la PruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Diseño de mezclas de asfalto caliente (Método Marshall); incluyendo porcentaje de combinación de agregados y contenido de cemento asfáltico.

-- --

Extracción cuantitativa del bitumen (contenido de cemento asfáltico y granulometría) de una mezcla asfáltica caliente.

D 2172 T 164

T 30

Muestreo de mezclas asfálticas caliente para pavimentación.

D 979 T 168

Resistencia a compresión de mezcla asfáltica caliente.

D 1074 --

Peso específico de mezcla asfáltica compactada, utilizando parafina.

-- T 166

Peso específico de mezcla asfáltica compactada, método de Rice.

-- T 209

Porcentaje de compactación de campo D 2726 --

Muestreo de materiales asfálticos y temperatura.

D 140 T 40

 

      Ingeniería y proyectos especiales

Descricpción de la pruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Inspección al sitio por un Ingeniero (Informe con observaciones, conclusiones, recomendaciones y cotización del alcance de los estudios requeridos).

-- --

 Inspección o Consultoría por: -- --

Descricpción de la pruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

Doctor en Ingeniería

Maestro en Ingeniería

Licenciado de Ingeniería

Técnico en Ingeniería

Auxiliares y ayudantesUbicación de cada perforación en sitio (coordenadas UTM y elevación).

-- --

Viaje al sitio -- --

Análisis de estabilidad de taludes (cada sección transversal analizada). No incluye el levantamiento del perfil topográfico.

-- --

Recomendaciones del tipo de cimentación, capacidad de soporte y profundidad de desplante.

-- --

Recomendaciones para cumplir especificaciones.

-- --

Diseño de un pavimento nuevo flexible o rígido (Método AASHTO).

-- --

Diseño de una estructura de retención rígida (muro de concreto en canto libre, muro con contrafuertes, etc.). No incluye el análisis de cargas.

-- --

Diseño de una estructura de retención flexible (muro de tablestaca, muro de pilotes, muro de gaviones, etc.). No incluye análisis de cargas.

-- --

Diseño de cimientos superficiales (zapatas aisladas, zapatas combinadas, zapatasexcéntricas, losa de cimentación, etc.).

-- --

Descricpción de la pruebaNorma

ASTM

Norma

AASHTO

No incluye análisis de cargas.

Diseño de cimientos profundos (pilotes hincados, pilotes perforados o pilas). No incluye el análisis de cargas.

-- --

Diseño de sub-drenajes (dren francés, espina de pescado, drenes horizontales, etc.).

-- --

Diseño de drenajes superficiales (cunetas, contracunetas, sistema pluvial abierto, etc.).

-- --

Diseño de una sobrecarpeta sobre una estructura de pavimento existente (Método AASHTO)

-- --

Diseño de pavimento industrial (Método del Instituto de Asfalto).

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Diseño de una losa de piso en suelo expansivo. -- --

Evaluación superficial de un pavimento rígido o flexible (Método del PCI, Paviment Condition Index). Levantamiento del tipo de daño, su severidad y extensión. Costo por Kilómetro.

-- --

Evaluación estructural de un pavimento flexible o rígido (Dispositivo estático para la medición de deformaciones; viga Benkelman). Incluye 20 mediciones por kilómetro. El cliente proveerá en camión cargado (18 Kips) tipo C2. Costo por kilómetro.

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Evaluación estructural de una losa de pavimento industrial.

UNIVERSIDAD  CATOLICA  DE  VALPARAISO F  A  C  U  L  T  A  D     D  E     I  N  G  E  N  I  E  R  I  A

E s c u e l a   d e   I n g e n i e r í a   e n   C o n s t r u c c i ó n

DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables. Es un método desarrollado por la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material chancado.

La expresión que define al CBR, es la siguiente:

CBR=(carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 ( % )

De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero.

Usualmente el número CBR, se basa en la relación de carga para una penetración de 2,5 mm. (0,1"), sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5 mm. (0,2") es mayor, el ensayo debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm. de penetración, dicho valor será aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación Proctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables y para determinar su posible expansión.

En general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas energías de compactación (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta fracción no exceda del 20%.    

3.4.1. Método para muestras remoldeadas, según NCh 1852 Of. 1981.

- Equipo necesario.

- Aparato para medir la expansión (figura 3.15.), compuesto por una placa metálica provista de un vástago ajustable de metal con perforación de diámetro menor o igual a 1,6 mm.y un trípode metálico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial.

Figura 3.15. Aparato para medir expansión. Fuente: ELE Internacional Ltda., 1993.

- Prensa de ensayo de capacidad mínima de 44 KN. y cabezal o base movible a una velocidad de 1,25 mm/min para presionar el pistón de penetración en la probeta. Este equipo debe estar provisto de un dispositivo indicador de carga con lecturas de curso no menor que 50 mm.

- Molde metálico, cilíndrico de diámetro interior de 152,4 0,7 mm. y altura de 177,8 0,1 mm. Debe tener un collarín de extensión metálico de 50,8 mm. de altura y una placa base metálica de 9,5 mm. de espesor, con perforaciones de diámetro igual o menor que 1,60 mm. (figura 3.16. y 3.17).    

o Disco espaciador metálico, cilíndrico, de 150,8 mm. de diámetro y 61,4 mm. de altura.

- Pisón metálico con una cara circular de 50 0,2 mm. de diámetro y con una masa de 2500 10 grs. La altura de caída debe ser 305 2 mm. controlada por una guía tubular.

- Pistón de penetración metálico de 50 0,5 mm. de diámetro y no menor que 100 mm. de largo.

- Calibre, compuesto por dos deformímetros comparadores con indicador de dial, de 0,01 mm. de precisión.

- Sobrecargas, una metálica anular y varias metálicas ranuradas con una masa de 2,27 kgs. cada una y 149,2 mm. de diámetro, con una perforación central de 54 mm. de diámetro.

- Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º 5º C.

Herramientas y accesorios. Estanque lleno de agua, pailas o bandejas de mezcla, depósito de remojo, papel filtro, platos y tamices.

Figura 3.16.Molde CBR y accesorios.(ELE Internacional Ltda., 1993).- Procedimiento

- Preparación de la muestra. Se prepara una muestra de tamaño

igual o superior a 56 kgs. Esta muestra deberá secarse al aire o en un horno, a una temperatura menor que 60º C, hasta que se vuelva desmenuzable. Además, se deberán disgregar los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas.

La muestra se pasa por el tamiz de 20 mm. (3/4" ASTM) descartando el material retenido. Si es necesario mantener el porcentaje de material grueso del material original se deberá efectuar un reemplazo. Para esto se determina por tamizado el porcentaje del material que pasa por el tamiz de 50 mm. (2" ASTM) y queda retenido en el tamiz de 20 mm.

Figura 3.17. Secciones equipo CBR. Fuente: Valle Rodas R., 1982.

Se reemplaza dicho material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 20 mm. y queda retenido en el tamiz de 5 mm. tomada de la porción no utilizada de suelo original.

Una vez obtenida la muestra de ensaye, se selecciona una porción representativa de unos 35 kg. para realizar el ensayo de compactación Proctor. El resto de la muestra, se divide en tres porciones de unos 7 kg. cada una.

- Compactación de probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a cinco probetas en un rango de 90 a 100% de la DMCS determinada según el ensayo Proctor. Cada porción de suelo, se debe mezclar con una cierta cantidad de agua para obtener la humedad óptima, si es necesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un recipiente tapado para lograr una distribución uniforme de la humedad.

Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen (Vm), se coloca el disco espaciador sobre la placa base, se fija el molde con el collarín sobre la placa y se coloca un disco de papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando para cada porción una energía de compactación distinta (Nº de golpes), de manera que la densidad a la cual se desee determinar el CBR quede comprendida entre las densidades de dos probetas. Se compactarán con 56, 25 y 10 golpes respectivamente.

Al comienzo y al final de la compactación deberán tomarse 2 muestras representativas de suelo para calcular el contenido de humedad. En caso que las muestras no sean sumergidas, la humedad se determina concluída la penetración.

Finalizada la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel del borde del molde, rellenando los huecos dejados por la eliminación del material grueso con material de menor tamaño. Se retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se pesa el molde con el suelo compactado (W1).

- Determinación de las propiedades expansivas del suelo. Sobre la placa base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador quede en la parte superior.

En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y sobre éste se coloca la placa metálica perforada provista de un vástago regulable. Sobre ésta placa se colocarán las sobrecargas, cuyo número deberá ser especificado o de lo contrario, se usará una sobrecarga mínima de 4,54 kgs., equivalente al peso de un pavimento de hormigón de 5 pulgadas de espesor.

A continuación se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin agua, sobre pequeños bloques metálicos o de otro material con el objeto de permitir el libre acceso del agua por debajo de la muestra. Se monta el trípode y se instala el comparador de dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el vástago.

Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial del comparador de dial (Li). El tiempo de inmersión dependerá del tipo de saturación. Para un ensayo con saturación normal se deja el molde sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de saturación completa se dejará el tiempo necesario hasta que no haya más hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial efectuadas con 24 horas de intervalo difieren en menos de 0,03 mm. Durante todo el tiempo de inmersión el nivel de agua se debe mantener constante.

Registrada la lectura final del comparador de dial (Lf), se retira el trípode y se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante 15 minutos. Finalmente se retiran

las sobrecargas, los discos de papel filtro y las placas perforadas para determinar el peso del molde más el suelo compactado y saturado (W2).

- Determinación de la resistencia a la penetración. Se lleva la probeta a la máquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado (pero no menor que 4,54 kg.), redondeando a múltiplos de 2,27 kg. En caso de que la probeta haya sido sumergida, la carga será igual a la aplicada durante la inmersión.

Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial, se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga cero para la relación carga-penetración. La velocidad de carga aplicada al pistón de penetración será de 1,25 mm/min.

Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración: 0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 - 3,10 - 3,75 - 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milímetros (o bien, 0,025 - 0,050 - 0,075 - 0,100 - 0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 - 0,400 y 0,500 pulgadas).

Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm. de espesor. Si se desea determinar la humedad promedio, se deberá extraer una muestra que abarque el total de la altura del molde.    

- Cálculos y gráficos. - Calcular la densidad inicial de la muestra (i) antes de ser sumergida, mediante la siguiente expresión:

i = ( W1 - Mm ) / Vm ( gr./cc )

donde:

W1 = peso del molde más el suelo compactado (gr.)

Mm = peso del molde (gr.)

Vm = capacidad volumétrica del molde (cm3)

- Calcular la densidad saturada de la muestra (s) luego de ser sumergida, mediante la siguiente expresión:

s = ( W2 - Mm ) / Vm ( gr./cc )

donde:

W2= peso del molde y el suelo compactado y saturado (grs.)

- Calcular la expansión de la muestra, como porcentaje de la altura inicial (%E), mediante la siguiente expresión:

% E = E / 116,4 * 100 ( % )  

donde:

E = expansión en mm. (diferencia de lecturas del dial de deformación (Lf - Li))

116,4 = altura de la probeta en mm. (altura del molde menos altura del disco espaciador)    

- Obtener la curva tensión contra deformación, graficando en la ordenada, las tensiones de penetración en megapascales (MPa) y en la abscisa la penetración en milímetros. En algunos casos la curva puede tomar inicialmente una forma cóncava hacia arriba, debido principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta. Si esto ocurriera, el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y se traslada el origen al punto en que la tangente corta la abscisa (figura 3.18.).

- Usando los valores de tensión (corregidos o no) tomados de las curvas tensión contra penetración, se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5 mm. de penetración dividiendo las tensiones normales por 6,9 MPa. y 10,3 MPa. respectivamente, multiplicándolas por 100. Se calcula también el CBR para la carga máxima si la penetración es menos que 5 mm. interpolando la tensión normal.

- Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se dibuja la curva CBR contra densidad seca (si se trata de suelos granulares, se graficará la curva solo con la penetración de 5 mm.; en cambio para suelos arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5 mm. de penetración). Con ella se puede determinar el CBR correspondiente a una densidad seca preestablecida (figura 3.19.).  

- Observaciones. - En suelos plasticos, el tiempo de curado no debe ser menor que 24 horas, en cambio en suelos de baja plasticidad el plazo puede ser menor e incluso podría eliminarse.

- Si la densidad a la cual se requiere el CBR, es menor que la obtenida mediante 10 golpes de pisón, se compacta la probeta con menor energía de compactación.

- Si la muestra de suelo proviene de zonas desérticas en que se asegure que las precipitaciones anuales son inferiores a 50 mm. o no nieva, se puede eliminar la inmersión.

- En suelos finos o granulares que absorben fácilmente humedad, se permite un período de inmersión más corto, pero no menor de 24 horas, ya que se ha demostrado que con este período de tiempo, no se verán afectados los resultados.

- Para suelos del tipo A-3, A-2-5, y A-2-7, el procedimiento a aplicar (inmersión o no), debe quedar a criterio del ingeniero responsable del estudio.

- Para suelos del tipo A-4, A-5, A-6, A-7, cuando el CBR en 5 mm. es mayor que en 2,5 mm., se debe confirmar con información obtenida con ensayos previos, o bien repetir el ensayo. Si los ensayos previos o el ensayo de chequeo entregan un resultado similar, emplear la razón de soporte de 5 mm. de penetración.

- Para suelos del tipo A-1, A-2-4, y A-2-6, se calcula el CBR sólo para 5 mm. de penetración.

- En la tabla 3.20. se indican rangos de valores de CBR, con una clasificación y posibles uso como material de construcción.    

Figura 3.18. Gráfico de corrección de curva.(NCh 1852 Of. 1981).

Figura 3.19. Gráfico de determinación de CBR (NCh 1852 Of. 1981).    

CBR Clasificación cualitativa del suelo Uso

2 - 5 Muy mala Sub-rasante

5 - 8 Mala Sub-rasante

8 - 20 Regular - Buena Sub-rasante

20 - 30 Excelente Sub-rasante

30 - 60 Buena Sub-base

60 - 80 Buena Base

80 - 100 Excelente Base

Figura 3.20. Tabla de clasificación y uso del suelo según el valor de CBR. Fuente: Assis A., 1988.  

3.4.2. Método para muestras inalteradas. Mediante este método, se determina el CBR de un suelo cohesivo en estado natural. Se diferencia del anterior sólo en la toma de muestras,

ya que los pasos para determinar las propiedades expansivas y la resistencia a la penetración son similares.

Se tomarán tres muestras inalteradas, empleando para ello moldes CBR armados en los extremos de su respectivo collarín. Para facilitar el hinchamiento del molde, el collarín que se apoya sobre la superficie del terreno tendrá sus bordes cortantes.

El procedimiento consiste en ir comprimiendo o hincando el molde contra la superficie del terreno y al mismo tiempo retirando el suelo de alrededor del molde, hasta que la muestra de suelo entre en el collarín superior por lo menos 25 mm., cuidando reducir al mínimo las perturbaciones de la muestra.

Finalmente, se retira el molde realizando un movimiento como cortando el suelo, se retira el collarín superior, se enrasan ambas caras de la muestra y se les vierte parafina sólida derretida con el fin de evitar pérdidas de humedad en el traslado al laboratorio. El peso unitario y la humedad deberán ser determinados por medio del ensayo de densidad in situ, eligiendo un lugar próximo a aquel desde donde se obtuvieron las muestras.

3.4.3. Método CBR in situ. Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de tierra importantes. Básicamente la fase de penetración de este ensayo es similar a la descrita anteriormente.

Lo usual es determinar primero la densidad in situ del material en el lugar de ensayo, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones:

- cuando in situ la densidad y el contenido de agua son tal que el grado de saturación es de un 80% o superior,

- cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es tal que no se vea afectado por cambios en la humedad o

- cuando el material ha estado en el lugar por varios años. En estos casos La humedad no es constante pero fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo CBR in situ se considera como un indicador satisfactorio de la capacidad de soporte del suelo.

Por lo general se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4", deberá removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de reacción montando un gato, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical, aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema (figura 3.21.). En caso de que el pistón sea colocado en forma horizontal, la reacción será dada por la pared contraria del pozo construido para este efecto.

Se colocan los anillos de sobrecarga directamente al suelo y se carga el pistón al suelo con una fuerza menor que 4,54 kg. Se debe instalar un dial comparador para registrar las lecturas de deformaciones, en un punto que permanezca constante e inmóvil (por ejemplo una viga empotrada al suelo en poyos de hormigón).

La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad. La forma de expresar los resultados también es

idéntica al método de laboratorio, es decir, trazando la curva tensión contra penetración, corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el CBR in situ, usando los valores de penetración de 0,1" y 0,2".

Figura 3.21. Ensayo CBR in situ (ELE Internacional Ltda., 1993).    

UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

RAZON DE SOPORTE DE CALIFORNIA ( CBR )

Proyecto : 

Ubicación : Descripción del suelo : Condición de la muestra : inalterada - remoldeada Humedad natural ( % ) : Fecha de muestreo :  Fecha de ensayo :

       

Características de la muestra

Diámetro del molde ( cm ) :

Altura de la muestra ( cm ) :

Volumen de la muestra ( cm3 ) :

Número de capas :

Número de golpes por capa :

Peso del pisón ( kgs ) :

Peso de la muestra ( grs ) :

Reemplazo ( grs ) :

Reemplazo ( % ) :

 

Determinación de la densidad

Probeta Nº 1 2 3

Humedad de compactación ( % )

Peso del molde

Peso del molde + suelo húmedo

Peso del suelo húmedo

Densidad húmeda ( grs / cm3 )

Densidad seca ( grs / cm3 )

   

Saturación

Fecha y Tiempo Sobrecarga :______Kg Sobrecarga :______Kg Sobrecarga :______Kg

hora ( hrs ) Lect. dial Expansión Lect. dial Expansión Lect. dial Expansión

       

Después de la saturación

Probeta Nº 1 2 3

Peso suelo húmedo final

Agua Absorbida

% agua absorbida

Humedad final ( % )

Humedad promedio ( % )

Volumen de suelo

Densidad húmeda final ( grs / cm3 )

Densidad seca final ( grs / cm3 )

   

Aplicación de cargas

Penetración

( mm )

Probeta Nº 1

Sobrecarga :

________kg Probeta Nº 2

Sobrecarga :

________kg Probeta Nº 3

Sobrecarga :

________kg

Lect. dial Presión Lect. dial Presión Lect. dial Presión

0

0,65

1,25

1,90

2,50

3,10

3,75

4,40

5,00

7,50

10,00

12,50

   

% Humedad después de la aplicación de cargas

Probeta Nº 1 2 3

1/3 superior del molde

1/3 medio del molde

1/3 inferior del molde

Humedad promedio ( % )

   

Probeta Nº Penetración Presión (de gráfico 1)

Carga patrón % CBR (para gráfico 2)

(Pulg.) (mm.) (MPa) (MPa) Presión / Carga patrón

1 0,1" 2,54 6,9

10 golpes 0,2" 5,08 10,3

2 0,1" 2,54 6,9

25 golpes 0,2" 5,08 10,3

3 0,1" 2,54 6,9

56 golpes 0,2" 5,08 10,3

 

Gráfico (1) presión aplicada contra penetración

Presión aplic.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.5

Penetración ( mm )

 

Gráfico (2) % CBR contra densidad seca

% CBR

Densidad seca ( grs / cm3 )

Razón de Soporte de California ( CBR ) =

Densidad seca ( d ) =

Observaciones :      

 

Comentarios y sugerencias geotecni@ucv.cl

UNIVERSIDAD  CATOLICA  DE  VALPARAISO F  A  C  U  L  T  A  D     D  E     I  N  G  E  N  I  E  R  I  A

E s c u e l a   d e   I n g e n i e r í a   e n   C o n s t r u c c i ó n

3.2. ENSAYO CORTE DIRECTO.

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.

Para conocer una de estas resistencia en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra (figura 3.3.).

Figura 3.3. Esquema del aparato de corte directo.Fuente: Geotecnia LNV., 1993.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos esfuerzos:

- un esfuerzo normal (n), aplicado externamente debido a la carga vertical (Pv).

- un esfuerzo cortante ( ), debido a la aplicación de la carga horizontal.    

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de Coulomb: = c + n * Tg ( )

Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión (c) y la fricción interna del suelo ( ).

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible graficar la tensión de corte ( ), en función de la deformación ( ) en el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el punto máximo de tensión de corte como la resistencia al corte del suelo.

Los valores de se llevan a un gráfico en función del esfuerzo normal (n), obteniendo la recta intrínseca (figura 3.4.), donde va como ordenada y n como abscisa. El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo y el intercepto con el eje , la cohesión c.

Figura 3.4. Recta intrínseca.Fuente: Espinace R., 1979.

Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos según exista drenaje y/o consolidación de la muestra, por lo tanto los valores de c y dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de la permeabilidad del suelo.

- Ensayo no consolidado no drenado (UU). Es un ensayo rápido, donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (Pv); si el suelo es cohesivo y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Generalmente la recta intrínseca en el diagrama de contra es horizontal, donde =Cu. No se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo.

- Ensayo consolidado no drenado (CU). En este ensayo se permite que la muestra drene ó se consolide durante la aplicación de la carga vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo de corte las presiones instersticiales sean nulas, pero no durante la aplicación del esfuerzo cortante. La tensión de corte es rápida para que la presión de poros no pueda disiparse en el transcurso del ensayo. Estos ensayos no se usan en suelos permeables y es necesario medir el movimiento vertical durante la consolidación (drenaje) para saber cuando se ha producido por completo. Por lo tanto, la ecuación de Coulomb se transforma en:

= ccu + * Tg ( cu ) = ccu + ( + ) * Tg (cu)

- Ensayo consolidado drenado (CD). La velocidad de corte es lenta, se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo las presiones instersticiales nulas durante la aplicación del esfuerzo cortante ( =0), esto implica que: = ?, c=c?, = ?.    

Por otro lado, según la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se pueden clasificar en dos tipos.

- Ensayos de tensión controlada. Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta llegar hasta la estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.

- Ensayos de deformación controlada. La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la fuerza horizontal (figura 3.5.).

Figura 3.5. Corte directo de deformación controlada.

Fuente: Jiménez Salas J. y De Justo Alpañes J., Vol. 1, 1975.

3.2.1. Metodología del ensayo.

- Equipo necesario.

- Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas, medir las cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a través de las piedras porosas.

- Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas piedras porosas.

- Dos balanzas, una de 0,1 gr. de precisión; la otra de 0,01 gr.

- Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º 5º C.

- Cámara húmeda.

- Herramientas y accesorios. Equipo para compactar las probetas remoldeadas, diales de deformación, agua destilada, espátulas, cuchillas enrasador, cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad, grasa.    

- Procedimiento. - Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena (seca o de humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la sección (A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al pistón de carga y la piedra porosa.

Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte en el peso Pv). En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se ha detenido; en suelos no cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv.

Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el tiempo necesario). Luego

se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos.Se repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un valor distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga).

- Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área (A) de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal Pv y se ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que en el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.

Luego, se separan las mitades de la cajas de corte dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga, asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Se acopla el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra).

Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de volumen).En ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades.

La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en el caso anterior (no más de 2 mm/min.) y tal que falle entre 5 a 10 minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de deformación para este último, debería ser tal que el tiempo para que ocurra la falla (tf) sea: tf=50*t50, donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga normal Pv.

Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el contenido de humedad. El procedimiento se repetirá para las muestras adicionales.

   

- Cálculos y gráficos. Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.

- Se grafican en escala natural las curvas de deformación, donde la ordenada será la deformación horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas probetas. Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con los valores de carga vertical y tangencial se calcula la tensión tangencial y la tensión normal.

Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante ( ) y el esfuerzo normal (n), mediante las siguientes expresiones:

= Ph / A ( kgs/cm2 ) y n = Pv / A ( kgs/cm2 )

donde:

Pv = carga vertical aplicada (kgs.)

Ph = carga horizontal aplicada (kgs.)

A = área nominal de la muestra (cm2)

Con los datos de y n de cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca y de ella se obtiene c y , donde c es la ordenada de la recta hasta el eje de las abscisas y el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca.

Es posible trazar además la curva de deformaciones verticales, donde se llevan en ordenadas las deformaciones (asentamiento-hinchamiento) y en abscisas el tiempo.    

- Observaciones. - La velocidad del ensayo debe ser la estipulada, ya que si es muy rápida en ensayos drenados, la presión de poros no es capaz de disiparse.

- Es fundamental que en ensayos consolidados, esta se realice completamente. Deben hacerse con especial cuidado las lecturas de los comparadores (diales) y de las fuerzas tangenciales aplicadas, al igual que el trazado de las curvas. La ventajas de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de avance para suelos no cohesivos.

- Es conveniente recordar que el propósito de efectuar ensayos de corte en el laboratorio es reproducir las situaciones del terreno, pero como las condiciones in situ están en etapa de investigación, el mejor ensayo de laboratorio será aquel en que mejor se entiendan y controlen las condiciones de fatiga y deformación tal como ocurre en un ensayo triaxial.

- Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo posible) dentro de una cámara húmeda.

- En arcillas muy blandas, el separar las mitades de la caja de corte se realizará cuidadosamente porque el material podría ser extruído fuera de la caja por la zona de separación, en estos casos se deben utilizar cargas verticales pequeñas.

- El ensayo de corte directo tiene las siguientes limitaciones:

- el área de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa. Esto no es sea demasiado significativo, cuando las muestras fallan a deformaciones muy bajas,

- cuando se diseñó la caja de corte, se supuso que la superficie de falla real sería plana y que el esfuerzo cortante tendría una distribución uniforme a lo largo de esta, sin embargo, con el tiempo se estableció que estas suposiciones no siempre son válidas

- al emplear en el ensayo una muestra muy pequeña, los errores de preparación son relativamente importantes.    

3.2.2. Otros métodos para determinar la resistencia al corte. Ensayo de corte con veleta (o ensayo del molinete). La veleta es un aparato que se usa comúnmente para obtener la resistencia al corte de arcillas blandas a muy blandas. Debido a su tamaño es posible hacer varios ensayos para determinar estadísticamente la resistencia al corte sin drenar (u), de muestras SPT hechas a grandes profundidades, donde la toma de muestras produce mayores alteraciones (figura 3.6.).

El ensayo se aplica en depósitos cohesivos blandos donde la perturbación es crítica. Consiste en insertar una veleta dentro del suelo y aplicar una torsión. La resistencia al corte sin drenar (u) se puede calcular mediante la siguiente expresión:

u = 4 * T / * ( 2 * d2 * h + a * d3 ) ( kgs/cm2 )

donde:

T = torsión aplicada (kgs*cm)

d = diámetro de la veleta (5 a 15 cms.)

h = longitud de la veleta (10 a 22,5 cms.)

a = 2/3 para distribución final uniforme de los esfuerzos cortantes

a = 3/5 para distribución final parabólica de los esfuerzos cortantes

a = 1/2 para distribución final triangular de los esfuerzos cortantes    

El coeficiente a que aparece en la fórmula, tiene por objeto eliminar el supuesto de que la rotura se produce según un cilindro perfecto circunscrito a las aspas de la veleta. Este coeficiente depende de la relación d/h y de la naturaleza del terreno, el cual fallará de forma distinta según sea su tipo.

Figura 3.6. Veleta.Fuentes: J. Salas J. y De Justo A., Vol. 2 1981.

La veleta se introduce hasta la profundidad deseada y se aplica la torsión hasta que se corte el cilindro de suelo contenido entre el perímetro de la veleta (Carlson recomienda velocidad angular de 0,1º/seg). El valor obtenido debe corregirse ya que las investigaciones señalan que entrega valores demasiado altos. Para corregir Bjerrum (1972) propuso una curva donde el valor de u se multiplica por un factor obtenido del gráfico de la figura 3.7. y así tenemos el u de diseño.

Diversas investigaciones señalan que a cierta profundidad, dependiendo de la calidad del muestreo, existe una coincidencia aceptable entre los valores de resistencia sin drenaje dados por la fórmula y la mitad de la resistencia a la compresión simple de muestras inalteradas ensayadas en laboratorio. Para profundidades mayores la resistencia con veleta es mayor, debido a la dificultad de la toma de muestras.

Figura 3.7. Gráfico para corregir el valor de u.(Bowles J.,1982.)

Ensayo de corte simple. Es una variante del corte directo de laboratorio, en donde a la muestra ensayada no se le induce un plano de corte sino que se somete a una fuerza que produce una deformación. En este ensayo, las líneas horizontales son líneas de extensión nula, en cambio en el ensayo de corte directo, la deformación está limitada a una zona

muy estrecha próxima a la separación entre las cajas, por lo que este ensayo es inadecuado para el estudio de las deformaciones.

En los aparatos de corte simple (figura 3.8.), se coloca la muestra cilíndrica dentro de una membrana de goma, reforzada con un espiral de hilo de constantán (aleación de cobre y níquel). La muestra se somete a una deformación de corte simple (figura 3.9.) donde los planos principales de tensiones y deformaciones rotarán en la medida en que cambie el estado de tensiones. Durante el ensayo las tensiones y las deformaciones, serán las mismas sobre cualquier plano horizontal. Además se elimina el roce con las paredes al aplicar el esfuerzo vertical.

Durante la fase de consolidación, la tensión principal mayor es igual a la presión de consolidación vertical (v) y la tensión principal menor es igual a la tensión horizontal (h) que corresponde al valor de h = Ko*v. Debido a un incremento en las tensiones de corte en el plano horizontal, las que provocan una rotación en la dirección de las tensiones principales y cambio en la magnitud, las condiciones de tensiones son desconocidas y están limitadas a considerar las tensiones de corte (xy) y las tensiones normales (y) en el plano horizontal. Se supone que la probeta se rompe cuando la resistencia al corte en este plano alcanza un valor máximo, independiente de que se haya producido una resistencia al corte mayor en otro plano.

Figura 3.8. Ensayo de corte simple(Jiménez Salas J. y De Justo Alpañes J., Vol. 1, 1975).

Figura 3.9. Deformación de corte simple.Fuente: Espinace R., 1984.    

Ensayo de corte directo gigante. Los ensayos de laboratorio convencionales de corte directo, no han resuelto en forma satisfactoria las propiedades de resistencia al corte de materiales granulares gruesos y generalmente en la literatura especializada nos encontramos con situaciones propias de Europa y Estados Unidos, las que lógicamente son distintas a las de países con geomorfología asociada a tectonismo reciente, como es nuestro caso.

En algunos laboratorios existe un aparato de corte gigante, donde las dimensiones de la caja de corte son de 60*60 cm. y 40 cm. de alto. Esta caja es capaz de recibir materiales de tamaño máximo de 2,5".

El funcionamiento de este equipo es similar al convencional, con la diferencia que las fuerzas, verticales y horizontales, son aplicadas mediante gatos mecánicos insertos en un marco metálico. Es necesario el empleo de estos gatos, para poder alcanzar las tensiones de corte y tensiones verticales superiores a 7 kgs/cm2, para obtener la compacidad y el ángulo de fricción interna de los materiales ensayados.

La fuerza vertical es aplicada sobre una placa metálica de sección cuadrada, que descansa sobre el material depositado en la caja. Una vez aplicada esta fuerza, se procede a cargar horizontalmente la caja inferior, la que puede deslizar sobre polines. La caja superior se mantiene fija y en ella se mide la fuerza de corte que se induce a la muestra de suelo en la superficie de falla, utilizando una celda de carga provista de un registro electrónico.

Estos ensayos muestran dificultades en calcular los parámetros de resistencia al corte, debido principalmente a que el marco metálico es una estructura muy rígida ya que la fuerza es aplicada mediante un gato mecánico, lo que tiene como consecuencia la variación del esfuerzo normal durante el transcurso del ensayo.

Como se sabe, en un ensayo de corte convencional el ángulo de fricción interna de un suelo granular se puede obtener como la arcotangente de la razón entre el valor máximo que alcanza el esfuerzo de corte y el esfuerzo normal, el que permanece constante durante el ensayo. En el ensayo de corte directo gigante, en principio, el parámetro se determina análogamente, pero el valor máximo que alcanza el esfuerzo de corte no necesariamente es el mayor esfuerzo de corte y la tensión normal no permanece constante durante el ensayo. Por este motivo se optó por calcular la máxima razón entre el esfuerzo de corte y el esfuerzo normal.

Se ha podido comprobar en numerosos ensayos, que el equipo de corte gigante permite obtener resultados confiables en suelos granulares gruesos, quedando excluída la posibilidad de ensayar suelos cohesivos o de hacerlo en condiciones saturadas.

Ensayo de corte in situ. Estos ensayos son análogos a los de corte directo en laboratorio y su aplicación hoy se extiende tanto a suelos como a rocas. Básicamente consisten en tallar bloques generalmente dentro de calicatas de reconocimiento, en su base o paredes, lo que induce el plano de falla del bloque (figura 3.10.). Este tipo de ensayos es de interés en todos aquellos casos en que la toma de muestras o el tallado de éstas sea difícil, como sucede en suelos con proporción importante de piedras, o en suelos residuales, en los que existen con frecuencia trozos de roca semi-descompuesta.

El bloque se rodea con un marco metálico, el cual se une al bloque con mortero de cemento. El gato hidraúlico que aplicará la fuerza horizontal, por lo general, se ancla a las paredes del pozo con hormigón. La presión vertical también es aplicada con un gato hidráulico.

Figura 3.10. Ensayo corte in situ. Fuente: Jiménez Salas J. y De Justo Alpañes J., Vol. 2, 1981.

Se deben medir los movimientos de las cuatro esquinas de la cara superior del bloque en dirección vertical como horizontal. Las cargas generalmente se miden con un anillo dinamométrico o mediante células de presión y se aplican en forma similar al ensayo de corte directo convencional, es decir, primero la fuerza vertical de confinamiento y luego la fuerza horizontal, que provoca el esfuerzo cortante.

Las dimensiones del bloque oscilan entre 40*40 cm. y 100*100 cm., aunque se han ensayado muestras de hasta 400*400 cm. Una variante del ensayo de corte típico, es el ensayo con saturación previa empleado usualmente en obras hidráulicas.Para esto, se aplica agua a presión que disuelve el aire incluído en el bloque.

En arcillas fisuradas se realiza ensayo de corte in situ sin drenaje con el objeto de ensayar bloques de tamaño adecuado, aplicando una carga normal a la muestra (aunque esté saturada) para cerrar las fisuras. En este tipo de suelos se ha visto que la resistencia en planos horizontales es menor a la obtenida en muestras de menor tamaño en laboratorio, siendo la diferencia de tamaño la causa principal, lo que se interpreta como que las muestras pequeñas vienen de trozos intactos no afectados por las fisuras, por lo tanto presentan una mayor resistencia.        

UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

CORTE DIRECTO

Proyecto :  Ubicación : Descripción del suelo : Tipo de ensayo : CD - CU - UU Fecha de muestreo :  Fecha de ensayo :

 

Características de la muestra

Diámetro ó lado ( cm ) : Altura ( cm ) : Area ( cm2 ) : Volumen ( cm3 ) :

Humedad ( % ) : Peso ( grs ) : Densidad seca ( grs / cm3 ) :

       

Aplicaciones de carga

Velocidad de carga de la máquina ( mm / min ) =

Carga normal ( kgs ) =

( kgs / cm2 ) =

Peso de la semi-caja superior ( kgs ) =

Lectura

deformímetro

vertical

Deformación

vertical

Lectura deformímetro

horizontal

Deformación

horizontal

Area corregida

Fuerza de corte

( Fv )

Resistencia al esfuerzo

de corte ( )

Gráfico carga aplicada contra desplazamiento horizontal

Carga aplicada

desv.

( Kg )

Desplazamiento horizontal ( mm )

 

Gráfico esfuerzo cortante ( ) versus esfuerzo normal ( n)

Esfuerzo corte

( )

Esfuerzo normal ( n )  

   

Esfuerzo cortante ( ) = Esfuerzo normal ( n ) = Cohesión ( c ) = Angulo de fricción interna ( ) =

Observaciones :  

 

Comentarios y sugerencias geotecni@ucv.cl

LABORATORIO DE GEOTECNIA

En este laboratorio se realizan los

ensayos rutinarios a suelos y rocas, destacando los ensayos de Próctor y CBR, que son los más

solicitados. El laboratorio de geotecnia cuenta con una Máquina Triaxial Automatizada destacando como

el único laboratorio en Costa Rica que brinda servicios externos en este ensayo. También cuenta con

otros equipos automatizados que facilitan la realización de ensayos complejos tales como corte directo y

consolidación. Este laboratorio cuenta con 29 ensayos rutinarios de los cuales 7 se encuentran

acreditados con la Norma INTE-ISO/IEC-17025:2005.

El laboratorio cuenta con espacio para realizar ensayos con concreto fresco en laboratorio, confección

de prismas de mampostería, vigas de concreto reforzado y mampostería, etc.

En este laboratorio, también se realizan otros ensayos que están relacionados con pruebas de campo

como muestreo de concreto fresco, contenido de aire por el método de aire a presión o el método

volumétrico, temperatura del concreto fresco, revenimiento y densidad masiva y rendimiento del

concreto producido.

Este laboratorio cuenta con 32 ensayos acreditados con la norma Norma INTE-ISO/IEC-17025:2005 por

el Ente Costarricense de Acreditación (ECA) bajo esta norma. El total de ensayos más comúnmente

realizados es de 70.

GEOTECNIA Y ESTUDIO DE SUELOSLa geotecnia es una especialidad de la ingeniería civil que se dedica al estudio de las propiedades físicas y mecánicas del suelo y de las rocas, con la finalidad de aplicarlas en las obras civiles.

El origen de esta especialidad es relativamente reciente, ya que se desarrolló a principios del siglo XX a través de los estudios de Karl Von Terzaghi, considerado como el padre de la mecánica de suelos. En México la mecánica de suelos cobró mayor importancia después del terremoto de 1985,

momento en el cual se tomó mayor conciencia de la necesidad de tener mayor seguridad estructural en las edificaciones, con normas que lo respalden.

Un estudio de suelos completo se compone de distintas fases, las cuales se describen a continuación:

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE • Reconocimiento preliminar: En esta etapa se hace un reconocimiento general del sitio de estudio, apoyados de la

información documental recopilada y los datos de partida del proyecto en cuestión. Se determinan los sitios que se pueden explorar.

• Exploración y muestreo: La exploración geotécnica puede realizarse por métodos directos o indirectos. Los métodos directos se realizan mediante sondeos superficiales (pozos a cielo abierto, calas, extracción de núcleos) o sondeos profundos (sondeos de penetración estándar, sondeos mixtos, barrenación) durante los cuáles pueden obtenerse espesores y muestras de suelo así como de rocas. Los métodos indirectos pueden ser refracción sísmica, pruebas de cono, medición de velocidades de onda sónica, etc., en los cuáles no hay muestreo y las propiedades del suelo son obtenidas mediante fórmulas y correlaciones.

• Pruebas de laboratorio de geotecnia: Las muestras obtenidas son ensayadas para obtener sus propiedades físicas y mecánicas dependiendo los requerimientos de la obra o del proyecto.• Análisis geotécnicos: Los resultados de la exploración y de las pruebas de laboratorio son analizados en gabinete, se hacen las correlaciones y cálculos necesarios para determinar los parámetros mecánicos de la roca o el suelo, y se realiza un diseño geotécnico o se confirma el comportamiento del suelo o de la roca de acuerdo con el proyecto.

• Informe de mecánica de suelos: Se entrega la memoria descriptiva del estudio con recomendaciones soportados con los reportes de la exploración y del laboratorio de geotecnia. Se entregan especificaciones técnicas y costos de obra en caso de ser necesario.

La geotecnia tiene un amplio rango de aplicación en la ingeniería civil, ya que está relacionado con las especialidades de hidráulica, estructuras, vías terrestres, geología, etc. En la rama de las vías terrestres, la geotecnia

juega un papel fundamental ya que permite conocer las condiciones del sitio donde se desplantan grandes obras como autopistas, puentes y aeropuertos, además de permitirnos conocer las características de los materiales a utilizar en la construcción.

Algunas de las aplicaciones que tiene la geotecnia en la ingeniería civil y particularmente en las vías terrestres son las siguientes:

• Análisis de estabilidad de taludes• Diseño de cimentaciones• Inclinación de taludes en corte y en terraplén• Diseño de pavimentos• Caracterización de bancos de préstamo• Variación volumétrica de los materiales• Compactación• Reutilización de material producto de excavación

BENEFICIOSContamos con laboratorio de geotecnia movil, podemos hacer exploración superficial y profunda, tenemos experiencia en estudios de suelos en todo el país.

EXPERIENCIAEstabilización de talud de Carretera Escárcega-Chetumal, en Quintana Roo Sondeos profundos para el desarrollo Las Camuchinas, en Guerrero Análisis geotécnico para Autopista Arco Norte, en Estado de México.

Normas de Geotecnia de uso en EspañaEn España se emplea la norma UNE, editada por AENOR y que es el organismo encargado de transferir las normas europeas EN.

En el campo de la Geotecnia, la normativa UNE existente no es muy completa, y por consiguiente también se cuenta

con otras normativas de carácter sectorial que son de aplicación a determinados tipos de obras.

La relación de normativa que se proporciona no es completa, si hechas en falta alguna normativa que no se menciona, por favor házmelo saber a través del correo electrónico indicando el tipo de norma, organismo que la publica y rango de aplicación, así como otros comentarios adicionales que consideres oportunos.

La normativa relacionada con la geotecnia la podemos descomponer en tres grandes Grupos:

Eurocódigos: normativa referente al diseño geotécnicoSon un conjunto de normas que proporciona las directrices de diseño de cualquier proyecto estructural, entre ellos los proyectos geotécnicos. Algunas de ellas todavía no son de obligado cumplimiento, aunque se espera que pronto aparezcan las versiones definitivas de obligado cumplimiento.Ejecución de Trabajos EspecialesNormativa referente a la ejecución de ciertas obras especiales, como mejora geotécnica, pilotes etc.Normas de Construcción.Normas vigentes en la ingeniería civil para la construcción de edificaciones.Ensayos de Laboratorio.Son normas referentes a la manera de ejecutar los ensayos de laboratorio y los ensayos 'in-situ', publicadas por AENOR.

Eurocódigos para el Diseño Geotécnico:

UNE-EN 1990:2003 Eurocódigos. Bases de Cálculo de Estructuras (EC0).

Explica los fundamentos de cálculo para cualquier proyecto de estructuras. Define los conceptos de acciones, coeficientes de seguridad parciales, estados límite último y de servicio, etc.

UNE-EN 1991-1-1:2003. Eurocodigo 1: Acciones Estructurales. Parte 1-1. Acciones Generales. Pesos Específicos, Pesos Propios y Sobrecargas de Uso en Estructuras.Disponible la versión UNE-ENV

Define los distintos tipos de acciones a contemplar en un proyecto estructural.

UNE-ENV 1997-1:1999. Eurocódigo 7: Proyecto Geotécnico. Parte 1: Reglas Generales.

Proporciona las Reglas Generales de aplicación a un proyecto de tipo Geotécnico, que siguen las directrices del Eurocódigo 0 y del 1, haciendo referencia a las características específicas del Proyecto Geotécnico.

UNE-ENV 1997-2:2001. Eurocódigo 7: Proyecto Geotécnico. Parte 2: Proyectos Asistido por ensayos de Laboratorio.

Proporciona las directrices a seguir en un proyecto geotécnico en el que se utilicen ensayos de laboratorios, cómo hacer la selección de muestras etc. No proporciona las normas de los ensayos en sí.

UNE-ENV 1997-3:2002. Eurocódigo 7: Proyecto Geotécnico. Parte 3: Proyecto Asistido por Ensayos de Campo.

Proporciona las directrices a seguir en un proyecto geotécnico en el que se utilicen ensayos de campo. No

proporciona las normas de los ensayos en sí.

Ejecución de Trabajos Especiales:

UNE-EN 1536:2000: Ejecución de trabajos especiales de geotecnia. Pilotes perforados.UNE-EN 1537:2001: Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Anclajes.UNE-EN 1538:2000: Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Muros-pantalla.UNE-EN 12063:2000: Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Tablestacas.UNE-EN 12699:2001: Realización de trabajos geotécnicos especiales. Pilotes de desplazamiento.UNE-EN 12715:2001: Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Inyección.UNE-EN 12716:2001: Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Inyecciones de alta presión (Jet grouting).

Normativa de Construcción:

Norma Básica de la Construcción (NBE).Normativa del Hormigón armado (EHE).

Ensayos de Laboratorio de Suelos:

Preparación de muestras

UNE 7371:1975 TOMA DE MUESTRAS SUPERFICIALES DE SUELO DE TIPOINALTERADO

Explica cómo se ha de realizar la toma de muestras in-situ en calicatas o en galerías para evitar la alteración del suelo

UNE 103100:1995 PREPARACION DE MUESTRA PARA LOS ENSAYOS DE SUELOS.

Explica cómo ha de realizarse la preparación de la muestra en el laboratorio y cómo han de almacenarse las muestras, así como la selección de una muestra de tamaño adecuado a cada ensayo a partir de la muestra de campo.

Factores Índice (Identificación y Clasificación de Suelos)

UNE 103101:1995 ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS POR TAMIZADO.

Explica como realizar el tamizado de arenas y gravas para la obtención de la curva granulométrica del mismo.

UNE 103102:1995 ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS FINOS POR SEDIMENTACION. METODO DEL DENSIMETRO.UNE 7045:1952 DETERMINACION DE LA POROSIDADDE UN TERRENOUNE 103300:1993 DETERMINACION DE LA HUMEDAD DE UN SUELO MEDIANTE SECADO EN ESTUFA.UNE 103302:1994 DETERMINACION DE LA DENSIDADRELATIVA DE LAS PARTICULAS DE UN SUELO. (Método del Picnómetro.)UNE 103503:1995 DETERMINACION "IN SITU" DE LA DENSIDADDE UN SUELO POR EL METODO DE LA ARENA. (Método del Cono de

arena)UNE 103103:1994 DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO DE UN SUELO POR EL METODO DEL APARATO DE CASAGRANDE.UNE 103104:1993 DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO DE UN SUELO.UNE 103403:1999 DETERMINACION DE LA PERMEABILIDAD DE UNA MUESTRA DE SUELO. METODO DE CARGA CONSTANTE.

Determinación de Propiedades del Suelo

UNE 103401:1998 Determinación de los parámetros de resistentes al esfuerzo cortante de una muestra de suelo en la caja de corte directo.

UNE 103402:1998 Determinación de los parámetros resistentes de una muestra de suelo en el equipo triaxial.UNE 103405:1994 Geotecnia. Ensayo de consolidación unidimensional de un suelo en edómetro.

Fernando Ariznavarreta Fdez. mailto:ariznaf@uniovi.es

Geotecnia y geología Los servicios que ofrece CODEXSA dentro de esta disciplina son muy amplios y perfectamente adaptables a las necesidades de nuestros clientes, y se desarrollan desde nuestro nacimiento como empresa, hace 30 años. En este tiempo hemos realizado 10.000 estudios Geológicos-geotécnicos, lo que nos confiere una importante experiencia y un extenso conocimiento del suelo. Podemos destacar las siguientes actividades aplicables a cualquier segmento de mercado que los requiera.

Geotecnia y geología

Campañas geotécnicas de campo

Asistencia geotécnica

Campañas geotécnicas de laboratorio

Elaboración de informes

Parque de maquinaria de sondeos

Campañas geotécnicas de campo

Dentro de este apartado se recoge un amplio número de procesos de ensayo y pruebas "in situ" que se llevan a cabo mediante equipos propios y personal especialista contratado en plantilla.

GEORREFERENCIACIÓN DE PUNTOS DE RECONOCIMIENTO Y CARTOGRAFÍA GEOLÓGICACODEXSA dispone de receptores GNSS/GIS de mano para realizar la georreferenciación de puntos en campo. Estos equipos proporcionan precisiones submétricas constantes en tiempo real y post-proceso. Combinan receptores de alto rendimiento con equipos de mano para la toma de datos precisos y fiables, incluso en los entornos más exigentes. Este instrumental se utiliza igualmente como apoyo en la realización de cartografías geológicas. Éstas permiten obtener levantamientos geológicos a escalas adecuadas, mediante el uso de bases topográficas, fotografías aéreas e imágenes satélite. Finalmente son complementados con perfiles geológicos-geotécnicos.

SONDEOS MECÁNICOS A ROTACIÓNDisponemos de equipos especializados y versátiles para la ejecución de sondeos mecánicos que permiten observar de forma directa los materiales que constituyen el subsuelo. También se realiza la toma de muestras inalteradas o testigos parafinados a partir de las cuales se obtendrán en laboratorio los parámetros necesarios para estudiar el comportamiento del terreno. Tenemos capacidad para el desarrollo de distintas operaciones que ofrecen soluciones

adecuadas para cada tipo de terreno y proyecto:

Perforación en suelos. Perforación en gravas. Perforación en roca. Toma de muestras a rotación: batería simple.Toma de muestras a rotación: batería doble.Toma de muestras a rotación: batería triple.Toma muestras rotación: bateria triple; pared delgada. Toma de muestras inalteradas: tipo Shelby.Toma de muestras inalteradas: pistón fijo.Toma de muestras pared gruesa.Ensayo SPT. Testigo parafinado. Permeabilidad: ensayo Lugeon. Permeabilidad: ensayo Lefranc. Ensayo presiométrico (Presiómetros tipo OYO).Instalación de inclinómetros. Registro de medidas de inclinómetros.Instalación y purga de piezómetros.Vane Test, penetrómetro de bolsillo.Comprobación de la resistencia en punta de pilotes.

PERFORACIÓN MEDIANTE SISTEMA WIRE-LINEPara el desarrollo de perforaciones profundas contamos con equipos diseñados para utilizar la técnica Wire-line. Su principal característica es que se evitan las maniobras de ascenso de varillaje para vaciar el tubo-testigo, lo cual permite reducir los tiempos de operación.

ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICAConstituyen el método más sencillo de determinación de la resistencia de las diferentes capas o estratos del terreno mediante la hinca de un elemento de penetración unido solidariamente al varillaje.

Nuestros equipos se caracterizan por ser autopropulsados y de dimensiones muy reducidas, lo que facilita su empleo en emplazamientos de difícil acceso. Permiten realizar diferentes tipos de ensayos de penetración: - Borros.- DPH (Dynamic Probing Heavy).- DPSH (Dynamic Probing Super Heavy).

CALICATAS DE INVESTIGACIÓN

Como complemento de campañas complejas, o en el caso de reconocimientos sencillos, realizamos calicatas que permiten la inspección directa del suelo, toma de muestras y realización de ensayos "in situ".

Las calicatas son dirigidas y descritas por un geólogo, adjuntando un corte estratigráfico del terreno, así como el estado del mismo en cuanto a humedad, dureza o compacidad.

INCLINÓMETROS: INSTRUMENTACIÓN, REGISTRO DE MEDIDAS E INTERPRETACIÓNContamos con medios y capacitación técnica tanto para la instrumentación del terreno o elemento, como para la realización de las mediciones posteriores. Además disponemos de software específico para obtener las gráficas de las deflexiones acumuladas a lo largo de la perforación y su evolución con el tiempo. Esta técnica es particularmente útil y recomendable en el estudio de estabilidades de laderas y taludes, ya que permite identificar la dirección y magnitud de los movimientos producidos.

ENSAYOS PRESIOMÉTRICOSCODEXSA dispone de una unidad móvil para la realización de ensayos presiométricos: Deformación de suelos y rocas blandas "in situ".

Estos ensayos requieren de perforaciones previas para alcanzar el estrato sobre el cual se pretende actuar, cuestión que solucionamos con nuestros propios equipos de sondeo. Sobre las paredes del nivel geotécnico se aplica una presión radial uniforme que se incrementa progresivamente con una velocidad determinada, realizándose un registro continuo.

PIEZÓMETROS DE CUERDA VIBRANTE: INSTALACIÓN, REGISTRO DE MEDIDAS E INTERPRETACIÓN Con esta técnica se pueden obtener valores de la presión de agua de poros, así como el nivel de agua en perforaciones, terraplenes etc. Para ello se traducen electrónicamente los valores de las vibraciones detectadas, con el fin de controlar valores piezométricos de aguas, en suelos y rocas. El rango de medidas que ofrecen los piezómetros instalados es generalmente de 350 KPa.

Disponemos de una unidad de lectura portátil con capacidad para más de 11.000 lecturas y escalado para permitir conversión directa a unidades de ingeniería.

GEOFÍSICA ELÉCTRICADisponemos de estas técnicas de reconocimiento geofísico con objeto de apoyar y complementar las campañas geológico-geotécnicas e hidrogeológicas, sobre todo en superficies muy amplias, y que se basan en las propiedades como conductores de la electricidad de los diferentes estratos del terreno.

- Resistividad eléctrica: Se utiliza para determinar las características conductoras y agresividad química de los materiales del subsuelo, a profundidades determinadas.

- Sondeos Eléctricos Verticales: Permiten identificar el tipo de terreno existente en el subsuelo, los estratos presentes y sus espesores.

- Calicatas o tomografías geoeléctricas: Permiten obtener una sección geoeléctrica continua del terreno.

ENSAYOS DE BOMBEO Y TRAZADORES EN ACUÍFEROSOfrecemos como complemento a los ensayos geotécnicos la realización de aforos y ensayos de bombeo en acuíferos.

Por una parte se determinan los parámetros del acuífero (conductividad hidráulica, transmisividad y coeficiente de almacenamiento). También se determina el comportamiento frente a un bombeo para determinar la dirección del flujo, con la ayuda de trazadores.

Y por otro lado se determinan las propiedades hidráulicas del acuífero para poder predecir posteriormente su comportamiento bajo situaciones diversas, evaluar la disponibilidad de recursos de agua subterránea, etc.

COMPROBACIÓN E INYECCIÓN EN PUNTA DE PILOTESOfrecemos a nuestros clientes este método de auscultación directa del hormigón de la punta de pilotes. Además permite conocer las características del terreno que le sirven de apoyo. En los casos en que sea preciso podemos realizar la inyección mediante bombeo, de una lechada de cemento que mejore las características de apoyo en punta del pilote.

CODEXSA dispone de experiencia realizando estos trabajos en obras ejecutadas en tierra y en mar.

Asistencia geotécnica

La experiencia adquirida durante 30 años nos permite aportar soluciones avanzadas a nuestros clientes que se adapten a sus necesidades. Aquí se enmarca el asesoramiento o asistencia geotécnica, que realizamos a diferentes niveles en función de las características del proyecto. Podemos participar en una o varias de las siguientes etapas:

- Diseño de campañas geotécnicas.- Seguimiento "in situ" de campañas geotécnicas de campo.- Supervisión de excavaciones. Verificación de los parámetros geotécnicos de proyecto.- Asesoramiento y optimización de soluciones de excavación y cimentación.- Cálculos y recomendaciones en el diseño de cimentaciones.- Anejos Geológicos - Geotécnicos.

Estos trabajos son realizados por técnicos especialistas y experimentados, pudiéndose desarrollar en proyectos en todo el territorio nacional y en el extranjero.

Campañas geotécnicas de laboratorio

Nuestra red de laboratorios nos permite realizar un amplio número de ensayos específicos de esta disciplina:

Clasificación de suelos.

Análisis granulométrico.

Análisis granulométrico por sedimentación.

Límites de Atterberg.

Densidad aparente. Balanza hidrostática.

Peso específico real de un terreno.

Humedad mediante secado en estufa.

Compresión simple.

Corte directo (CD,CU,UU). (*)

Resistencia de un suelo. Triaxial. (CD,CU,UU.) (*)

Permeabilidad con presión en cola en célula triaxial.

Presión de hinchamiento en edómetro. (*)

Hinchamiento libre en edómetro. (*)

Consolidación en edómetro. (*)

Ensayo de colapso. (*)

Expansividad lambe.

Inundación bajo carga en edómetro. (*)

Permeabilidad a carga variable.

Permeabilidad a carga constante.

Porosidad de un terreno.

Determinación de pH.

Acidez Baumann Gully.

Sulfatos solubles.

Contenido en carbonatos. Calcímetro de Bernard.

Agresividad del agua freática.

Contenido en materia orgánica.

Contenido en cloruros, sulfatos, etc.

Ensayo Próctor (normal / modificado).

C.B.R.

(*) CODEXSA dispone de 23 equipos edométricos, 5 equipos de corte directo y 1 equipo triaxial, todos informatizados, así como una bancada de consolidación con 6 células.

Elaboración de informes

Nuestros técnicos pueden elaborar diferentes tipos de informes que se adaptan a las necesidades concretas de nuestros clientes y de los proyectos.

ESTUDIOS GEOTÉCNICOSA partir de las campañas de campo y laboratorio, los informes ofrecen las oportunas recomendaciones sobre la cimentación más adecuada para el proyecto en cuestión y en función de las características geotécnicas y geológicas específicas del terreno. Se recogen las diferentes alternativas posibles con las recomendaciones a contemplar en cada caso. Los informes geotécnicos van acompañados de la recopilación de datos, resultados y cálculos que justifican todas las conclusiones y soluciones arrojadas.

ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS E HIDROLÓGICOSLos estudios hidrogeológicos se basan en determinar y caracterizar las capacidades como acuíferos de los materiales, tanto en macizos rocosos (basado en al análisis de fracturación) como en materiales sedimentarios (porosidad, textura, estructura). Una vez caracterizado el acuífero y el comportamiento de los materiales, se podrá conocer su regulación y funcionamiento hidrológico e hidrogeológico.

Por otro lado, realizamos estudios de riesgos naturales, en concreto estudios hidráulicos, para determinar los riesgos de inundación y avenidas máximas, tan frecuentes en el clima mediterráneo.

Los ensayos y estudios realizados permiten caracterizar las propiedades hidrogeológicas-hidráulicas del acuífero, (permeabilidad, conductividad hidráulica, transmisividad y coeficiente de almacenamiento), con el objetivo de predecir posteriormente su comportamiento bajo situaciones diversas, evaluar la disponibilidad de recursos de aguas subterráneas, etc.

Estudios hidrogeológicos:

Caracterización de acuíferos (permeabilidad, flujos, almacenaje y calidad de aguas).

Captación de aguas subterráneas para abastecimiento (estudio y proyecto de diseño de pozos).

Influencia de niveles freáticos y caudales para cimentaciones e infraestructuras.

Estudios de protección y determinación de contaminación.

Ensayos de bombeo y trazadores en acuíferos.

Estudios hidrológicos:

Caracterización de cuencas hidrográficas (balances hídricos).

Análisis de recursos hídricos.

Estudio de inundaciones y avenidas máximas.

Determinación de Dominio Público Hidráulico (DPH).

Diseño de redes de drenajes (pluviales).

Diseño y proyecto de Estaciones depuradoras.

ESTABILIDAD DE TALUDESMediante la aplicación de software específico, y haciendo uso de los datos obtenidos en las correspondientes campañas de campo y laboratorio, se realizarán simulaciones que conducirán a establecer los parámetros de estabilidad y seguridad adecuados.

De esta forma se podrán prever posibles deslizamientos del terreno durante la ejecución de obras, permitirán el dimensionamiento de muros de contención, se podrán establecer las causas de posibles patologías, etc.

INFORMES DE RESULTADOSElaboramos informes recopilatorios de las campañas de campo y laboratorio donde se recogen todos los resultados obtenidos, características de los materiales ensayados, cortes estratigráficos y fotografías. De esta forma, se dispondrá de todos los parámetros necesarios para el diseño de la cimentación más recomendable.

ESTUDIOS DE CARACTERIZACIÓN AMBIENTALEl objetivo de los trabajos de caracterización medioambiental de los suelos y aguas subterráneas es confirmar o descartar la presencia de contaminantes en el subsuelo, mediante la ejecución de trabajos de campo, e identificando los potenciales focos de contaminación. Esto permitirá valorar la posibilidad de que se hayan producido contaminaciones significativas en el emplazamiento sobre el que se ubicarán futuros proyectos.

Los parámetros que habitualmente se estudian son:

Sobre muestras de suelo:

• pH.• Conductividad.• Contenido en materia orgánica.• Granulometría y textura.• TPH (Hidrocarburos Totales).• Barrido de metales (As, Cu, Cr, Co, Cd, Ni, Pb, Hg y Zn).• PCB´s (Policloro bifenilos).

Sobre muestras de aguas subterráneas.

• pH• Conductividad• Temperatura.• Oxígeno disuelto.• DQO (Demanda Química de Oxígeno).• TPH (Hidrocarburos Totales).• Barrido de metales (As, Cu, Cr, Co, Cd, Ni, Pb, Hg y Zn).• PCB´s (Policloro bifenilos).

Para la realización de este tipo de estudios, tienen especial relevancia los aspectos siguientes:

- Obtención de información regional destacable.

- Puntos de muestreo seleccionados de acuerdo a las características de la zona de estudio.- Muestreos en intervalos de profundidad acotada.- Correcto envasado de muestras (con control de pérdidas de volátiles).- Adecuado muestreo de aguas subterráneas (purgado de los sondeos).- Seguimiento por cadenas de custodia y procedimientos de envase, y preservación de muestras según normas internacionales.

Sondeos terrestres,

fluviales y marítimos

Estudios geotécnicos

Laboratorio de ensayos

Más Información

Edificación

Ensayos en obra

Ensayos de laboratorio

Patologías

Estudios y proyectos

Más Información

Obra Civil

Obras de tierra

Firmes

Pref. urbanización

Eltos. estructurales

Más Información

Química y M.A.

Análisis de aguas

Estado ecológico de ríos

Suelos y depuradoras

Productos industriales

Más Información

Asistencia Técnica

Obras hidroviarias

Consultoría y asistencia

Seguridad y salud laboral

Apoyo a Confederaciones

Más Información

Metalurgia

Ensayos destructivos

Ensayos no destructivos

Inspección de soldeo

Homologación soldadura

Más Información

Energía y Alta Tensión

Dirección de obra

Auditoría de proyectos

Especificación de equipos

Asistencia a licitación

Más Información

Geotecnia

DIRECTOR DE ÁREA:

D.Octavio Plumed Parrilla

Ingeniero de Caminos (1982)

Email: geotecnia@ensaya.es

Una actividad fundamental de ENSAYA es la realización de estudios geológicos y geotécnicos. Está

acreditada por el Instituto del Suelo y la Vivienda de la D.G.A. en las áreas técnicas:

Área de ensayos de laboratorio de mecánica de suelo.

Área de toma de muestras inalteradas, ensayo y pruebas “in situ” en suelos.

Contamos con una oficina técnica compuesta por ingenieros de caminos, geólogos y delineantes.

Para la realización de sondeos, pruebas y ensayos “in situ”, necesarios para el reconocimiento

geotécnico del terreno, se dispone de sondistas con una dilatada experiencia y con la maquinaria de

más avanzada tecnología:

3 Sondas TP50D sobre orugas

Sonda TP70 sobre orugas

4 Sondas TP50 sobre camión

Sonda TP-40 sobre camión

3 penetrómetros automáticos sobre orugas

Sonda ROLATEC RL-400 sobre orugas

ENSAYA dispone de un laboratorio de Mecánica de Suelo completamente equipado.

Las áreas de actuación de ENSAYA:

OBRAS LINEALES: AUTOVÍAS, CARRETERAS Y FERROCARRILES.

OBRAS HIDRÁULICAS: GRANDES PRESAS Y EMBALSES. BALSAS DE RIEGO Y

ABASTECIMIENTO. CANALES Y CONDUCCIONES.

EDIFICACIÓN: POLÍGONOS INDUSTRIALES. DEPURADORAS. ÁREAS URBANIZABLES.

PARQUES EÓLICOS. GRANDES EDIFICIOS. VIVIENDAS UNIFAMILIARES.

INESTABILIDADES DE LADERA.

HIDROGEOLOGÍA

Las actividades desarrolladas por ENSAYA en esta área se dividen en:

ESTUDIOS E INFORMES

Estudios geológicos.

Caracterización geotécnica de materiales. Rellenos y desmontes en obras lineales.

Estabilidad de taludes

Estabilidad de laderas

Estudio de materiales de préstamo. Localización, aptitud y cubicación.

Localización de vertederos

Estudios geotécnicos y materiales para presas. Estanqueidad de vasos.

Estudios hidrogeológicos

Estudios de mejora del terreno

Cimentación de estructuras obra civil y edificación

TRABAJOS DE CAMPO

Sondeos mecánicos. Muestras inalteradas, SPT. Testificación y muestreo.

Calicatas mediante retroexcavadora. Testificación y muestreo

Penetraciones dinámicas

Geofísica eléctrica y sísmica

Pruebas de permeabilidad

Cartografía geológica-geotécnica. Caracterización de macizos rocosos

Control de aforos

Control y supervisión en obra: cimentaciones, explanaciones, taludes en desmontes y trabajos

especiales (pilotes, anclajes, etc.)

ENSAYOS DE LABORATORIO

Ensayos de identificación: granulometría, límites, humedad, densidad, etc.

Ensayos de resistencia y deformabilidad: triaxiales, edométricos, corte directo, colapso,

compresión simple, hinchamiento libre, presión máxima de hinchamiento, etc.

Análisis químicos: sulfatos, carbonatos, sales solubles, contenido en yesos, etc.

Proctor normal y modificado, C.B.R.

Permeabilidad, alterabilidad

Ensayos de balasto.

Monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas una evaluación de métodos y costos

CEPIS / OPS / OMSPor:  Ing. Stephen Foster, Ing. Daniel Caminero Gomes,  1989

ContenidoResumen

Prefacio

1. Introducción

1.1Objetivos del monitorio de calidad

1.2Dificultad del muestreo representativo

1.3Selecci[ón de parámetros analíticos

1.4Precauciones de seguridad para el muestreo

2. Modificación fisioquímica de las muestras de agua subterránea

2.1Contaminación de muestras e inestabilidad de determinantes

2.2Efectos de la instalación de los pozos

2.3Influencia del método de muestreo

3. Importancia de la complejidad hidrogeológica para el muestreo

3.1Regímenes de flujo de las aguas subterráneas

3.2Transporte y atenuación de contaminantes

3.3Controles naturales sobre la calidad de las aguas subterráneas

3.4Influencia de hidráulica de pozos sobre el muestreo

4. Métodos comunes de muestreo y sus limitaciones

4.1Comentarios introductorios

4.2Descarga de pozos de producción

4.3Muestreo durante la perforación de pozos

4.4Muestreo de pozos no bombeados

5.Desarrollos en bombas de muestreo

5.1Comentarios introductorios

5.2Técnicas de impulsión a succión

5.3Métodos de impulsión con gas

5.4Equipo sumergible de desplazamiento positivo

5.4.1 Bombas cetrífugas

5.4.2 Bombas de pistón

5.4.3 Bombas de diafragma

5.4.4 Bombas inerciales

6. Técnicas mejoradas para el muestreo de pozos existentes

6.1Comentarios introductorios

6.2Nuevas técnicas para determinantes inestables

6.2.1Técnicas de toma modificadas

6.2.2Técnica de medición in situ

6.2.3Métodos de absorción in situ

6.3Control sobre la profundidad del muestreo

6.3.1Técnicas de toma con medición de flujo en el pozo

6.3.2Aislamiento de secciones del pozo mediante empaquetadores

6.3.3Extracción de agua intersticial desde testigos de perforación

7. Pozos de monitoreo: Diseño e instalación

7.1Criterios de diseño

7.2Alternativas de diseño

7.2.1Piezómetros sencillos

7.2.2Piezómetros múltiples

7.3Selección de materiales de construcción

7.4Métodos de perforación de pozos

8. Monitoreo de la zona no saturada

8.1Fase móvil

8.1.1Significado del monitoreo

8.1.2Muestreadores a succión

8.1.3Otros métodos

8.2Fase adsorbida

9. Programas de monitoreo de aguas subterráneas

9.1Definición de objetivos

9.2Principios del diseño y desarrollo de sistemas

9.3Procedimientos y precauciones operacionales

9.3.1Comentarios generales

9.3.2Limpieza de pozos

9.3.3Recolección de muestras

9.3.4Filtración de muestras

9.3.5Conservación de muestras

9.3.6Control y garantía de la calidad

9.3.7Observación final

9.4Parámetros indicadores de contaminación

9.5Utilización de resultados de monitoreo

9.5.1Condiciones hidrogeológicas

9.5.2Detección ofensiva/Defensiva de contaminanción

9.5.3Evaluación de contaminación

9.5.4Almacenamiento y recuperación de datos

10. Conclusiones

11. Bibliografía

Resumen

Un muestreo adecuado para determinar la distribución de lagua subterránea de inferior calidad y monitorear de manera eficaz su variación temporal, presenta grandes problemas técnicos. Los métodos más comunes, es decir los más tradicionales de muestreo de pozos de producción durante la perforación del mismo, así como la toma de muestras desde pozos no bombeados, sufren de serias limitaciones a este respecto.

Dichas limitaciones son el resultado de: (a) un inadecuado control en la profundidad del muestreo y la consecuente inseguridad acerca del origen preciso de la muestra, y (b), la modificación físicoquímica de la muestra debido a una diversidad de procesos. El mensaje del presente manual no es expresar que dichos métodos deberían ser abandonados, sino que siempre deberían reconocerse sus grandes limitaciones al momento de interpretar sus resultados.

Donde sea técnicamente posible y económicamente justificado, debería considerarse la introducción de algunas de las técnicas y equipos recientemente desarrollados, los mismos que son revisados en el presente manual. Estos incluyen bombas especiales de muestreo, métodos modificados para parámetros inestables, técnicas para mejorar el control de la profundidad del muestreo y diseños mejorados para pozos de monitoreo. Las consecuencias económicas de su utilización, en lo que se refiere al costo relativo y adquisición de divisas, son consideradas.

Se discuten las estrategias para la implementación de programas de monitoreo de aguas subterráneas, incluyendo: (a) la posibilidad de obtener aviso previsto de seria contaminanción, a fin de permitir la adopción de medidas efectivas de control y (b) la selección de parámetros indicadores de contaminación para reducir los costos analíticos de laboratorio.

B. Monitoreo Defensivo                        D. Vigilancia de Calidad del                                                                         Abastecimiento de Agua Potable

Figura 0Resumen esquemático de los objetivos del monitoreo de la calidad de aguas

subterráneas

 

Prefacio

El costo relativamente bajo y la excelente calidad natural de las aguas subterráneas normalmente han sido suficientes para justificar su explotación a gran escala para el suministro de agua potable no sólo en zonas áridas, sino también en zonas tropicales de América Latina y el Caribe. Se estima

que 140 millones de la población de dicha región son dependientes de aguas subterráneas. En numerosas conurbaciones, incluyendo las ciudades de México, Lima, La Habana, Buenos Aires, Santiago de Chile, Ciudad de Guatemala, San José de Costa Rica, San Salvador, Managua y Santo Domingo, los recursos hídricos subterráneos proporcionan una parte significativa del total del suministro público de agua.

El volumen y la complejidad de la carga contaminante arrojada, en forma deliberada o accidental, sobre el subsuelo ha incrementado apreciablemente en las últimas dos décadas, dando origen a serios riesgos de contaminación de aguas subterráneas, especialmente dentro y alrededor de grandes zonas urbanas. En vista de los considerables recursos y esfuerzos que se han invertido, y que se continuarán invirtiendo, para el desarrollo de aguas subterráneas, es necesario implementar políticas realistas de proteccíón de los acuíferos.

Un elemento esencial de tales políticas lo constituye el monitoreo de la calidad de aguas subterráneas, no sólo para controlar la calidad del agua suministrada al publico sino también para evaluar el estado de la calidad actual de las aguas subterráneas, a fin de calcular la extensión de agua subterránea contaminada, así como proporcionar un preaviso del inicio de la contaminación. El monitoreo de las aguas subterráneas está en auge en Norteamérica y Europa, relacionado con la preocupación sobre protección ambiental, el temor de la contaminación de aguas subterráneas y la introducción de nueva legislación y reglamentación. Publicaciones que presentan los adelantos tecnológicos en métodos de muestreo aparecen en forma muy regular en la literatura científica. El presente manual examina los recientes adelantos y tiene la intención de servir como guía para las prácticas de monitoreo.

El desarrollo de un Programa Regional de Aguas Subterráneas es parte del plan a mediano plazo del CEPIS, adoptado por la Organización Panamericana de la Salud, para el período de 1984-89. Un elemento clave de este programa es la preparación y difusión de informes y manuales prácticos, tales como el presente, para su aplicación por parte de instituciones nacionales responsables de los recursos de aguas subterráneas o que utilizan estos recursos para el suministro de agua. Se han planificado siete documentos en total (Tabla 0). La Overseas Development Administration del Reino Unido, está respaldando una participación británica en la producción de las tres últimas de estas publicaciones.

Este manual ha sido revisado y mejorado por el Comité Técnico que dirige el Programa Regional de Aguas Subterráneas del CEPIS, el cual ha incluido representantes de instituciones en Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Costa Rica, Cuba, El Salvador, México, Paraguay, Perú, Puerto Rico, República Dominicana y Venezuela. El comité se ha reunido en cinco ocasiones: I-Lima, Perú/Noviembre 1985; II-Ciudad de México/Febrero 1987; III-Sao Paulo, Brasil/Mayo 1987; IV-San Juan de Puerto Rico/Junio 1988 y V-Lima, Perú/Febrero 1989.

Los autores agradecen al Ing. Alberto Flórez Muñoz, Director del CEPIS y al Ing. Henry Salas, Asesor del CEPIS, quienes fueron los creadores del programa, así como al Ing. Caraí Bastos (CETESB) y al Ing. Ricardo Hirata (IGSP) por sus discusiones técnicas, a la Sra. Sonia de Victorio y las Srtas. Patricia Adaniya y Patricia Moral por la traducción, a la Srta. Inés Barbieri por su excelente trabajo secretarial en la producción del presente manual en sus versiones de inglés y español, y al Sr. Luis Torres por la alta calidad de su trabajo en las ilustraciones.

Tabla OEstatus de documentación del programa regional de aguas subterráneas

del CEPIS para América Latina y El Caribe

 

1.  Introducción

1.1  Objetivos del Monitoreo de Calidad

1.1.1 El requisito fundamental en la mayoría de los programas de monitoreo es determinar la variación espacial de la         calidad de las aguas subterráneas (Figura Oa) . Este objetivo es esencialmente el mismo sin tener en cuenta          si el propósito es:

(a) Determinar la distribución subterránea de la contaminación y las tasas de migración de los     contaminantes.

(b) Establecer la extensión de intrusión salina costera.

(c) Determinar la distribución de las aguas subterráneas de baja calidad causada por la interacción     natural agua-roca.

(d) Monitorear la efectividad de medidas para controlar o remediar la contaminación.

1.1.2 En todos estos casos, el propósito es obtener resultados que reflejen exactamente la condición de las aguas        subterráneas en el acuífero (Figura 1). Esto supone la necesidad de obtener muestras no contaminadas        representativas de la condición en un punto específico dentro del sistema de aguas subterráneas en forma        periódica.

1.1.3 Otro objetivo del monitoreo (Figura OB) es la vigilancia (o control de calidad) de las aguas subterráneas que se         utilizan para el suministro de agua. Esto, sin embargo, es una consideración mínima en el presente manual         (Figura 1), ya que este tipo de muestreo presenta pocos problemas específicos de las aguas subterráneas. El         requisito en este caso no es un muestreo representativo de la condición en el acuífero, sino que se relaciona         con la aceptabilidad de agua bombeada para un uso determinado y/o con el control de cualquier proceso de         tratamiento necesario.

1.1.4 El crecimiento en la disposición de residuos urbanos a industriales a tierra y la intensificación del cultivo        agrícola están ocasionando un riesgo de contaminación de aguas subterráneas (oster, et al., 1987). Esto        requerirá una mayor ampliación de las actividades de monitoreo de aguas subterráneas, especialmente:

(a) Para identificar el inicio de la contaminación de las aguas subterráneas por una actividad dada, tan     pronto como sea posible, de manera que permita la introducción de medidas de control a tiempo     (Figura OC).

(b) Para proporcionar aviso anticipado de la llegada de aguás contaminadas a las fuentes importantes     de suministro de aguas subterráneas, a fin de conceder tiempo para iniciar acciones correctivas     (Figura  OD).

(c) Para determinar responsabilidad legal en los contaminación de aguas subterráneas incidentes de     contaminación de aguas subterráneas

La exactitud y significación de los resultados del monitoreo necesitan ser evaluados en forma regular. Una acción de seguimiento apropiada, tal como el control de fuentes de contaminación, descontaminación del suelo y de acuíferos, tratamiento del suministro de agua, modificaciones en la explotación del acuífero, etc., debe tomarse siempre en cuenta. La carencia de acciones de seguimiento niega la justificación para implementar los programas de monitoreo (Figura 1).

1.2 Dificultad del Muestreo Representativo

1.2.1 Ya que los sistemas de aguas subterráneas son mucho más complejos y mucho menos accesibles que los        cuerpos de agua superficial, tales como los ríos y lagos, existen grandes obstáculos para lograr los requisitos        ideales de muestreo.

1.2.2 Dichos obstáculos son técnicamente difíciles y económicamente costosos de vencer, y a menudo tienen que        aceptarse serias limitaciones en la representatividad de las muestras de aguas subterráneas. Es muy        importante que tales limitaciones se reconozcan completamente en la interpretación y aplicación de los        resultados.

1.2.3 Debería considerarse la introducción de métodos mejorados cuando la necesidad de un resultado más seguro        se justifica económicamente y donde intervengan ciertos grupos de determinantes inestables pero de        importancia para la salud pública.

1.2.4 Las causas que conducen a una interpretación errónea a inadecuada de la condición del agua subterránea en el        acuífero se derivan de dos grupos distintos de razones. Aquéllas relacionadas con (a) la modificación        fisicoquímica de la muestra y (b) la complejidad hidrogeológica.

1.2.5 El acceso normal al subsuelo para el muestreo de aguas subterráneas son los pozos de un tipo a otro. De esta        manera el grupo anterior incluye no sólo la influencia en la integridad de las muestras de aguas subterráneas de        factores tales como tipo de muestreador, manejo, conservación y transporte de las muestras, sino también        problemas claves asociados con la perforación y la presencia de los mismos pozos de monitoreo.

1.2.6 Una fuente aún más grave de error resulta de la frecuente falta al relacionar la escala de las redes de monitoreo        con variaciones tridimensionales en el flujo y la calidad de las aguas subterráneas. La complejidad de los        regímenes del transporte de contaminantes en los acuíferos a menudo es tal que, para las aplicaciones        comunes de muestreo, se requerirá de un hidrogeólogo especializado tanto para diseñar la red como para        interpretar sus resultados.

Figura 1Monitoreo de la calidad del agua: filosofía y alcance del manual

 

1.3  Selección de los Parámetros Analíticos

1.3.1 Cuando el objetivo del monitoreo está relacionado con la calidad de las aguas subterráneas y/o los problemas        de contaminación, la selección de parámetros analíticos normalmente estará impuesta por la interacción entre:

(a) El uso principal de las aguas subterráneas.(b) La posibilidad que los parámetros así definidos se encuentren presentes en concentraciones    problemáticas como resultado del régimen hidrogeoquímico natural y/o el carácter de cualquier

carga    contaminante que está siendo descargada al subsuelo.

1.3.2 En caso que el interés principal en las aguas subterráneas sea como fuente de suministro de agua potable,        entonces las guías de la OMS o de otras agencias (tales como la CCE, la EPA de EE.UU., o las nacionales),        serán pertinentes para las concentraciones máximas permisibles en el agua potable, por consideraciones de        salud y de estética (Tabla 1). Sin embargo, debería señalarse que éstas no son necesariamente comprensivas.

1.3.3 Dichas normas también, en parte, serán apropiadas para ciertos usos industriales y agrícolas. No obstante,        para agua de refrigeración o lavado industrial, por ejemplo, el interés puede estar restringido al contenido de        dureza total, pH, Fe, Mn y Cl, y para la irrigación agrícola normalmente serán suficientes Na, Ca, B, C1, S04 y        sólidos disueltos totales.

1.3.4 La identificación de grupos de parámetros con mayores posibilidades de estar asociados con una actividad que        genera contaminación es un tema importante (Jackson, 1980; Foster a Hirata, 1988). Aquí sólo se presenta un        resumen (Tabla 2).

1.3.5 Numerosos componentes químicos que pueden causar daño a la salud o perjuicio estético cuando están        presentes en el suministro de agua doméstico pueden presentarse en las aguas subterráneas en forma natural,        como resultado de las interacciones geoquímicas de agua-suelo-roca. Estos incluyen Na, C1, Mg, S04, Fe, Mn,        As, Se y B.

1.3.6 Cuando se utilizan técnicas hidroquímicas como una herramienta en el estudio de los regímenes de flujo de        aguas subterráneas y el comportamiento geoquímico subterráneo, los parámetros de interés incluirán pH y Eh,        ciertos cationes (Ca, Na, K, Mg, Sr) y aniones (C1, Br. S04), equilibrio de carbonatos (ocasionando        determinaciones de pH, Ca, Mg, HCO3), y ciertos isótopos (3H, 2H-18O, 13C-14C, 15N-16N).

1.3.7 En vista de la amplia gama de determinantes potencialmente presentes, así como el elevado costo de los        análisis de laboratorio, en muchos casos será necesario racionalizar el programa analítico de monítoreo de        aguas subterráneas a través de la utilización de parámetros indicadores.

1.4  Precauciones de Seguridad para el Muestreo

1.4.1 La superficie alrededor de los pozos siempre debería ser considerada cuidadosamente ya que puede existir        riesgo de derrumbamiento, en especial alrededor de las fuentes más antiguas y en pozos de grandes

        diámetros.        Los andamios y las escaleras pueden no ser seguros. En caso que sea necesario entrar en un pozo para        muestrear debe emplearse un casco y andadores de seguridad apropiados, así como hacerlo con dos personas        de apoyo para el caso de un accidente.

1.4.2 Cuando se está muestreando en un espacio limitado, tal como dentro del pozo mismo o en un sumidero o        galería de un manantial, la atmósfera debería someterse a una prueba, en cada ocasián antes de entrar, para        detectar la posible falta de oxígeno y la presencia de gases tóxicos y explosivos. Debido a diversas        circunstancias pueden ocurrir acumulaciones de dióxido de carbono, metano o sulfuro de hidrógeno, siendo        estos dos últimos explosivos. Los gases de diesel y gasolina y el monóxido de carbono provenientes de los        motores de algunas bombas también pueden acumularse.

1.4.3 El metano, que puede originarse en el subsuelo, es mas liviano que el aire y se acumulará cerca de los techos        de las cámaras de bombeo. El sulfuro del hidrógeno, con su olor característico a huevos podridos, es muy        tóxico, inclusive en pequeñas cantidades.

1.4.4 Las muestras a menudo serán recolectadas durante la perforación del pozo. Por consiguiente, deben tomarse        las precauciones normales a fin de reducir el riesgo de daño del equipo de perforación y bombeo, incluyendo la        utilización de cascos de seguridad, botas y guantes protectores. Es conveniente el uso de ropa protectora        adicional en caso que se espere una contaminaclón sumamente tóxica del suelo y/o de las aguas         subterráneas.        En caso que se presenten hidrocarburos sumamente volátiles, las máquinas de perforación deben equiparse         con sifones de llama, amortiguadores de chispas y el equipo eléctrico no deberá permitir formar un arco voltáico        a través de la atmósfera. También será necesario llevar equipo contra incendios.

Tabla 1Resumen de las normas para calidad de agua potable y el comportamiento}

subterráneo de importantes contaminantes del agua subterránea(derivado de Wilson y MacNabb, 1983 y Frankenberger, 1984)

(se omiten los pesticidas porque de ellos tienen normas publicadas)

Tabla 2Resumen de las principales actividades que generan una

carga contaminante al subsuelo(aquéllas consideradas de mayor importancia en América Latina y

el Caribe están en letras mayúsculas)

2.  Modificación fisicoquímica de las muestras de agua subterránea

2.1  Contaminación de Muestras a Inestabilidad de Determinantes

2.1.1 Los errores potenciales causados por el procedimiento analítico mismo, para todos los parámetros comunes,        serán mucho menos significativos que los presentados como resultado del proceso de muestreo.

2.1.2 Cuando la inestabilidad de los determinantes y el nivel de detección requerido aumentan, los problemas        relacionados con la modificación de la muestra rápidamente llegan a ser significativos y frecuentemente pueden        llegar a ser críticos.

2.1.3 Los parámetros de interés común en la investigación de aguas subterráneas han sido clasificados en relación al        nivel de detección requerido y la inestabilidad relativa (Figura 2). Esta proporciona una indicación general de        aquellos grupos que requieren precauciones especiales.

2.1.4 En términos semicuantitativos, para aquellos componentes que tienden a aparecer en las aguas subterráneas        en el rango de ppm, la contaminación de la muestra no es de gran preocupación en la mayoría de los        procedimientos de muestreo. Para los componentes que son significativos en el rango ppb o menor, tales como        metales pesados y orgánicos sintéticos, la modificación de las muestras puede ser crítica y en algunos casos        pueden existir dificultades analíticas.

2.1.5 También se presentan serios problemas debido a la inestabilidad de los determinantes, dados los cambios        físicos y químicos que ocurren durante la perforación de los pozos y cuando las muestras son extraídas de        dichos pozos.

2.1.6 La mayoría de los procedimientos resultan en cambios de temperatura y presión de muestras, con pérdida de        ciertos gases disueltos y is introducción de oxigeno atmosférico. Esto puede dar como resultado cambios en         pH y/o Eh, y ocasionar la correspondiente modificación en las concentraciones de numerosos componentes        disueltos. Otro problema relacionado es la pérdida de compuestos orgánicos volátiles como resultado del        contacto atmosférico durante el procedimiento de muestreo.

2.1.7 En algunos casos las aguas subterráneas pueden ser químicamente agresivas causando corrosion o        incrustación de las instalaciones de muestreo que presentan problemas significativos.

2.1.8 El resto del presente capítulo discutirá en forma individual cada paso del procedimiento de muestreo con el        objéto de identificar y evaluar, en términos generales, las mayores fuentes de error que pueden presentarse en        cada etapa.

Figura 2Inestabilidad relativa y rangos de concentración de los principales

parámetros de interés en el monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas

2.2   Efectos de la Instalación de los-Pozos

2.2.1 Las técnicas utilizadas para perforar pozos, recolectar muestras durante la perforación y colocar el equipo de        muestreo puede producir cambios radicales del ambiente hidrogeoquímico dentro del acuífero. La escala y tipo        de cambio involucrados varía con la técnica de perforación empleada.

2.2.2 Es difícil prevenir la transferencia de contaminación hacia abajo cuando una perforación pasa a través de una       zona contaminada. El método de perforación con auger está particularmente propenso a una autocontaminación       de este tipo. Otro problema es la contaminación de las muestras por los fluidos utilizados para perforar ya sea       agua, lodo con base de bentonita, polímeros sintéticos, aire comprimido, etc. Tales problemas afectan los       métodos de perforación por rotación, pero también pueden estar presentes en menor grado en la perforación por       percusión y auger.

2.2.3 La arena o grava, y cemento o bentonita, empleados para rellenar y sellar los pozos de monitoreo pueden        ocasionar:

(a) Cambios en pH que afectan la solubilidad de metales pesados y otros determinantes.

(b) La absorción de algunos tipos de contaminantes.

2.2.4 Es importante notar que la contaminación con oxígeno atmosférico durante la perforación es especialmente        común, pero difícil de evaluar. En casos extremos, como cuando se perfora por medio de aire comprimido en un        acúífero confinado, la zona alrededor del pozo de monitoreo puede permanecer aireada en forma artificial por        algunos años después de su construcción.

2.2.5 Bajo ciertas circunstancias de instalación, los pozos pueden ilegar a ser colonizados desde la superficie por        bacterias, introduciendo el potencial para transformaciones bioquímicas del agua en los mismos. Esto podría        involucrar el consumo de oxígeno disuelto presente en forma natural en las aguas subterráneas y causar una        serie de cambios asociados con la composición química del agua presente en el pozo de monitoreo.

2.2.6 Todos estos problemas pueden reducirse bombeando y limpiando los pozos de monitoreo, y las instalaciones        de muestreo antes de su utilización. Sin embargo, la descontaminación completa puede ser un proceso difícil y        prolongado, especialmente donde se encuentran presentes especies químicas absorbidas o donde se confronta        la oxigenación de un sistema previamente anaeróbico.

2.3  Influencia del Método de Muestreo

2.3.1 Cualquier modificación fisicoquímica en la muestra, cuando se mueve a través de la instalación del muestreo,        puede también causar errores en los resultados del monitoreo.

2.3.2 Materiales, tales como plásticos, metales, vidrios, adhesivos, gomas y lubricantes, utilizados para fabricar y/o        instalar el equipo de muestreo, normalmente se seleccionan debido a su carácter relativamente inerte. En la        mayoría de los casos, pocos tienen- la posibilidad de cambiar los resultados del monitoreo de aguas        subterráneas. Este es especialmente el caso con equipo de alta calidad, fabricado en teflón, acero inoxidable y        vidrio de cuarzo. Sin embargo, la posibilidad de absorción en, o la disolución de, estos materiales debe ser        considerada en el monitoreo de metales pesados, compuestos orgánicos y organismos patógenos.

2.3.3 La fase de extracción de las muestras de los pozos de monitoreo o de las muestreadoras, junto con su        conservación antes del análisis, es especialmente crítica. Es en este punto que se presenta el mayor riesgo de        modificación fisicoquímica.

2.3.4 La disminución de presión en el acto de muestreo dependerá de la presión hidroestática en la muestreadora y        del método de transferencia de las muestras a la superficie. Las disminuciones en presión tienden a causar que        los gases disueltos y los componentes volátiles salgan de la solución.

2.3.5 Este hecho puede dar como resultado la pérdida directa de algunos componentes si no se toman medidas para        recoger tanto la fase líquida como la gaseosa o estabilizar la muestra antes que dicha pérdida ocurra. El        proceso afecta determinantes tales como metano y radón, así como los compuestos orgánicos volátiles.

2.3.6 La disminución de presión del ambiente también da como resultado la liberación del dióxido de carbono y otros        gases disueltos, con un consecuente cambio en pH, lo que a su vez afecta la solubilidad de numerosos        determinantes incluyendo Ca, Mg, y metales pesados.

2.3.7 En mayor o menor grado, los métodos de muestreo permiten contacto atmosférico alguna vez durante su         proceso. La consecuencia normal es la modificación de la muestra debido al ingreso de oxígeno. Esto         ocasionará el aumento de Eh, que también afecta la solubilidad de numerosos determinantes tales como Fe,         Mn, y otros metales. Por otra parte, los oxihidróxidos pueden ser precipitados. Estos tienen capacidad de         absorción y el proceso podría reducir la concentración de numerosos componentes, tales como metales         pesados y compuestos orgánicos sintéticos en la fase líquida.

2.3.8 Los nuevos métodos de muestreo evitan o minimizan la contaminación atmosférica, pero vale la pena señalar        que el oxígeno incluso se difundirá a través de polietileno y otras botellas de plástico. De esta manera, si se        prolonga el período de almacenamiento por más de unas cuantas horas, deberían emplearse botellas de vidrio        para las muestras, a fin de evitar esta vía de contaminación atmosférica.

3. Importancia de la complejidad hidrogeológica para el muestreo

3.1  Regímenes de Flujo de Aguas Subterráneas

3.1.1 Las características físicas de los regímenes de flujo subterráneo ejercen un importante control sobre la calidad        de las aguas subterráneas y una influencia predominante en la distribución del contaminante.

3.1.2 La precisión de cualquier red de muestreo depende esencialmente de si éste representa adecuadamente la        distribución espacial de los parámetros de calidad de aguas subterráneas dentro del acuífero. Esto, a su vez,        depende de si el diseño del sistema refleja adecuadamente el flujo de agua subterránea y anticipa el transporte        del contaminante.

3.1.3 El peligro de falsa interpretación de los resultados depende mucho de la heterogeneidad del acuífero (que        controla la complejidad del flujo subterráneo y el transporte del contaminante) en relación a la distribución        espacial de las instalaciones de muestreo que componen el sistema de monitoreo.

3.1.4 El régimen de flujo de aguas subterráneas es controlado por la estratigrafía regional y la estructura geológica,         ya  que éstos controlan la localización de los afloramientos de formaciones permeables y sus capas         confinantes de baja permeabilidad y asimismo la localización de las áreas de recarga y descarga de aguas        subterráneas.        Este extenso tema se presenta en numerosos textos hidrogeológicos (Custodio y Llamas, 1976; Freeze y        Cherry,  1979). Basta con mencionar aquí que existen diferencias importantes entre el régimen de flujo de         aguas subterráneas desarrollado respectivamente en los acuíferos sedimentarios extensos, formaciones más        localizadas y los regolitos meteorizados de algunas rocas metamórficas e ígneas.

3.1.5 Toda agua dulce encontrada en el subsuelo debe tener, o haber tenido, una fuente de recarga. Normalmente        esto se origina como exceso de precipitación sobre la demanda de vegetación que se infiltra a través de suelos        permeables. Algunas veces también puede ocurrir como infiltración de ríos, lagos, canales y otras aguas        superficiales.

3.1.6 El suelo entre la superficie y el nivel freático es conocido como la zona no saturada, porque sus poros         contienen tanto aire como agua. La dirección del flujo en esta zona es verticalmente hacia abajo, aunque el flujo        hacia arriba en respuesta a la succión creada por las raíces vegetales ocurre durante períodos de sequía. Este        proceso puede extenderse en profundidades de varios metros bajo ciertas circunstancias. El movimiento natural        del agua hacia abajo en la zona no saturada es lento (generalmente menos de 10 m/a y a menudo menos de 1        m/a en promedio), como resultado de la baja conductividad hidráulica de suelos no saturados, debido al hecho        que el agua es retenida en los poros más finos por las succiones que predominan.

3.1.7 Los acuíferos de poca profundidad en áreas de recarga generalmente son freáticos, pero en otros lugares el        agua subterránea a menudo se encuentra confinada por capas menos permeables y bajo una presión        considerable. Bajo el nivel freático predomina el flujo horizontal dirigido hacia áreas de descarga. Sin embargo,        es importante comprender que significativos componentes verticales de flujo pueden desarrollarse localmente,        hacia abajo en áreas de recarga y hacia arriba en áreas de descarga.

3.18 El espacio intersticial de los acuíferos se une para formar un sistema de tubos o grietas diminutos en los que el       agua se almacena y circula muy lentamente. Todos los acuíferos poseen dos características fundamentales,        una  capacidad para el almacenamiento y otra para el flujo de aguas. En la mayoría de los tipos de acuíferos, el       volumen total de agua en almacenamiento es normalmente mucho más grande que el flujo

anual a través del       sistema.

3.1.9 Los sistemas de aguas subterráneas son dinámicos y el agua está continuamente en lento movimiento entre         las áreas de recarga y descarga. Existen diferencias significativas en los regímenes de flujo de aguas        subterráneas y el tiempo de residencia subterránea en diferentes condiciones climáticas. Una indicación de        éstos puede encontrarse en la Figura 3. Por lo general décadas, siglos o miles de años pueden transcurrir en el        pasaje de agua a través del ciclo hidrológico subterráneo, ya que las tasas del flujo normalmente no exceden 10        m/d y pueden ser tan bajas como 1 m/a. (Esto se compara con tasas de más de 1 m/a para el flujo de ríos).

3.1.10 Es importante realizar mediciones piezométricas en las instalaciones de muestreo de aguas subterráneas, y         relacionar dichas mediciones con el conocimiento anterior del régimen de flujo de aguas subterráneas. Esta es         la única forma en que se puede realizar una interpretación satisfactoria de los resultados del monitoreo.

3.1.11 Deberán reconocerse dos situaciones esencialmente diferentes: instalaciones de muestreo muy espaciadas          pero con profundidad similar en el mismo acuífero (o subacuífero) que pueden ser utilizadas para deducir las          direcciones de flujo horizontal de aguas subterráneas, y un grupo de instalaciones de diferentes profundidades          en el mismo lugar que puede ser utilizado para diagnosticar componentes verticales de flujo de aguas          subterráneas (Figura 4).

3.1.12 Cuando se diseña los sistemas de monitoreo, es de vital importancia considerar la clase litológica del acuífero          bajo investigación, ya que esto determinará sus propiedades y heterogeneidad hidráulica, y así el modo de           flujo de aguas subterráneas y el transporte de contaminantes. La probabilidad de una heterogeneidad muy          marcada en las propiedades hidráulicas del acuífero es un factor de mucha importancia en el diseño de          sistemas de monitoreo y en la interpretación de los resultados. Se reconocen tres clase principales de          acuíferos: (a) formaciones porosas no consolidadas, (b) formaciones porosas pero consolidadas, y (c)          formaciones esenciallmente no porosas y consolidadas. Ejemplos de cada clase, respectivamente, serían:           una grava aluvial, una caliza cretosa y una cuarcita.

Figura 3Secciones hipotéticas para ilustrar típicos regímenes de flujo de agua

subterránea y tiempos de residencia subterránea bajo condiciones(A) Humedas y (B) Semiaridas

(después de Foster & Hirata, 1988)

Figura 4Determinación del gradiente hidráulico del acuífero y la dirección

del flujo de aguas subterráneas por medidas piezométricas(después de Freeze y Cherry, 1979)

      

3.2  Transporte y Atenuación de Contaminantes

3.2.1  La variación en las propiedades hidráulicas entre las diferentes clases de acuíferos ejerce una gran influencia         sobre el transporte de cualquier contaminante que ingresa al subsuelo. Es el flujo del agua subterránea el         responsable del transporte de contaminantes dentro de acuíferos. La velocidad actual del flujo de aguas         subterráneas en una formación porosa uniforme puede expresarse de manera más simple por:

V  =    kx    .    dh           n          dx

donde Kx es la conductividad hidráulica de la formación en la dirección de flujo (x), dh/dx es el gradiente hidráulico, y n es la porosidad efectiva de la formación. El rango potencial de los valores de Kx y n se indica en la Figura 5.

3.2.2 Un contaminante persistente y no reactivo tenderá a migrar con el flujo de aguas subterráneas, por la así        llamada convección o advección. La dispersión hidrodinámica (que resulta de la tortuosidad del flujo y la difusión        molecular lateral desde áreas de elevada a baja concentración) conducen a reducciones en la concentración de        de; contaminante y a expansión longitudinal de un frente o pulso de contaminantes (Figura 6A).

3.2.3 Donde la permeabilidad es estratificada o se presenta heterogeneidad dentro del acuífero, la dispersión        hidrodinámica aumentará marcadamente (Figura 6B). Es importante anotar que mientras se pueden medir        valores para el coeficiente de dispersión longitudinal en el laboratorio, tales mediciones frecuentemente son        órdenes de magnitud menos que aquéllas representativas de las condiciones de campo, como resultado de los        efectos de heterogeneidad macroscópico en el flujo de aguas subterráneas.

3.2.4 En acuíferos consolidados el flujo de aguas subterráneas será fundamentalmente por fisuras planas o        semiplanas. La resistencia por fricción del flujo a través de fisuras es mucho menor que la del flujo intergranular.        En consecuencia, las conductividades hidráulicas de las formaciones fisuradas a menudo son más elevadas        (Figura -5), con mucha tendencia hacia la heterogeneidad hidráulica.

3.2.5 En una formación con fisuras contínuas, bien desarrolladas, de geometría simple y sin porosidad primaria, el        transporte de contaminantes será esencialmente advectivo, por consecuencia de la limitada dispersión        hidrodinámica acompañando al flujo en fisuras (Figura 6C).

3.2.6 Muchos acuíferos consolidados y fisurados, sin embargo, poseen una matriz que retiene su porosidad primaria.        En algunos casos, como en ciertas calizas cretosas y tobas volcánicas, la porosídad de la

matriz puede ser        muy alta (Figura 5). En tales formaciones las tasas de transporte de contaminantes pueden reducirse mucho        como resultado de difusión molecular (de acuerdo con los gradientes existentes de concentración entre el agua        de la matriz porosa (Figura 6D) y de las fisuras). Si la densidad de fisuración es alta, la abertura de las fisuras        pequeña y el gradiente hidráulico bajo, la mayor parte del agua inmóvil de la matriz porosa llegará a estar        involucrada en el proceso de transporte de contaminantes, como resultado de la difusión molecular. Las        velocidades resultantes de migración de contaminantes serán reducidas en proporción de la relación entre la        porosidad primaria y la de fisuración.

Figura 5Rango aproximado de permeabilidad y porosidad de acuíferos comunes

con indicación del efecto potencial de fisuras

Figura 6Transporte de contaminantes, dispersión y atenuación en acuíferos

(A) homogeneos y no consolidados, (B) estratificados, (C) fisurados y(D) Fisurados y Porosos

(después de Freeze y Cherry, 1979; Barker y Foster, 1981)

3.2.7 Ciertos contaminantes son absorbidos por las superficies de minerales arcillosos y materiales orgánicos.         Donde éstos se encuentran presentes en los acuíferos, la tasa de migración de contaminantes será muy        retardada con respecto al flujo de aguas subterráneas (Figura 6E), a pesar que también ocurrirá desabsorción        cuando la concentración en la fase liquida se reduce y la partición entre la fase sélida y líquida tiende hacia un        nuevo equilibrio.    

3.2.8 Los perfiles naturales del suelo han sido conocidos hace tiempo como capaces de eliminar muchos tipos de        contaminantes de agua. Los procesos involucrados son numerosos pero no son activos para

todos los        contaminantes. Los procesos correspondientes operan, pero a un grado progresivamente menor, en        profundidades mayores en la zona no saturada y saturada, especialmente en acuíferos no consolidados.

3.2.9 No todas las condiciones hidrogeológicas son igualmente efectivas en la eliminación de contaminantes, y el        grado de atenuación también variará mucho con el tipo de contaminante y el proceso de contaminación en un        ambiente dado. Ya que el movimiento del agua y el transporte de contaminantes desde la superficie del terreno        a las aguas subterráneas tiende a ser un proceso lento en la mayoría de los acuíferos (Figura 3), puede tomar        muchos años a incluso décadas antes que el impacto de un episodio de contaminación por un contaminante        persistente llegue a ser completamente aparente en los abastecimientos de aguas subterráneas bombeadas de        un acuífero.

3.2.10 Cuando los contaminantes poseen una densidad significativamente diferente de agua y/o una tendencia a ser        inmiscible con agua, o de solubilidad limitada en agua, tales propiedades ejercen un control dominante sobre su        distribución subterránea. Esto necesita cuidadosa consideración en el diseño de sistemas de monitoreo y en la        interpretación de los resultados.

3.2.11 El caso más común es el de las aguas subterráneas salinas, relacionadas, por ejemplo, con la intrusión          costera, para las cuales las distribuciones típicas en profundidad se indican en la Figura 7.

3.2.12 Los hidrocarburos representan un gran grupo de contaminantes potenciales que son relativamente inmiscibles          con el agua. Se pueden dividir en dos grandes clases: los tipos aromáticos de baja densidad que tienden a          flotar sobre el nivel freático (Figura 8A), y compuestos halogenados de alta densidad que tienden a sumergirse          a la base de los acuíferos (Figura 8B), después de derrames o grandes descargas en la superficie del terreno.

3.3  Controles Naturales sobre la Calidad de Aguas Subterráneas

3.3.1 Mientras el agua se infiltra y fluye dentro de un acuífero se desarrolla químicamente por interacción con los        estratos subterráneos (Freeze y Cherry, 1979). Con frecuencia se observa que los sólidos totales disueltos y         las concentraciones de muchos iones importantes aumentan con el tiempo de flujo y la mayor profundidad o en        áreas de descarga natural del acuífero.

3.3.2 La secuencia evolucionaria de la hidroquímica, tanto de elementos mayores como menores, empieza en el        suelo, que ejerce una gran influencia sobre el carácter químico de las aguas subterráneas. El suelo tiene la

        capacidad de generar niveles significativos de acidez, principalmente debido a la generación de dióxido de        carbono.

3.3.3 En todos los acuíferos cuya química se amortigua por la presencia de minerales calcáreos, esta acidez será        neutralizada con la disolución de iones de calcio, magnesio y bicarbonato. En los acuíferos no calcáreos puede        existir reacción con minerales de arcilla (silicatos de aluminio), que da como resultado la disolución de aluminio        y otros metales.

3.3.4 Otros cambios secuenciales en la calidad de las aguas subterráneas ocurren como resultado de las reacciones        con ácido-base y la oxidación-reducción de ciertos minerales. Estos procesos muestran amplia variación en los        diferentes tipos de formación geológica que pueden actuar como acuífero. Adicionalmente, la disolución de        cloruro de sodio y la oxidación de pirito (sulfuro de hierro) juegan un rol fundamental en el control de las        concentraciones de varios cationes, cloruros y sulfatos.

3.3.5 Los procesos de oxidación-reducción son de especial importancia en el control de la solubilidad y estabilidad         de muchos elementos que fácilmente ganan o pierden electrones, tales como hierro, manganeso, nitrógeno,        sulfuro, arsénico y muchos otros. Las lluvias que se infiltran normalmente están casi saturadas para la        temperatura ambiental con oxígeno disuelto. Mientras en suelos de grano fino este oxígeno puede ser        consumido por procesos bioquímicos, en muchas situaciones niveles significativos persisten en las aguas        subterráneas. Es bastante común en la zona saturada de los acuíferos no confinados mantener un medio        ambiente oxidado. Bajo tales condiciones el hierro y el manganeso son efectivamente insolubles y el nitrato y        sulfato son las formas estables del nitrógeno y sulfuro, respectivamente.

3.3.6 El oxígeno disuelto es, sin embargo, consumido durance el proceso de flujo de aguas subterráneas, tanto no        saturada como saturada, como resultado de la oxidación de material orgánico natural de la matriz del acuífero y        minerales que se presentan en forma natural, tal como el pirito. La tasa de consumo del oxígeno es altamente        variable con el tipo de suelo, acuífero y clima. En casos extremos el oxígeno disuelto puede persistir en las        aguas subterráneas por siglos o quizás más tiempo. Sin embargo, donde se consume, el ambiente sería        anaeróbico, y bajo tales condiciones los minerales de hierro y manganeso y muchos otros elementos pueden        llegar a ser solubles y móviles.

Figura 7Sección vertical hipotética para ilustrar la distribución costera de aguas

subterráneas frescas y saladas en un acuífero no bombeado(A) Inconsolidado homogeneo y (B) Fisurado y consolidado

Figura 8Distribución subterránea de hidrocarburos (A) Aromáticos de baja densidad

y (B) Halogenados de alta densidad después de un gran derramamientoen la superficie

(después de Lawrence y Foster, 1987)

 

3.3.7 El intercambio de iones y los procesos de absorción y desorción en minerales arcillosos y materiales         orgánicos,  también juegan un rol importante en la secuencia evolucionaria de la química de los iones        principales en el agua subterránea, especialmente en la concentración de cationes (calcio, magnesio y sodio).

3.3.8 Es importante tomar en cuenta !os procesos que controlan la hidroquímica natural porque afectarán la movilidad        y el destino de muchos contaminantes que se introducen en las aguas subterráneas.

3.4   Influencia de Hidráulica de pozos en el Muestreo

3.4.1 El acceso a los acuíferos para monitoreo normalmente es proporcionado por los pozos. Una causa importante        de los problemas de muestreo se encuentra en el, hecho que la construcción de pozos

perturba el régimen del        flujo natural de las aguas subterráneas.

3.4.2 Esto es especialmente verdad para pozos de monitoreo de filtro largo o sin revestimiento en áreas de recarga o        de descarga del acuífero, donde los componentes de flujo vertical son importantes (Figura 10). Tales pozos        generalmente son muy engañosos para el propósito de muestreo y monitoreo. Ellos también conducen a la        modiificación de la calidad natural de las aguas subterráneas por transferencia vertical del agua dentro del        acuífero y la redistribución de cualquier contaminante presente, con el riesgo de permitir una penetración más        rápida de los mismos. Las muestras representativas de aguas subterráneas son imposibles de obtener de tales        pozos, cualquiera sea el método de muestreo que se utilice.

3.4.3 Lo mismo se aplica a los pozos de monitoreo de construcción similar localizados en la cercanía de pozos de        bombeo, excepto que en  este caso el flujo local estará concentrado a través de los mismos pozos de         monitoreo por los estratos mas permeables que se unen a los pozos de monitoreo y de producción.

Figura 9Sección vertical hipotética de un sistema típico de aguas subterráneaspara ilustrar el efecto de los componentes verticales del flujo sobre los

pozos de monitoreo sin revestimiento o con filtros largos

 

4.  Métodos comunes del muestreo y sus limitaciones

4.1  Comentarios Introductorios

4.1.1 Los métodos comúnmente utilizados incluyen el muestreo de la descarga de pozos de producción o durante la        perforación del pozo, y la toma de muestras de pozos no bombeados. Estos se describen en las siguientes        secciones.

4.1.2 Todos tienen graves limitaciones en lo referente a la determinación de la calidad del agua subterránea. Estas,        unidas a sus ventajas, se presentan en la Tabla 3, se ilustran en la Figura 11 y también se discuten en las        siguientes secciones.

4.2  Descarga de Pozos de Producción

4.2.1 Este es el método de muestreo de aguas subterráneas que mas comúnmente se practica. En muchos casos        todavía puede ser el único de uso rutinario.

4.2.2 Las aguas subterráneas se recogen normalmente en una botella de un grifo o de una tubería en la cabecera del        pozo, en muchos casos en condiciones inadecuadas para recoger muestras sin aeración. En circunstancias        donde no exista tal instalación, el muestreo a menudo se realiza en la toma más cercana del sistema de        distribución de agua, que puede estar a alguna distancia del pozo y/o aguas abajo de un tanque de        almacenamiento.

4.2.3 Las muestras de aguas subterráneas que se obtienen de este modo están sujetas a limitaciones muy        significativas si el objetivo del muestreo es la evaluación química del regimen hidráulico subterráneo y no la        vigilancia de la calidad del agua potable. Aún para este último propósito, se tiene que tener cuidado en el        muestreo para interpretar la calidad del agua de abastecimiento correctamente.

4.2.4 Dichas limitaciones surgen de dos problemas fundamentales:

(a) La gran incertidumbre y significativa variabilidad del origen de la muestra.

(b) La modificación de la muestra debido a contaminación por la planta de bombeo, por entrada de aire      y por la desgasificación y las pérdidas volátiles causadas por turbulencia hidráulica.

4.2.5 Las muestras bombeadas desde pozos de producción pueden estar compuestas por cualquier mezcla de agua        subterránea que penetra a toda la rejilla de la perforación, que normalmente será más de 10

m y en muchos        casos más de 50 m de profundidad (Figura 10). Por consiguiente, el método es adecuado sólo si la calidad de        las aguas subterráneas es verticalmente uniforme o si una muestra integrada de composición promedio es        relevante.

Tabla 3Características principales de los métodos comunes de muestreo de aguas subterráneas

Figura 10Comparación esquemática de las limitaciones de los métodos comunes

de muestreo de aguas subterráneas

       Por otra parte, si los detalles de construcción del pozo de producción no se conocen con seguridad, entonces la       interpretación del análisis de la muestra estará sujeto a grandes errores.

4.2.6 En todos los casos de contaminación del acuífero, y en algunos de variación de la calidad natural, existirán        importantes variaciones verticales en la química de las aguas subterráneas. Bajo tales condiciones, la        composición de la muestra mezclada que se obtienen de un pozo de producción variará con la construcción del        mismo y su hidráulica y con el tiempo de bombeo, ya que le puede tomar varias horas o más para el régimen        del pozo alcanzar equilibrio, en especialmente en pozos de gran diámetro (Figura 11).

Figura 11Variación de la calidad de agua de un pozo de producción

municipal, sujeto a contaminación microbiológica persistente, con eltiempo de bombeo

4.2.7 Cualquier contaminante, o indicadores de calidad, presente en este tipo de muestra serán diluidos grandemente        por las aguas subterráneas provenientes de otras profundidades en el acuífero, al menos en un período inicial de        algunos meses o años. Esto, unido a las variaciones significativas en la calidad de la descarga de aguas        subterráneas asociada con los ciclos de bombeo, significa que se requerirán muestras regulares por algunos        años para identificar la contaminación de las aguas subterráneas (Figura 12), tiempo en el que un gran volumen        del acuífero podría haberse contaminado y así el problema persistirá por muchos años más.

Figura 12Concentraciones de nitrato en agua proveniente de un pozo

de abastecimiento municipal y de un pozo de monitoreo superficial cercanoen un área que experimenta contaminación difusa severa proveniente de prácticas agrícolas

(después de Parker y Foster, 1986)

4.2.8 El grado de la variación quimica de las muestras obtenidas de pozos de producción, comparado con las aguas        subterráneas del acuífero, sera resultado del diseño de pozo de bombeo, de la profundidad de la instalación de        la bomba y de las instalaciones para la recolección de muestras del pozo.

4.2.9 Los problemas relacionados con las bombas de impulsión-succión, de las sumergibles eléctricas y otras        comunes de pozos de producción, se discutirán posteriormente (5.2 y 5.4). Todas tienen problemas        significativos, en especial en lo referente a los determinantes inestables, tales como los parámetros sensitivos:        pH-Eh, metales pesados y componentás orgánicos volátiles. Por otra parte, las tomas de muestreo de pozos       de producción frecuentemente están mal diseñados y es inevitable una gran aeración de las muestras recogidas.

4.3   Muestreo durante Perforación de Pozos

4.3.1 La recolección de muestras durante la perforación de pozos es una práctica muy recomendable, ya que        representa una oportunidad para investigar las variaciones verticales de la calidad de las aguas subterráneas        dentro de un acuífero a un costo adicional pequeño. Por otra parte, la información que se obtenga será muy útil        para el diseño final del mismo pozo, ya que los obtenga que contienen aguas subterráneas de mala calidad        pueden ser sellados.

4.3.2 Algunos métodos de perforación, tales como las técnicas de percusión y rotario con aire, permiten fácilmente la

         recolección de muestras de suelo y agua durante perforación con relativamente pocos problemas, aunque          todas las muestras obtenidas de esta manera estarán sujetas a alguna perturbación y contaminación         atmosférica.         Otros métodos, aquéllos que emplean lodo, presentan dificultades mucho mayores debido a la necesidad de         limpiar el pozo antes del muestreo en cada intervalo elegido.

4.3.3 Las muestras normalmente se recogen con vaciadoras mecánicas o por bombeo aéreo, si la máquina de        perforación está equipada con un compresor de aire (Figura 13). La práctica preferida es recoger una muestra         en el primer brote de agua y posteriormente a intervalos regulares de profundidad (al menos cada 10 m) hasta        llegar a la profundidad final.

4.3.4 La principal limitación de tales muestras está en que tienen muchas posibilidades de estar contaminadas como        resultado del contacto con el Fluido de perforación y con el oxígeno atmosférico, y no ser completamente        representativas de la profundidad de la cual fueron extraídas debido a la contaminación desde niveles más altos       .en el mismo pozo (Figura 10). Por lo tanto, la ausencia de ciertos compuestos inestables no probaría        necesariamente que éstos no están presentes en el acuífero.

4.4 Muestreo de Pozos no Bombeados

4.4.1  Esto se realiza bajando un aparato de muestreo (conocido como un vaciador o cuchara, recogemuestras o         muestreador de profundidad) dentro de la columna del pozo, permitiendo que se llene con agua a una         profundidad conocida antes de cerrarlo y subirlo para transferir la muestra a una botella.

4.4.2  Debido a su precio económico, fácil operación y mantenimiento, excelente portabilidad y casi ilimitada         capacidad de profundidad, el equipo de este tipo ha sido ampliamente utilizado para el muestreo y monitoreo          de la calidad de las aguas subterráneas (Figura 14). Sin embargo, tales técnicas presentan serias limitaciones         en los pozos no bombeados (estáticos) del filtro largo o de pared abierta, debido a la inseguridad acerca del         origen de la muestra.

Figura 13Bombeo aereo tradicional para el muestreo de aguas subterráneas

durante la perforación de un pozo

4.4.3 Entre este tipo de muestreador el más utilizado es el vaciador. El vaciador estándar generalmente es empleado         como un accesorio de perforación y consiste en un tubo abierto con una válvula de retención en el fondo (Figura         14B). Cuando el vaciador ha sido bajado a la profundidad deseada en la columna del pozo, se tira hacia arriba         bruscamente a fin de cerrar la válvula y retener la muestra durante su traslado a la superficie.

4.4.4 Otros muestreadores de toma son diseñados específicamente para monitorear la calidad de las aguas        subterráneas. Por lo tanto son más pequeños, fabricados con materiales especiales y emplean diferentes        mecanismos para cerrar la válvula de retención. Estos mecanismos varían desde un cable con mensajero        pesado que baja el cable en el cual está suspendido el muestreador para cerrar los topes de goma, hasta        válvulas operadas electromagnéticamente y cerradas mediante el paso de una vibración de corriente eléctrica        desde baterías en la superficie (Figura 14A).

4.4.5 La principal limitación de todo muestreador de toma es la incertidumbre acerca de la profundidad del acuífero        desde la cual se origina la muestra, a pesar que fue recogida desde una profundidad conocida del pozo de        monitoreo (Figura 10). Un problema secundario es que la mayoría de los muestreadores tradicionales pueden        dejar que ocurra una modificación en los determinantes inestables debido a aeraci6n, desgasificación y         pérdidas volátiles.

4.4.6 Las hidráulicas de los pozos estáticos son complejas, normalmente con el ingreso de las aguas subterráneas        sobre un intervalo de profundidad limitado, dependiendo del gradiente de presión vertical y de la distribución de        permeabilidad en profundidad. Ya que éstos no serán conocidos, es imposible establecer el origen preciso de        las muestras recogidas desde una profundidad dada sin investigación independiente. Este efecto será        especialmente significativo en pozos abiertos sobre un gran intervalo de profundidad del acuífero no confinado en        áreas con fuerte descarga de aguas subterráneas, de las cuales será imposible recoger cualquier muestra de        poca profundidad en la que puede existir potencial contaminación.

4.4.7 Generalmente, las muestras puntuales no deberían recogerse en la sección del pozo con revestimiento sin        ranuras, ya que aquí el agua no podría haberse originado a la profundidad correspondiente y, bajo condiciones        estáticas, es posible que hubiera sido significativamente alterada por reacciones químicas y/o actividad        microbiológica (Figura 15). No obstante, en caso que esta agua estancada pueda ser extraída por bombeo y en        caso que el pozo tenga solamente un intervalo pequeño de rejilla se pueden obtener muestras útiles.

Figura 14Equipo de muestreo de toma:

(A) Muestrador estandar de profundidad, (B) Vaciador(C)Vaciador comprimido mejorado (Young y Baxter, 1985), con

(D) Filtro en línea y cámara de muestreo dedicada(después de Johnson, et al., 1987)

Figura 15Perfiles de oxígeno disuelto en pozos de monitoreo no bombeados que

demuestran que el agua almacenada dentro de un espacio con recubrimientonatural no es representativa

5.Desarrollos en bombas de muestreo de pozos

5.1 Comentarios Introductorios

5.1.1 Dejando de lado el problema del control sobre la profundidad del muestreo, son muy relevantes los numerosos        adelantos en el equipo de bombeo para el muestreo desde pozos en los esfuerzos por mejorar las prácticas de        monitoreo de aguas subterráneas.

5.1.2 Las características de las bombas de muestreo de pozos se resumen en la Tabla 4. Algunos de estos        adelantosforman componentes integrales de las técnicas perfeccionadas de muestreo de pozos, lo que se        explica posteriormente (6.2 y 6.3), ya que son necesarios para impulsar el agua a la superficie en las        instalaciones de muestreo descritas.

5.2   Técnicas de Impulsión por Succión

5.2.1 Estas técnicas trabajan según el principio de impulsión de agua a la superficie aplicando una succión (presión        negativa o vacío parcial) a un tubo bajado dentro del pozo. La succión se aplica, ya sea en forma indirecta,        mediante un frasco de recolección de muestras en la superficie, o directamente en el centrífuga de superficie.

5.2.2 En el arreglo anterior, las bombas de bajo volumen, peristálticas y de vacío manual son las de uso más común,        y el frasco de recolección de muestra es de un litro de volumen (Figura 16A). Dichas bombas son fáciles de        conseguir a costos relativamente bajos (Scalf, et al., 1981) .

5.2.3 Una gran ventaja de este equipo de muestreo es que es fácil de transportar, especialmente la bomba de vacío        manual que no requiere una fuente de energía eléctrica. Su principal limitación es que el limite de impulsión         está restringido, en la práctica, a menos de 8 m, lo cual excluye su uso en pozos con niveles de agua        profundos.

5.2.4 Además este método tiene una tendencia marcada a originar polarización en los resultados del muestreo,        debido a la desgasificación, volatilización y contaminación atmosférica (Gillham, et al., 1983). Por lo tanto,         no es conveniente para determinantes inestables.

5.2.5 El uso de bombas centrífugas también tiene algunos de estos problemas y la necesidad de prepreparar tanto la        línea de succión como la caja de bomba con agua (Figura 16B) es una fuente potencial de contaminación de la        muestra, como lo es el contacto de la muestra con las partes internas de la bomba.

5.2.6 La ausencia de un adecuado control sobre la tasa de bombeo hace difícil obtener las muestras sin causar        desgasificación y aeración.

       Un estudio realizado por Stolzenburg y Nicholas (1986) indica que las bombas centrífugas pueden inducir una       aeración violenta en la muestra y la consecuente pérdida de hierro (por la precipitación de los hidróxidos de        hierro coloidales) y otros metales (por absorción en estos hidróxidos). Las bombas peristálticas de bajo índice y       las manuales de vacío deberían funcionar mejor a este respecto.

5.3   Métodos de Impulsión con Gas

5.3.1 La impulsión con gas, que es diferente a la inyección de gas, implica utilizar un gas comprimido (normalmente        nitrógeno) a fin de impulsar una columna de agua hacia arriba del pozo, sin la formación de burbujas para         reducir densidad.

Figura 16Tipos de equipo de bombeo de impulsión a succión:(A) Bomba peristaltica (después de Scalf, et al., 1981)

(B) Bomba centrífuga (después de Hofkes y Visscher, 1986)

Figura 17Métodos de bombeo de inyección de gas

(A) Operación del sistema de dobre tubo (después de Gillman, et al., 1983)(B) Diseño e instalación de bomba de rendimiento continuo unida

al muestreo de sorción en el lugar de origen(después de Pettyjohn, et al., 1981)

5.3.2 El arreglo más sencillo consiste en dos tubos bajados dentro del pozo; el gas comprimido es inyectado por un         tubo y esto impulsa el agua por el tubo de descarga. Instrumentos más avanzados utilizan los sistemas de         doble tubo dentro de la válvula de retencion para prevenir que el agua sea expulsada del pozo hacia el acuífero         (Figura 17A).

5.3.3 El procedimiento básicamente implica inyectar gas comprimido al pozo, a una presión más elevada que la         hidrostática, para cerrar la válvula de retencíón a impulsar la columna de agua en el tubo de descarga hacia la         superficie donde puede recolectarse. Una presión operacional de 0.1 at.m mayor que la hidrostática es         recomendada, aunque una amplia gama de valores ha sído reportada (Nielsen y Yeates, 1985).

5.3.4 A diferencia de los métodos de impulsión a succión, los métodos de inyeccíón de gas no tienen virtualmente        límites de profundidad, aunque existe el riesgo de ruptura de la tubería y de los conectores a elevadas presiones

        de gas. Estos son, en general, métodos de bajo costo y relativamente fáciles de transportar cuando son        utilizados para el muestreo de pozos de monitoreo poco profundos, para los que se puede utilizar una bomba        manual de gran capacidad (Nielsen y Yeates, 1985).

5.3.5 Sin embargo, para pozos profundos, se requiere un poderoso compresor de aire o un tanque de gas comprimido        junto con una tubería reforzada. Estos reducen la portabilidad a incrementan el costo.

5.3.6 Estos tipos de bombas producen un flujo discontinuo, y puede ser necesario aplicar la presión de gas varias         veces para obtener un volumen adecuado de muestra. Para superar dicha limitación, se ha desarrollado una         bomba activada con aire y de flujo continuo (Tomson, et al., 1980). Esta consiste de dos bombas en series         (Figura 17B), que proporciona un flujo continuo alternando la etapa de llenado y vaciado de cada bomba. Los         materiales utilizados en la construcción de esta bomba se revisten con vidrio y teflen para evitar la         contaminación de las muestras.

5.3.7 Pueden utilizarse otros modelos como muestreadores instalados en forma permanente, a profundidades        seleccionadas sin necesidad de rejillas o revestimientos en el pozo. Aunque esto permite una disminución        significativa en el costo de pozos de monitoreo, el mantenimiento presenta un problema (Norman, 1986).

5.3.8 Se cree que el uso de la presión positiva de gas para impulsar el agua a la superficie da como resultado menos        modificación química a la muestra que los métodos de impulsión á succión (Gillham, et ál., 1983). Una        despresurización de la muestra debe ocurrir entre el pozo de monitoreo y la superficie, con la contaminación de        la muestra y pérdidas volátiles en la interfase gas-agua. El uso de un instrumento mecánico de control de flujo        (tal como una válvula de retención o válvula de bola) podría reducir estos problemas.

5.3.9 Deberían evitarse las altas tasas de flujo durante la recolección- de la muestra a fin de prevenir su aeración en         el recipiente de recolección. La primera y última agua obtenida no deberían muestrearse porque tienen más        posibilidades de estar modificadas o contaminadas.

5.4 Equipo Sumergible de Desplazamiento Positivo

5.4.1 Bombas Centrífugas

(a) Las bombas centrífugas sumergibles que son accionadas por motores eléctricos acoplados (Figura 18A) han     tenido por mucho tiempo una utilización muy difundida en pozos de agua. El interés primordial en el desarrollo de

     estas bombas era extraer agua desde profundidades mucho mayores, con la mayor eficiencia posible.

(b) Sin embargo, dichas bombas no están adaptadas eficientemente para use en el monitoreo de la calidad de aguas     subterráneas, a causa de su relativamente mayor diámetro, considerable peso y a la necesidad de un suministro     de electricidad o un generador de alta capacidad. Por este motivo no son muy portátiles. Por otra parte, las     bombas normalmente no están fabricadas con materiales inertes, y en algunos casos, sus motores pueden     contener lubricantes que pueden causar autocontaminación de las muestras recogidas (Scalf, et al., 1981;     Gillham, et al., 1983; Nielsen y Yeates, 1985).

(c) Una nueva generación de bombas centrífugas sumergibles, que se basan en la acción de engranajes, han sido|     diseñadas específicamente para el monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas. Las características     relevantes de diseño incluyen fabricación con materiales inertes (acero inoxidable y teflón), pequeño diámetro     (50-80 mm), gran portabilidad como resultado de su poco peso y el uso de baterías de autos o un pequeño     generador (6-24 voltios) como suministro de energía, así como fácil limpieza y mantenimiento (Nielsen y Yeates,     1985). La acción de la bomba se consigue mediante un par de engranajes de teflón que se hacen rotar por medio     de un pequeño motor eléctrico de gran eficiencia montado dentro de la unidad de bombeo.

(d) Transmisión por rotación helicoidal también está siendo utilizada en las bombas de muestreo de aguas     subterráneas (Figura 18B). Cuando se gira, el montaje del rotor actúa en forma centrífuga para impulsar el agua     hacia el tubo de descarga y, cuando está estático, actúa como-una válvula de retención que previene el contraflujo     del agua hacia el pozo (Hofkes y Visscher, 1986, Tales bombas gozan de la mayoría de las ventajas de aquéllas     que se basan en la acción del engranaje de lugares de muestreo y tienen límites de profundidad de     aproximadamente 125 m (Nielsen y Yeates, 1985).

Figura 18Bombas electricas sumergibles

(A) Bomba centrífuga estandar para extracción de agua(después de Hofkes y Visscher, 1986)

(B) Bomba de monitoreo con rotor helicoidal mejorado(después de Nielsen y Yeates, 1985)

(e) La mayoría de estas bombas no permite el control sobre la tasa de flujo. Esto puede resultar en aeración y    desgasificación de las muestras durante la recolección en la superficie, si las tasas son excesivas. Otro problema    es la frecuente presencia de sedimento de lodo y arena en los pozos de monitoreo que puede resultar en daño a    los rotores y engranajes que, en consecuencia, requerirán reemplazo frecuente.

5.4.2 Bombas de Pistón

(a) Las bombas de pistón también han sido tradicionalmente utilizadas para el suministro de agua, empleando una    amplia gama de fuentes de energía que incluye motores de superficie eléctricos, diesel o a gasolina, energía    manual, eólica y solar. Recientemente se han construido algunas bombas similares, específicamente para el    monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas.

(b) Estas bombas consisten esencialmente de un cilindro fijo que contiene un pistón que se mueve de arriba hacia     abajo por la aplicación del gas comprimido. En su movimiento hacia arriba, el agua pasa a la válvula de retención      y entra a la cámara de muestreo. Se aplica gas comprimido para cerrar la válvula de retención, y el pistón      impulsa el agua hacia la superficie mediante la tubería de descarga.

(c) Los modelos pueden variar desde los muy simples de acción sencilla hasta los más sofisticados de doble acción.     Una versión simple y económica puede dedicarse individualmente a un pozo de monitoreo o en grupo a un pozo      de monitoreo múltiple (Figura 19). Se puede construir utilizando materiales de fácil obtención, tales como jeringas

     de plástico de 50 ml quitando el tronco del émbolo y conectando el extremo a una tubería de presión (Gillham, et     al.,  1983).      Las bombas de pistón manuales también se están desarrollando para monitorear la calidad de las aguas     subterráneas, en vista de su facilidad de transportación.

(d) Las bombas de pistón de doble acción también han sido desarrolladas para el monitoreo de la calidad de las    aguas subterráneas (Scalf, et al., 1981). Esta bomba consiste de dos cámaras de agua conectadas en línea con    una cámara de gas entre ellas, en la cual están montados los pistones. En la carrera ascendente el agua llena la    cámara más baja y es expulsada de la superior, y viceversa, durante la carrera descendente. Las válvulas de    retención controlan el ingreso y descarga del agua de cada cámara.

(e) Un panel de interruptores controla la entrada y salida de gas que hace que los pistones se muevan de arriba hacia     abajo. Esta unidad permite el uso de una tubería de gas simple bajo presión constante, que es más económico y     previene errores de operación causados por la aplicación incorrecta en las etapas de compresión-descompresión,     como puede ocurrir en las bombas de pistón de simple acción.

(f) Gillham, et al. (1983) consideran que todas estas bombas son aptas para el monitoreo de la calidad de las aguas    subterráneas porque la fuente de energía del gas comprimido se encuentra aislada del agua que está siendo    muestreada (en contraste con lo que ocurre con los métodos directos de inyección de gas) y por su facilidad de    transporte y el costo relativamente bajo de algunos modelos. Algunos problemas de modificación de la muestra    pueden originarse en los casos en que las bombas no se fabrican con materiales inertes y cuando el vació se    forma por acción del pistón.

Figura 19Bomba de pistón simple con impulsión por gas instalada

en un pozo múltiple de monitoreo(después de Pickens, et al., 1978)

5.4.3 Bombas de Diafragma

(a) Este tipo de bomba, operada con gas, trabaja en forma similar a la bomba de pistón, pero en este caso la fuerza     que conduce el agua a la superficie es ejercida por la presión del diafragma flexible lleno de gas. De esta manera     el gas comprimido no entra en contacto con la muestra de agua. En otros modelos el diafragma está lleno de     agua. Una válvula de retención previene el flujo de retorno del agua recogida desde la tubería de descarga. Un     diseño perfeccionado de la bomba de diafragma se muestra en la Figura 20. Los modelos recientes han sido       diseñados utilizando materiales inertes tales como teflón y acero inoxidable, pero se encuentran entre los más     caros de todas las bombas de muestreo.

(b) El muestreo se consigue de manera similar al de las otras bombas de impulsión por gas, aplicando y liberando la     presión del gas en etapas alternativas. Primero se baja la bomba a la profundidad deseada y se presuriza. Cuando     la presión es liberada, la bomba se llena con agua y con la reaplicación de la presión al diafragma, se obliga al     agua a emerger en la superficie. Se puede conseguir un flujo de agua casi continuo repitiendo este ciclo.

(c) Las tasas de flujo de la bomba y la capacidad de impulsión son controlados variando la frecuencia a intensidad del     ciclo de presión del gas. Las tasas máximas son de aproximadamente 2 1/min y la mayoría de los modelos      puede operar en una inmersión de por to menos 60 m (Nielsen y Yeates, 1985).

(d) Debido a que el gas inyectado no entra en contacto con la muestra de agua, a la capacidad para controlar las     tasas de bombeo y a la posibilidad de construcción con materiales inertes, las bombas de diafragma son     consideradas una opción favorable para una amplia gama de condiciones del monitoreo (Barcelona, et al., 1985;     Muska, et al., 1986). Sin embargo, su elevado costo de capital y la necesidad de divisas para su importación,     limitará su utilización.

5.4.4 Bombas Inerciales

            (a) Aunque tradicionalmente fueron utilizadas para la extracción de aguas subterráneas en áreas rurales, nuevos                modelos de bombas inerciales, manuales o mecánicas, han sido diseñados especialmente para monitoreo.

            (b) Estas son sencillas de instalar y operar, y consisten en un tubo de descarga provisto de una válvula de paso en                la parte baja que se mueve de arriba hacia abajo mediante un mango de palanca o un motor de gasolina en la                superficie (Figura 21).

(c) La válvula de pie permite la entrada del agua en el recorrido descendente; el agua retenida en el recorrido     ascendente y, por inercia, en el siguiente recorrido descendente será elevada por el agua adicional que ingresa a     la tubería. De esta manera se produce un flujo continuo de agua.

(d) Para el muestreo de aguas subterráneas, tanto la tubería de descarga como la válvla de pie pueden constrirse     utilizando materiales inertes, tales como polietileno flexible de alta densidad, teflón, pvc rígido o acero     inoxidable para la tubería de descarga, y teflón y debrín (una resina acetal termoplástica) o acero inoxidable para     la válvula de pie (Rannie y Nadon, 1988).

Figura 20Bomba de diafragma con impulsión por aire para

el monitoreo de aguas subterráneas(después de Scalf, et al., 1981)

Figura 21Bomba inercial manual de bajo costo para el monitoreo de aguas subterráneas

(después de Rarnie y Nadon, 1988)

 

 

6. Técnicas mejoradas para el muestreo de pozos existentes

6.1 Comentarios Introductorios

6.1.1 Las limitaciones más serias de las prácticas tradicionales utilizadas para muestrear aguas subterráneas de pozos ya        existentes han sido identificadas como:

(a) Inseguridad acerca del origen de la muestra debido a la ausencia de un control adecuado de la profundidad del      muestreo.

b) Transformación y/o pérdida de los componentes inestables debido a las técnicas de muestreo inadecuadas, y     como consecuencia de procesos tales como el ingreso de oxígeno atmosférico, la precipitación de los     determinantes sensibles de pH seguidos de la pérdida de C02 disuelto y la liberación de compuestos volátiles.

6.1.2 Este capítulo describe algunos métodos sofisticados de muestreo que están siendo introducidos para solucionar o reducir        estos problemas. Sin embargo, un aspecto vital - el diseño a instalación de los pozos de monitoreo perfeccionados - es el        objeto de todo el siguiente capítulo, en vista de su importancia.

6.1.3 Debería señalarse que los métodos descritos, (que se creen son los más apropiados para ser introducidos limitada y        selectivamente en América Latina y El Caribe durante las próximas dos décadas), tienen sus ventajas individuales y        limitaciones específicas (Tabla 5). En algunos casos, su introducción incrementará considerablemente los costos de        muestreo y monitoreo.

6.1.4 Parte del equipo puede ser fabricado localmente, debido a la disponibilidad de materiales apropiados; sin embargo, es        probable que otros insumos tienen que ser importados aún en el futuro.

6.2    Nuevas Técnicas para Determinantes Inestables

6.2.1 Técnicas de Toma Modificadas

         (a) Los muestreadores simples de toma y los vaciadores descritos anteriormente (4.4) sufren problemas de modificación de               la muestra, especialmente debido a aeración, desgasificación y pérdidas volátiles y, en algunos casos, a sorción de los              contaminantes o la contaminación de las muestras por los materiales de los que están construidos. Versiones              herméticamente selladas y fabricadas de materiales inertes han superado grandemente dichos problemas (Muska, et al.,              1986).

        (b) Las mejoras incluyen el desarrollo de -una válvula de retención dual y de los vaciadores comprimidos (Figura 14C), que se             cierran durante el descenso dentro de la columna del pozo, para evitar la contaminación antes del muestreo a la             profundidad deseada.

Tabla 5Resumen de las características de las tecnicas mejoradas

de muestreo de aguas subterráneas

 

            En algunos modelos se han introducido secciones estrechas (Figura 14D) para mantener la muestra a presión del sitio y             de esta manera evitar pérdidas volátiles y gaseosas durante su retiro y traslado.

        (c) Un muestreador neumático de toma también ha sido desarrollado, utilizando el cuerpo y el émbolo de una jeringa de 50 ml             conectada a una tubería de aire (Figura 22). Una presión positiva (o negativa) es aplicada para activar el émbolo cuando el             muestreador se ha bajado a la profundidad deseada para recoger la muestra. Entonces se recoge la jeringa independiente             de la tuberfa de gas, sellada y empleada como un envase temporal para el transporte de la muestra al laboratorio sin que             sufra cambio de la presión.

6.2.2 Técnica de Medición in Situ

(a) Un desarrollo lógico para la medición de los parámetros indicadores esenciales y de los determinantes inestables es su     medición directa dentro de la columna del pozo. Si la hidráulica del pozo es comprendida adecuadamente (dado el uso     concomitante de la medición del flujo del pozo), tales mediciones constituyen un instrumento valioso en la investigación de las     condiciones hidroquímicas dentro del acuífero (Figura 23). Tales técnicas son esenciales para obtener datos confiables de la     mayoría de los parámetros inestables, tales como OD y Eh.

(b) Electrodos específicos (o selectivos) constituyen un desarrollo lógico de las sondas de medición de EC y T. Están disponibles     para la medición de OD, Eh y pH, y en desarrollo para la medición de N03, NH4 y C1. En lo que se refiere a la superación del     problema de inestabilidad de los determinantes, el uso de las sondas de medición in situ muestran más esperanza en lo     referente al OD, Eh y pH. (Harrar y Raber, 1982).

(c) En la actualidad estas sondas generalmente son sólo capaces de mediciones puntuales dentro de la columna del pozo, con un     registro manual o digital de datos en la superficie, pero, en algunos casos, es posible la medición continua con registro     automático de datos con forma digital o análogo.

(d) El desarrollo de dichas sondas se ha complicado por numerosos problemas relacionados con (i) la operación sumergida en      agua a presiones moderadamente elevadas y (ii) la distorsión de la señal debido a los efectos de capacitancia consecuentes     con la necesidad de trasmitir a través de grandes tramos de cable. Ambos efectos reducen la profundidad máxima de operación     y/o la inmersión del equipo disponible a menos de 50 m.

(e) Tales dificultades se manifiestan en la falta de reproducción de los resultados entre los ciclos de medición ascendente y     descendente y la desviación entre la calibración antes y después de la medición.

(f) Estos problemas están siendo progresivamente superados al modificar el diseño de las membranas de prueba y por el empleo     de electrónica de estado sólido para reducir el tamaño y peso del equipo de lectura de señal y de registro de modo que éste    pueda ser incorporado dentro de la sonda misma para evitar los efectos del cable.

Figura 22Muestreadores de Jeringa:

Un ejemplo del equipo modificado de muestreo de toma(después de Gillham, et al., 1983)

 

(g) Para la ubicación de una marcada interfase Eh o pH dentro del pozo, el equipo ya existente será adecuado al menos para     profundidades mayores a 60m.

Figura 23Registros del flujo vertical, conductividad eléctrica y oxígeno disuelto

en un pozo municipal comparado con la variación deconcentraciones de nitrato en muestras puntuales desde la columna del pozo

 

6.2.3 Métodos de Absorción in Situ

(a) Ciertos compuestos orgánicos sintéticos y volátiles, especialmente los hidrocarburos alifáticos y aromáticos clorados son de     especial importancia debido a su significado como contaminantes de aguas subterráneas, al hecho que presenten mayores     dificultades de muestreo por pérdidas volátiles y sorción en los materiales del equipo de muestreo y a la necesidad de      identificar su presencia en el nivel de ppb.

(b) Los métodos de sorción in-situ involucran la introducción en la columna del pozo de cartuchos de sorción, llenos de medios de     sorción especiales como tenax GC o macroreticular XAD-2, carbón activado u otras resinas (Pettyjohn, et al., 1981; Pankow, et     al., 1984 y 1985). Estos cartuchos son recuperados del pozo y los agentes contaminantes extraidos en el laboratorio por medio     de otro solvente o técnicas de desorción térmica (Pankow, et al., 1984 y 1985) inmediatamente, antes del análisis por CG o     CC-SM.

(c) Los cartuchos de sorción pueden utilizarse junto con muestreadores de toma discretos (Figura 24A) o bombeo de bajo flujo    (Figura 24B). En todos los casos, sólo se analizan los compuestos adsorbidos, siendo

innecesario recuperar muestras de    agua de los pozos de monitoreo.

(d) Pettyjohn, et al. (1981) reportan tasas de flujo continuo menores a 2 1/h y volúmenes totales bombeados de aproximadamente     50 1 para asegurar la sensibilidad de 1 ug/1 para la mayoría de los compuestos de interés, utilizando la resina XAD-2. E1     conocimiento de volumen bombeado es importante para la determinación de las concentraciones.

(e) El método fue utilizado satisfactoriamente en el muestreo de trazas orgánicas volátiles en las aguas subterráneas cerca a     lagunas de aguas residuales de infiltración rápida (Tomson, et al., 1985). Se utilizó una bomba de flujo continuo, accionada por     nitrógeno, con una tasa de flujo de alrededor de 3 1/h y un volumen total de muestra de 25 1, y luego se extrajeron los      cartuchos con 15 ml de éter para análisis de CG-SM.

(f) Cuando se utilizan con muestreadores de toma, los cartuchos se insertan directamente dentro de la columna del pozo y el agua    es forzada a pasar a través de ellos, ya sea por la diferencia de carga natural en la columna de agua o por el uso de una jeringa    modificada deseada donde se aplica un vacío (Figura 24A) (Pankow, et al., 1984). Para la medición del volumen de la muestra     en el primer método se utiliza un tubo de teflón conectado al extremo del cartucho y el volumen de agua se determina con un    cilindro graduado en la superficie. Tasas de flujo de 0.5 1/h se mantienen en los cartuchos. Utilizando la resina tenax-GC y la    desorcién térmica, se reportaron. recuperaciones de más del 90% y niveles de detección menores a 1 ug/1 y, en algunos casos,    menores a 0.1 ug/1 (Pankow, et al., 1985).

(g) Una parte crítica de todos estos métodos es la preparación de los cartuchos, su manejo en el campo y su manipulación en el     laboratorio; protocolos detallados pueden encontrarse en Pankow, et al., 1984. La etapa de desorcibn térmica parece ser muy     sensible y tener excelente precisión cuando está asociada con el sistema de medición de CG-MS.

(h) La principal ventaja de los métodos de sorción in situ es la eliminación de la necesidad de muestreo del agua, ya que se      pierden los compuestos volátiles cuando se transfieren las muestras a botellas y se extraen los compuestos de interés en el     laboratorio.

(i) Aunque sensitivos y precisos, los métodos de sorción in situ no son utilizados ampliamente, ya que se encuentran en la fase de    desarrollo y aún no están disponibles comercialmente. Es necesario un mayor adelanto en el conocimiento de la capacidad de    adsorción de las resinas para una amplia gama de compuestos orgánicos, en especial aquéllos de alta volatilidad (Pankow, et    al., 1985), así como en el control del volumen de agua muestreado por el cartucho.

(j) Su aplicación depende mucho de la disponibilidad de instalaciones de laboratorio adecuadas y de un personal de laboratorio

    capacitado para procesar los cartuchos de muestra y para analizar a interpretar las concentraciones de compuestos orgánicos    adsorbidos que contienen. Estos recursos aún no están ampliamente disponibles y se requerirá de una inversión considerable     de capital y de capacitación del personal para mejorar la situación.

6.3  Control sobre la Profundidad del Muestreo

6.3.1 Técnicas de Toma con Medición de Flujo en el Pozo

(a) Hasta los muestreadores de toma perfeccionados padecen de serias limitaciones debido a la incertidumbre sobre la profundidad     en la que la muestra entró por primera vez al pozo y el grado de mezcla que ocurrió posteriormente en la columna del pozo.

(b) Las técnicas de medición de flujo del pozo pueden ser utilizadas en un intento de establecer el régimen hidráulico en la     columna del pozo y el origen de las muestras recogidas a diferentes profundidades dentro de dicha columna. Tales técnicas      dan mucho mejores resultados si son utilizadas bajo condiciones de bombeo (dinámico), que bajo condiciones de no bombeo     (estático). La discusión que sigue se limitará al primer caso.

(c) Las entradas de agua subterránea a los asociadas con variaciones de conductividad pozos están normalmente eléctrica y/o     temperatura de la columna de agua del pozo.

Figura 24Técnicas de meustreo por sorción in situ

(A) Jeringa con cartucho de muestrador de toma (después de Pankow, et al., 1984)

(B) Acoplado con bomba peristaltica (después de Pettyjohn, et. al., 1981)

 

 

     Tales variaciones, aunque a veces pequeñas (menos de 0.05 OC y 5 PS/cm), pueden ser registradas con un equipo     suficientemente sensible (Tate y Robertson, 1975). Los cambios en los registros de temperatura/conductividad entre la     condición de reposo y durante el inicio del bombeo normalmente indican los principales niveles del flujo de aguas subterráneas     (Tate, et al., 1970).

(d) Las mediciones de la tasa de flujo vertical a la bomba pueden realizarse mediante medidores de flujo, impelentes o de impulso     térmico, para velocidades altas y bajas respectivamente. Aunque la hidráulica del flujo del pozo es compleja, las mediciones,     cuando se interpretan cuidadosamente, pueden indicar las contribuciones relativas desde varios niveles en el pozo (Tate, et al.,     1970).

(e) La configuración normal para la medición de flujo es con la bomba a profundidad mínima necesaria para mantener una baja tasa     de bombeo (Figura 25), y, donde sea posible, para no interferir con los niveles anticipados de flujo. Bajo tales condiciones     (Foster y Robertson, 1977), en los pozos de 500-600 mm de diámetro, los índices de bombeo de más de 2 1/s deberían      producir flujo turbulento con distribuciones de velocidad relativamente uniformes. Para pozos de 150 mm de diámetro el índice     correspondiente será de aproximadamente 0.6 1/s. En las secciones más bajas del pozo bajo

los caudales principales, es     posible que prevalezca el flujo vertical laminar con distribución de velocidad parabólica.

(f) Cuando ambos regímenes de flujo son uniformes, la interpretación semicuantitativa de los registros de flujo es posible con cierta    seguridad (Figura 25), pero complicaciones ocurren cerca de entradas principales donde los flujos verticales podrán ser    totalmente no uniformes.

(g) Bajo condiciones favorables se pueden establecer las profundidades de la mayoría de las zonas productivas del acuífero (Figura     25), y el muestreo de toma en la columna del pozo a la profundidad correspondiente proporciona una muestra de aguas     subterráneas de origen más preciso. Sin embargo, siempre existirá alguna mezcla en el pozo y la interpretación de muestreo|     necesita de cuidado.

6.3.2 Aislamiento de Secciones del Pozo Mediante Empaquetadores

(a) El costo relativamente elevado de la instalación de pozos de monitoreo, en especial en acuíferos profundos, significa que su     número tiene que limitarse a un mínimo y que los pozos individuales tienen que ser utilizados para el muestreo de diversas     profundidades. Las muestras de aguas subterráneas pueden obtenerse de tales pozos si los empaquetadores se utilizan para     cerrar intervalos discretos de profundidad, desde los que las muestras pueden ser obtenidas por medio de alguna forma de     bombeo.

(b) Se puede utilizar un empaquetador individual para el muestreo regular de un pozo durante su construcción (Figura 26A). Los     empaquetadores normalmente están hechos de goma resistente a la presión y son inflados contra la pared del pozo,     generalmente utilizando gas comprimido o algunas veces agua (Welch y Lee, 1987). También se ha informado sobre el uso de     polímeros orgánicos expandibles (Cherry y Johnson, 1982).

Figura 25Microregistros de conductividad eléctrica y temperatura de un pozo de

monitoreo no revestido en un acuífero de arenisca triasica fisuradabajo condiciones estáticas y dinámicas que revelan las profundidades

principales de flujo de las aguas subterráneas

(c) Las muestras pueden ser recolectadas desde la sección sellada mediante varios métodos de bombeo. Se utilizan bombas    sumergibles o dispositivos de impulsión por gas, pero algunas veces los métodos de impulsión a succión o los vaciadores    comprimidos son adaptados (Johnson, et al., 1987).

(d) Un equipo de doble empaquetador (Figura 26B) se usa para realizar muestreo secuencial desde intervalos de profundidad en     pozos profundos de monitoreo existentes. Sin embargo, tales pozos frecuentemente tienen contaminacíón y redistribución de     las aguas subterráneas en sentido vertical (3.4.2), y en tales casos, no pueden obtenerse muestras representativas aún usando        el sistema de doble empaquetador.

(e) Aunque el concepto de empaquetador es simple, su uso eficiente requiere de transductores de presión (Figura 25) para     controlar que no se presenten filtraciones directas alrededor de los empaquetadores desde el intervalo de profundidad por     encima y por debajo.

(f) Los sistemas de empaquetadores equipados con transductores de presión ofrecen la oportunidad de realizar también pruebas de    conductividad hidráulica y mediciones de velocidad de aguas subterráneas (utilizando la técnica de dilución en pozo) (Freeze y    Cherry, 1979). Esta puede resultar muy útil para establecer los niveles más importantes del flujo de agua subterránea a     identificar aquellas relacionadas con el transporte de contaminantes.

(g) El uso de empaquetadores también continúa presentando numerosos problemas prácticos. Las unidades más sólidas y     equipadas tienden a ser pesadas y requieren una grúa mecánica o máquina de perforación para ubicarlas en los pozos.      También existe un riesgo de que los cables y tuberías se rompan en forma accidental durante la instalación o el equipo se     pierda dentro del pozo. Otro problema es que un sistema de empaquetador dado solamente puede funcionar a través de un     rango limitado de diámetros y por to tanto se necesitan varios equipos. Todo esto reduce la facilidad de transporte del equipo e     incrementa el costo de la operación.

(h) Un problema mayor es la dificultad de obtener un sellado adecuado y el riesgo de ruptura del empaquetador en los pozos, en     especial los que han sido perforados por métodos de percusión. Puede ser necesario medir con calibrador a inspeccionar con     circuito de televisión cerrado para localizar las secciones del pozo con paredes uniformes, lo que permitirá la instalación     satisfactoria de empaquetadores.

Figura 26Sistemas de empaquetadores para las secciones aisladas del pozo

(A) Unida al sistema de muestreo con inyección de gas(después de Gilham, et al., 1983)

(B) Incorporando una bomba sumergible para el muestreo(después de Young y Baxter, 1985)

 

(i) Este problema no está presente en pozos revestidos, pero aquí la dificultad es que la posición de los filtros predetermina los    intervalos de profundidad que pueden ser probados. Por otra parte, si el revestimiento sólido que separa los filtros no está    satisfactoriamente rellenado con cemento, los flujos pueden ocurrir desde los estratos superiores a inferiores de la sección bajo    prueba. Este problema puede atenuarse de alguna manera utilizando tasas bajas de bombeo (US EPA, 1977) o un sistema de    empaquetador de nivel múltiple (Andersen, 1983).

(j) El uso de empaquetadores de goma en el monitoreo de aguas subterráneas puede introducir polarización en las muestras     debido a la sorción de ciertas especies químicas y al riesgo de introducir otras presentes en la goma. (Gillham, et al., 1983).    Pettyjohn, et al. (1981) consideran que la goma es el material menos indicado para ser utilizado en el equipo de muestreo para     la detección de contaminación de aguas subterráneas por compuestos sintéticos orgánicos. Así, con este propósito, el período    de contacto entre las aguas subterráneas y el empaquetador debería minimizarse, y tales sistemas no deberían ser utilizados    como instalaciones permanentes.

6.3.3 Extracción de Agua Intersticial desde Testigos de Perforación

    (a) Este método se llama muestreo destructivo porque no puede ser utilizado varias veces en el mismo pozo. Su uso para el         monitoreo, por lo tanto, está muy restringido debido al costo excesivo de la perforación repetida. No obstante, este método         proporciona el control más estrecho posible de la profundidad del muestreo y la mayor seguridad del origen de la muestra         (Figura 27). A este respecto es superior a todos los otros métodos. Sin embargo, una desventaja significativa es el volumen         tan pequeño de muestra generada (normalmente menos de 30 ml). Este, y el método de extracción, restringen el número y         rango posible de análisis químico.

    (b) En circunstancias en que se justifica la considerable inversión, puede ser de gran valor determinar el perfil en profundidad          para parámetros claves en lugares seleccionados antes de realizar el monitoreo a largo plazo (Figura 28). El método también         es importante para el muestreo de aguas subterráneas en acuíferos de roca porosa y los acuitardos arcillosos, para los que         la mayoría de los otros métodos son mucho menos satisfactorios.

    (c) Las muestras del núcleo pueden obtenerse utilizando los métodos de perforación empleados comúnmente en estudios         geológicos y geotécnicos, incluyendo equipos tales como la rotación con barra triple y cono diamantado, el tubo "shelby"         "split-spoon;' de percusión. Sin embargo, en acuíferos no consolidados, y especialmente en los de arena y grava sin          cohesión debajo de la napa freática, el muestreo del núcleo es difícil, aunque posible con un sacanúcleos de pistón (Munch y         Killey, 1985).

     (d) El último diseño, conocido como el sacanúcleo para acuíferos sin cohesión, ha sido utilizado exitosamente en el muestreo          de formaciones de arena y grava con índices de recuperación reportados de más del 90% hasta profundidades de 35 m          (Zapico, et al., 1987). El sacanúcleo puede ser de aluminio o plástico y se usa para cada muestra obtenida. El método          ofrece la ventaja de permitir la extracción directa del agua intersticial mediante jeringa, y el uso del tubo de muestreo intacto          para la prueba hidráulica del laboratorio.

     (e) Las pérdidas de agua intersticial por evaporación y de gases y componentes volátiles pueden ser un problema, aunque           puede reducirse mediante el sellado inmediato con cera de parafina impermeable.

Figura 27Perfiles de la zona saturada de cromo hexavalente en aguas

subterráneas cerca a una instalación de disposición de desechos dela industria metálica que compara diferentes técnicas de

muestreo con control de profundidas (después de Edworthy, 1983)

     (f) Para la extracción de agua intersticial, deben descartarse las partes exteriores del núcleo, ya que pueden estar sujetas a         alteración química o contaminación por el fluido de la perforación, la cera, etc. El tamaño del anillo a ser descartado depende         del tipo de acuífero y del fluido de perforación, pero generalmente 2mm es suficiente en roca relativamente poco fracturada         (Barber, et al., 1977). El grado de invasión y alteración del núcleo puede determinarse añadiendo un tinte o sal de litio o         bromuro (Edmunds y Bath, 1976) al fluido de perforación, analizando luego para su presencia en las muestras de agua         intersticial extraídas del núcleo.

    (g) Después que la parte exterior ha sido descartada, se submuestrean las porciones representativas internas del núcleo y se         extrae su agua intersticial. La extracción puede hacerse mediante centrifugación o presión.

Figura 28Perfiles químicos del agua intersticial derivados de muestras

centrifugadas del núcleo en la zona saturada de un acuífero dearenisca triasica que revela severa contaminación aún no

detectada en pozos más profundos de producción(después de Parker, et al., 1983)

     (h) En la extracción por centrífugadora, el material del núcleo (fracturado en pequeñas partículas si es necesario) se coloca en          los recipientes adaptados apropiadamente para muestras geológicas (Figura 28) y que rota a alta velocidad, 2,000 a 14,000          rpm dependiendo del tamaño del poro de la muestra y del tipo de centrifugadora disponible. El agua intersticial es          desplazada por la fuerza centrífuga generada (Figura 29).

     (i) La cantidad de agua recogida dependerá de la velocidad de rotación, de la litología de la muestra, del nivel de saturación         inicial, del tamaño de la muestra y del tipo de centrífugadora (Edmunds y Bath, 1976).

     (j) Una variación en esta técnica es utilizar un solvente (por ejemplo, pentano) para disolver el contaminante de interés del          núcleo y centrifugar la mezcla para extraer el solvente. Esto es necesario para no perder contaminantes orgánicos volátiles y         para concentrar los contaminantes microorgánícos, pero la concentración resultante puede derivarse tanto de la fase líquida         como de la adsorbida.

    (k) Otra variación de esta técnica utiliza un fluido denso a inmiscible en un modificado recipiente de centrífuga (Figura 29) para         desplazar el agua intersticial mediante flotación (Kinniburgh y Miles, 1983). Este método fue desarrollado a fin de recuperar la         mayor proporción posible del agua intersticial mediante la centrifugación directa. El líquido del desplazamiento debe ser de         alta densidad, baja solubidad de agua, bajo precio y químicamente inerte. Estas son las características de ciertos         hidrocarburos halogenados (tetracloruro de carbono, algunos fluorocarburos, etc). Sin embargo el use de estos compuestos

         previene el método que esta siendo aplicado a la investigación de la contaminación orgánica de aguas subterráneas.

     (l) La extracción a presión se basa en el principio de reducción mecánica del volumen del poro mediante energía hidráulica,        neumática o mecánica en una prensa con filtro. Los núcleos se presionan hasta que no se presente drenaje significativo. Esto        puede necesitar hasta 7 días en el caso de las muestras arcillosas (Brightman, et al., 1985). La muestra se toma en el fondo        de la cámara de prensa, y se retira utilizando una jeringa colocada en el drenaje.

   (m) Presiones de más de 110 M Pa han sido utilizadas para obtener agua de arcilla compacta. Para tales formaciones         geológicas, este es probablemente el método de muestreo más apropiado. También ha sido utilizado para investigar la         migración de las aguas subterráneas a través de acuitardos (Rudolph y Farvolden, 1988).

    (n) Las principales fuentes de polarización de la muestra que resultan de las técnicas de extracción de agua intersticial son:

    (i)  La muestra recogida se forma por el agua retenida en los poros y la fracción más móvil puede perderse la perforación o el         manejo antes de la extracción. En muchas formaciones el agua móvil y retenida estará en equilibrio químico, pero en las         formaciones más heterogéneas este puede no ser el caso.

    (ii) El tratamiento de las muestras requiere de un cuidado especial. Es imposible evitar desgastificación significativa y pérdidas         por volatización, así como prevenir la seria aeración de la muestra.

    (iii) Existe riesgo de contaminación significativa de la muestra durante la perforación, en el caso de acuíferos muy porosos o         altamente fracturados que puede significar que se tiene que descartar mucho núcleo.

Figura 29Centrifugación para extracción de agua intersticial de núcleos

(A) Principio de drenaje y método de desplazamiento inmiscible          (B) Diseño de los recipientes para el manejo de materiales geológicos

(después de Edmunds y Bath, 1976; Kinninburgh y Miles, 1983)

 

7. Pozos de Monitoreo: Diseño e instalación

7.1 Criterios de Diseño

7.1.1 El método más directo, y generalmente confiable, para mejorar el control de la profundidad del muestreo de aguas        subterráneas es la instalación de pozos de monitoreo, perforados a propósito a una profundidad dada con un filtro situado         a un intervalo de profundidad conocido.

7.1.2 Una vez que el pozo es instalado correctamente, ofrece la posibilidad de obtener muestras representativas de aguas        subterráneas a un costo operacional bajo. Si se emplea de materiales de construcciones Ánertes y se utilizara métodos de        perforación preferidos, la polarizacién de la muestra sería mínima y una función directa del procedimiento para retirar las        muestras de la instalación (normalmente impulsión a succián o de gas o bomba sumergible).

7.1.3 Se pueden realizar pruebas hidráulicas en estas instalaciones para estimar los parámetros hidráulicos del acuífero que serán        requeridos pares el análisis de la migración de contaminantes. Aunque tales pruebas serán operacionalmente mucho más        simples que aquéllas relacionadas con el use de sistemas de empaquetadores, los resultados generalmente serán         confiables.

7.1.4 En contraste con la mayoría de los pozos de producción de agua, aquéllos específicamente diseñados para monitoreo        frecuentemente se acaban con materiales inertes (tales como pvc, teflón, acero inoxidable), son de diámetros más pequeños        (normalmente menos de 100 mm y en algunos casos menos de 50 mm) y tienen un área de

entrada más limitada        (normalmente menos de 5 m y en algunos casos solamente 1 m)

7.1.5 El procedimiento de construcción de pozos de monitoreo sigue la misma secuencia que los de producción; esto es,        perforación, instalación del filtro del pozo junto con el revestimiento sólido y colocación de un sello sanitario (Keely y         Boateng,  1987). También debería hacerse el desarrollo de los pozos de monitoreo aunque no es tan importante optimizar su        funcionamiento hidráulico como lo es minimizar las perturbaciones del régimen geohidráulico a hidroquímico del acuífero.

7.1.6 La seleccién del diseño más apropiado para los pozos de monitoreo debe tomar en consideración los objetivos y los límites        financieros del programa de monitoreo, los parámetros de interés y su posible nivel de concentración, el equipo de muestreo        disponible, el régimen de flujo de aguas subterráneas, la profundidad requerida de muestreo, las condiciones de campo        predominantes, etc,

7.1.7 Una dificultad reconocida en el muestreo de pozos de monitoreo de filtro corto es la presencia de agua estancada en la parte        superior, que podría tener una composición diferente que la del agua subterránea en la profundidad de filtro como resultado de        modificaciones químicas y bacteriológicas a otros procesos. Este problema generalmente se supera limpiando los pozos de        monitoreo mediante un vaciador o una bomba. Sin embargo, existe un considerable debate en cuanto a la cantidad de         bombeo que se necesita antes del muestreo (Bryden, et al., 1986; Keely y Boateng, 1987).

7.2 Alternativas de Diseño

7.2.1 Piezómetros Sencillos

(a) Estas son las alternativas más simples y de uso más frecuente entre pozos de monitoreo. Básicamente consisten de un     tubo-forro plano de plástico o metal, con la parte inferior (0.5-5 m) perforada o con filtro para permitir la entrada del agua a una     profundidad dada (Figura 30). Pueden ser utilizados para el muestreo de aguas subterráneas o igualmente para la medición      de la presión hidráulica puntual.

(b) Los materiales más frecuentemente utilizados para el revestimiento son pvc, teflón, o aceros especiales. Los filtros      normalmente son plásticos hechos a mano o en fábrica (tales como pvc o teflón) o filtros de alambre enrrollado de acero     inoxidable de ranura contínua.

(c) Después de la perforación, se monta la tubería del pozo con su filtro y se baja a la profundidad deseada. Un paquete de arena o     grava es colocado hasta 0.2 m por encima de la parte superior del filtro y se utilizan bolas de bentonita o relleno de cemento     para sellar arriba e impedir el ingreso de agua de niveles más altos en el pozo. El resto del anillo es rellenado con cemento o

     material derivado de la misma perforación. El cemento puede causar cambios significativos en el pH de los pozos de monitoreo,     afectando algunos determinantes. Luego se construye un tapón y área de concreto como protección sanitaria para prevenir el     ingreso de agua superficial.

(d) El desarrollo del pozo de monitoreo es muy conveniente para remover sedimentos finos acumulados provenientes de la arcilla y     los fragmentos de perforación (Keely y Boateng, 1987). Esto se consigue normalmente utilizando un émbolo de sobretensión,     con ciclos cortos repetitivos de bombeo de alta tasa y recuperación, o inyectando aire comprimido o agua a través de una     tubería de inyección o una boquilla. Si se utiliza la tubería de inyección, ésta debería colocarse por lo menos 0.3 m sobre el     filtro. El desarrollo del pozo se continúa hasta que descargue agua limpia y sin sedimento.

Figura 30Tubos de pozos típicos de monitoreo de nivel

simple y piezómetros de nivel múltiple

 

(e) Los pozos de monitoreo de nivel simple también pueden instalarse en acuíferos no consolidados utilizando puntos de acceso

     al pozo colocados directamente por percusión o ariete hidráulico, lo que evita la necesidad de acabar el pozo.

(f) Es importante que el pozo de monitoreo esté equipado con una tapa de protección que puede cerrarse, con un tubo de|    ventilación para prevenir la acumulación de gases explosivos.

(g) Sobre todo, este tipo de instalación de muestreo es fácil de diseñar y construir, y puede ser acabado con materiales inertes si     es necesario. Ofrece la posibilidad de obtener un sello hidráulico muy bueno de la zona de investigación y un desarrollo     relativamente fácil del pozo para asegurar su funcionamiento hidráulico adecuado. También permite la realización de mediciones     y pruebas hidráulicas del acuífero.

(h) Una extensión lógica de los pozos individuales de monitoreo de nivel simple es el uso de grupos de tales pozos con filtros     colocados a diferentes profundidades para permitir el muestreo desde diversas profundidades dentro de un acuífero en el mismo     sitio. La desventaja principal es que el costo se incrementa rápidamente con el aumento de la profundidad, y es probable que     sea prohibitivo en acuíferos muy profundos.

7.2.2 Piezómetros Múltiples

(a) Son una alternativa para realizar la misma función que los grupos de pozos de monitoreo. El arreglo más común es instalar un     grupo de varios piezómetros de pequeño diámetro (con sus áreas de entrada separadas una de otra en forma vertical con relleno     de bentonita) dentro de un pozo simple de monitoreo (Figura 31).

(b) La instalación de multipiezómetros no es tan fácil como la de los piezómetros simples, especialmente en acuíferos profundos.    Tiene que hacerse en etapas, colocando el piezómetro más profundo con su empaquetador de grava y sello de cemento primero,    y luego trabajando sistemáticamente subiendo el pozo, instalando más piezómetros uno por uno. Es necesario tener    considerable cuidado para prevenir la migración del cemento a través del empaquetador de grava y es aconsejable formar una    capa de arena escalonada entre el empaquetador y el relleno de cemento. La limpieza y desarrollo de los pozos    multipiezómetros también es más difícil que las instalaciones sencillas. 

Figura 31Muestreadores a succión para el monitoreo de la zona no saturada:

(A) Método de impulsión a succión (después de Parizar y Lance, 1970)(B) Dispositivos de vacío de presión modificados para prevenir el flujo de retorno

(después de Wood), 1973)

(c) Estimar la cantidad de relleno de cemento y/u otros materiales a ser colocados para alcanzar la profundidad deseada del     siguiente piezómetro también puede presentar dificultades, debido al tiempo que toma la solidificación del cemento y la     sedimentación del relleno.

(d) Sin embargo, el ahorro financiero del uso de grupos de piezómetros simples es considerable, y dada la razonable posibilidad de     su adecuado acabado, al menos a profundidades modestas con 2-4 piezómetros por pozo, esta alternativa sigue siendo     atractiva en algunos casos.

(e) Una variante del pozo de monitoreo multipiezómetro comprende la instalación de muestreadores de impulsión por gas en lugar     de filtros piezómetros a las profundidades deseadas de muestreo. El pozo de monitoreo de piezómetros múltiples tiene una     cubierta plástica simple (pvc o teflón) que contiene los muestreadores con filtros de tubo encajados a intervalos de profundidad.     El muestreo se obtiene para el desplazamiento positivo con gas comprimido a través de un tubo de descarga de diámetro     pequeño conectado a cada muestreador.

(f) La ventaja principal de este diseño es que la limpieza del agua estática de la cámara de muestreo se consigue rápidamente    debido a su pequeño volumen y la muestra es impulsada directamente a la botella de recolección. El control sobre la     profundidad del muestreo es excelente y el equipo dedicado evita la contaminación cruzada. La mayor dificultad es el    mantenimiento porque es imposible recuperar los muestreadores para limpiarlos o repararlos una vez instalados.    Tampoco son posibles mediciones y pruebas hidráulicas.

(g) Otra variante del pozo de monitoreo multipiezómetro es el uso de un revestimiento especial. En este diseño se utiliza un pozo

     de pvc con numerosas aberturas pequeñas (puertos) a varias profundidades desde las cuales el agua puede ser muestreada a     través de tubos de muestreo de polietileno de diámetro pequeño (menos de 5 mm) (Pickens, et al., 1978). El muestreo se     consigue mediante impulsión por succión o bombas de pistón del tipo jeringa. La instalación de pozos de monitoreo de puerto     múltiple es similar a las instalciones de nivel simple, pero el desarrollo es más difícil, especialmente en estratos cohesivos.

(h) El diseño ha sido utilizado exitosamente a profundidades moderadas en acuíferos de arena y grava con napa freática poco     profunda, para obtener perfiles químicos del agua intersticial (Gillham, et al., 1983) y con varias modificaciones en formaciones     consolidadas fisuradas (Cherry y Johnson, 1982). La ventaja principal es su bajo costo, pero es muy difícil su instalación     adecuada en muchas condiciones del terreno. 

7.3 Selección de Materiales de Construccíón

7.3.1 Los materiales apropiados para el revestimiento y filtro de pozos de monitoreo (Tabla 6) deben evitar la modificación        inaceptable de la química de las muestras de aguas subterráneas y asegurar una adecuada vida útil de la instalación. Son        preferibles uniones atornilladas para la tubería del pozo en vez del uso de pegamentos o cementos porque de esta manera se        evita un origen adicional de modificacián de las muestras.

7.3.2 Los plásticos (tales como pvc, polietileno y polipropileno) y los metales (tales como acero galvanizado y de bajo carbón)        pueden interactuar con las aguas subterráneas disolviendo o adsorbiendo algunos componentes (Barcelona, et al., 1985). Sin        embargo, el significado de tales modificaciones para la mayoría de las aplicaciones prácticas es cuestionable cuando se        compara con los efectos de los procedimientos de muestreo.

7.3.3 El asunto crítico parece ser el período de tiempo durante el cual la muestra de aguas subterráneas se encuentra en contacto        con los materiales de la tubería. Para los períodos de contacto de menos de 1 día, los efectos con termoplásticos tales como        pvc, polietileno y polipropileno, no parecen significativos aún cuando el muestreo se realiza para compuestos orgánicos a nivel        de ppb. Para períodos mayores, en algunos casos la sorción y lixiviación pueden llegar a ser un problema. Sin embargo,        siempre que los pozos de monitoreo sean limpiados y muestreados el mismo día, estos efectos deberán ser mínimos.        Cuando el pvc se expone a aguas subterráneas contaminadas por solventes orgánicos sintéticos a 100 a g/1, se comporta en        forma comparable al acero inoxidable o teflón (Sykes, et al., 1986).

7.3.4 Las aguas subterráneas altamente contaminadas con solventes orgánicos sintéticos, sin embargo, atacarán y deteriorarán la        tubería y el filtro de pozo de pvc. Cuando se sospecha que existen altos niveles de contaminación, es preferible el uso de        acero inoxidable o teflón debido a su carácter resistente a inerte. Los costos pueden reducirse sustituyendo la tubería de pvc

        en la porción del pozo de monitoreo sobre el nivel freático. Las tuberías y los filtros de acero también pueden corroerse        rápidamente en aguas subterráneas de bajo pH y Eh, y alta salinidad.

7.3.5 Se concluye que los termoplásticos comunes (especialmente el pvc rígido) son apropiados para la mayoría de las situaciones        de campo y los parámetros de interés siempre que se sigan .los procedimientos de muestreo apropiados. Por consiguiente y        en vista de su bajo costo, disponibilidad y fácil manejo son recomendables, excepto en condiciones donde las aguas        subterráneas están altamente contaminadas con solventes sintéticos.

Tabla 6Comparación cualitativa de los materiales de construcción

del pozo de monitoreo

Tipo de material

Reactividad química

Fuerza en compresión

Disponibilidad general

Conveniencia operativa

Costo relativo

polivinilo de cloruro (pvc)b *(*)a **(*) *** *** *

teflónc * *(*) *(*) ** ***

acero inoxidable (ss)

*(*)a *** ** * **(*)

acero blando *(*)a *** *** ** *(*)

       a puede reaccionar con agua subterránea contaminada o natural       b las propiedades del polipropileno son similares       c marca registra de Dupont

       ** número de asteriscos significa tendencia creciente de la propiedad indicada

7.4 Métodos de Perforación de Pozos

7.4.1.Las mismas técnicas de perforación utilizadas para la construcción de los pozos de agua o para la investigación geotécnica        pueden emplearse para las instalaciones de monitoreo de aguas subterráneas (Tabla 7). Normalmente se utilizan técnicas de        percusión con herramientas de cable y perforación por rotación, y en algunos casos puede ser apropiado el auger mecánico.        Detalles de las técnicas de perforación pueden encontrarse en Campbell y Kehr (1973), Scalf, et al. (1981) y Driscoll (1986).

7.4.2 Cualquier técnica de perforación que se utilice para construir pozos de monitoreo dará como resultado algún grado de         modificación del régimen geohidráulico a hidroquímico, ya sea de:

(a) Contaminación del acuífero con fluidos de perforación.

(b) Flujos verticales de aguas subterráneas dentro del pozo antes de su terminación, como resultado de la     interconexión de varias profundidades del acuífero a diferente presión hidráulica.

7.4.3 Las técnicas llamadas de "perforación seta" (aquéllas que requieren del uso de poco o ningún fluido de perforación, como        puede ser el caso con algunas máquinas de percusión o rotación) son preferidas para la instalación de pozos de monitoreo        (Foster, et al., 1980; Scalf, et al., 1981 Gillham, et al., 1983). Sin embargo, aún estas técnicas pueden dar como resultado        contaminación de las partes más profundas de un acuífero desde napas superficiales contaminadas.

7.4.4 El método más económico para la perforación de pozos de monitoreo es la técnica de auger continuo al vuelo (Hackett,        1978/1988 McCray, 1988) debido a sus indices de penetración rápida y fácil movilidad. Los problemas de derrumbamiento del        pozo y mezcla vertical pueden reducirse mediante el uso de tubería temporalmente durante la perforación, pero esto reduce        grandemente las tasas de penetración. Los augers de tronco ahuecado superan la última dificultad. Un mayor problema con        este tipo de equipo es el límite de profundidad máxima a 50 m en formaciones no consolidadas y que las formaciones de        grava gruesa y roca dura no pueden ser penetradas.

7.4.5 La perforación de percusión con herramientas de cable, aunque mucho más lenta que con auger, puede realizarse en        cualquier tipo de formación geológica y tiene la ventaja que puede utilizarse con adición limitada de fluidos de perforación y        permite la recolección de núcleos. Se requiere tubería temporal en formaciones inestables y para prevenir mezcla vertical.

7.4.6 Las técnicas de perforación por rotación requieren necesariamente un fluido de perforación y, por consiguiente, son menos        apropiadas para la construcción de pozos de monitoreo. Sin embargo, todavía serán utilizadas debido a la falta de        disponibilidad de otro equipo o por razones económicas, dado sus altos índices de perforación en acuíferos consolidados.

Tabla 7Resumen de ventajas y desventajas de varios métodos deperforación para la construcción de pozos de monitoreo

(después de U.S.EPA, 1987)

7.4.7 El fluido de perforación puede ser mezclas de bentonita, polímeros orgánicos biodegradables, agua o aire comprimido. Todos

        éstos afectan en algún grado la calidad de las aguas subterráneas. Los lodos de bentonita entran en intercambio iónico,        pueden absorber compuestos orgánicos hidrofóbicos y causan la impermeabilización de las paredes de pozos. Los polímeros        orgánicos aumentan las poblaciones microbiológicas y afectan las concentraciones de carbón orgánico total (Scalf, et al.,        1981). El agua es mejor pero puede resultar en la dilución de contaminantes en pozos de monitoreo en acuíferos altamente        contaminados.

7.4.8 El uso de aire comprimido es conveniente, en especial si se requiere simultáneamente muestreo de núcleo a involucra        formaciones consolidadas. Sin embargo, resulta en la invasión del núcleo y de la formación adyacente con aire que puede        modificar el Od Eh de aguas subterráneas y resultar en la precipitación de algunos metales y la pérdida de compuestos        orgánicos volátiles. Esto también puede ser dañino si éstas presentan contaminantes muy combustibles.

7.4.9 Otra técnica conveniente para colocar los piezómetros a poca profundidad en acuíferos consolidados es el "jetting hidráulico".        Sin embargo, se necesita extraer grandes cantidades de agua del piezómetro luego de su instalación antes de utilizarlos con        confiabilidad para el muestreo de aguas subterráneas.

7.4.10 En conclusión, todos los métodos de perforación dan como resultado cambios en el régimen de aguas subterráneas. Los          métodos "secos" se prefieren a los "húmedos", y el uso de tubería temporal es preferible para reducir la mezcla vertical          dentro del pozo de monitoreo durante su construcción. Cuando los métodos de perforación húmedos son inevitables, por          razones económicas o logísticas, es preferible el flujo repentino de aire o agua. La decisión de cuál utilizar dependerá de los          parámetros bajo investigación.

7.4.11 Si se tiene que utilizar lodo, espuma o agua como fluido de perforación, es posible identificarlos con uso de un trazador de          sales de litio o de bromuro, ya que estos elementos son relativamente fáciles de determinar analíticamente y no se          presentan normalmente en concentraciones significativas en aguas subterráneas. Su presencia en una muestra de agua del          pozo de monitoreo por lo tanto implica contaminación por el fluido de perforación. Para todos los pozos de monitoreo          perforados mediante técnicas de rotación es necesario un desarrollo cuidadoso y prolongado antes de usarlos a fin de          asegurar que la mayor parte, si no todo, el fluido de perforación inyectado dentro de la formación a la profundidad de interés          del muestreo, sea removido.

7.4.12 La mayoría de las técnicas requieren un personal experimentado en equipos de perforación si se desea conseguir resultados          satisfactorios. La excepción son los métodos simples y de bajo costo utilizados a poca profundidad, tales como la           percusión mecánica de piezométros en acuíferos poco consolidados.

8. Monitoreo de la zona no saturada

8.1 Fase Móvil

8.1.1 Significado del Monitoreo

(a) En acuíferos no confinados, la zona no saturada ocupa una posición clave entre la superficie de la tierra, cerca a la que la     mayoría de los agentes contaminantes se descargan, y la napa freática, de la que, a través de pozos, se extrae el agua potable     para abastecimiento.

(b) Por esta razón, monitorear los cambios en la calidad del agua intersticial en esta zona es de gran significado en la detección     previa de amenaza de contaminación de aguas subterráneas. Este es especialmente el caso cuando la zona saturada es     relativamente gruesa (más de 10 m), ya que en tales situaciones una advertencia del inicio de carga contaminante subterránea     permitiría tomar medidas de control antes de quo el deterioro del acuífero sea serio.

(c) El muestreo y monitoreo de la zona no saturada se está practicando más frecuentemente para detectar los posibles problemas     de contaminación de aguas subterráneas (i) debajo de las instalaciones de disposición de desechos tóxicos situadas en     acuíferos importantes no confinados (Grantham y Lucas, 1985) y (ii) de fuentes dispersas tales como prácticas intensivas de     cultivo agrícola (Parker y Foster, 1986; Kirschner y Bloomsberg, 1988). Las características de los principales métodos     disponibles se resumen en la Tabla 8.

Tabla 8Resumen de las características de las técnica de muestreo

en la zona no saturada

8.1.2 Muestreadores a Succión

(a) El agua intersticial de la zona no saturada puede muestrearse mediante una variedad de instalaciones no destructivas y    permanentes, quo se basan en el principio de succión o tensión, en las que el agua es absorbida hacia la cámara de muestra a    través de una jarra porosa aplicando tensión a través de una bomba de vacío.

(b) Estas instalaciones son conocidas como lisímetros de succión, vacío o tensión, muestreadores de agua del suelo, etc. (Figura     31). Tanto el tiempo de aplicación de vacío como el de muestreo son variables, dependiendo de la conductividad hidráulica del     suelo. Los procedimientos típicos implican aplicar un vacío de unos 450 mm Hg durante 15 minuntos, manteniándolo con una     grapa y muestreando al día siguente.

(c) Una vez que el agua ha llenado la cámara de muestra, ésta puede ser recogida utilizando el principio de impulsion por succión o     por gas. En el primer caso, quo se limita a instalaciones por encima de una profundidad límite de 8 m, una tubería angosta es     introducida en el tubo de acceso por el que se aplicó el vacío para elevar el agua a la botella de recolección en la superficie     (Figura 31A). En el segundo caso, que no está sujeto a ninguna limitación, dos tubos de acceso están instalados     permanentemente. La recolección de la muestra se realiza quitando la grapa de captura del tubo de vacío a inyectando gas     comprimido para impulsar la muestra a la botella de recolección a través del un tubo de descarga (Figura 31B).

(d) Las jarras porosas de los muestreadores a succión se fabrican normalmente de arcilla cerámica (fundida a alta temperatura) o     algunas veces de vidrio sinterizado o fragmentado, teflón poroso, etc. Los materiales utilizados más comúnmente para recubrir     las instalaciones de muestreo son pvc o teflón. Algunas veces se encuentran problemas porque el agua tiende a retroceder al     suelo a través de la jarra porosa cuando se inyecta el gas comprimido. A fin de prevenir esto, se han introducido modificaciones     de diseño (Figura 31B). Estas modificaciones son necesarias en medios de baja permeabilidad en los que solamente se     obtienen volúmenes pequeños de muestra.

(e) La instalación de los muestreadores a succión es simple y económica. La perforación del acceso normalmente puede llevarse a     cabo con un auger manual o mecánico, sin uso de revestimiento temporal. A fin de evitar la obstrucción de la jarra porosa se     utiliza una arenilla de sílice de 200 mm para formar un prefiltro y un relleno de cemento de bentonita para sellar el anillo del     pozo.

(f) Se recomienda que las instalaciones se dejen cerca de un año para equilibrarse antes de comenzar el muestreo, debido a que    los procesos de perforación modifican grandemente el sistema suelo-aire-agua de la zona no saturada y movilizan algunas    especies químicas adsorbidas (Litaor, 1988), pero raramente se toma tal precaución.

(g) Varias dudas rodean la representatividad de las muestras obtenidas de este tipo de instalación (Anderson, 1986); Hornby, et al.,

     1988). Se dice que las jarras de cerámica ya sea lixivian algunos determinantes (tales como Ca, Mg, A1) y/o adsorben otros     (P04, NH4) (Litaor, 1988). El lavado con ácido diluido seguido de un enjuague meticuloso con agua desíonizada ha sido     recomendado para minimizar este problema (Groover y Lamborn, 1970). Las jarras de vidrio son más inertes, pero cuestan más     y son menos disponibles. También están propensos a problemas operacionales, siendo más frágiles y teniendo poros de mayor     tamaño, con menor capacidad para soportar tensiones elevadas y mayor tendencia a sufrir invasión de partículas finas del      suelo.

(h) Los muestreadores a succión no son apropiados para la investigación de la contaminación microbiológica de la zona no     saturada. Las bacterias fecales y algunos virus siendo filtrados por las jarras porosas de cerámica (Dazzo y Rothwell, 1974;     Wang, et al., 1974). 

(i) El muestreo en suelo de baja conductividad hidráulica es especialmente difícil porque los índices de flujo a través de la jarra    porosa son bajos y el vacío en la cámara de muestra tiene que mantenerse por períodos tan prolongados como una semana.    Durante este tiempo pueden ocurrir reacciones fisicoquímicas y bioquímicas, con la modificación de algunos parámetros (tales    como los componentes sensitivos pH-Eh, determinantes microbiológicos, etc.). Por otra parte, la succión desciende    drásticamente durante el período de muestreo ocasionando desgasificación y volatízación, aunque la pérdída de compuestos    volátiles orgánicos puede controlarse utilizando técnicas de sorcidn in situ.

(j) Finalmente, y más importante, en suelos físurados o estructurados, es probable que el agua que se filtra evada el muestreador a    succión durante períodos muy lluviosos o de sobrecarga hidráulica. De esta manera, los análisis de las muestras de agua    obtenida de lisímetros a succión no serán representativos del flujo total del contaminante que migra hacia la napa freática.

(k) En resumen, los muestreadores a succión son económicos, simples de instalar y ofrecen la posibilidad de detectar la     contaminación antes que llegue al nivel freático. Sin embargo, los problemas operacionales son numerosos, los errores,     frecuentes y numerosos agentes contaminantes no se monítorean confiablemente utilizando tales instalaciones.

8.1.3 Otros Métodos

(a) Aunque no son muy utilizados como los muestreadores a succión, las técnicas de drenaje libre constituyen una alternativa para    el muestreo de agua gravitacional en suelos con macroporos o fisuras frecuentes. El principio de la técnica es interrumpir el flujo    descendente del agua insertando un canal de drenaje de tubo de arcilla o lamina de metal impermeable con un recipiente de    recolección. La instalación se realiza mediante un canal de acceso y, por consiguiente, se limita a poca profundidad. La ventaja    de este método es que se toma la muestra de un área relativamente grande, lo cual permite la

recoleccián del flujo de    macroporos, y no es necesarío aplicar un vacío para inducir el muestreo. Por tanto, las modificaciones de la muestra se    minimizan.

(b) Los métodos de muestreo destructibles, que incluyen la extraccián de agua de poro desde muestras geológicas de núcleo, son     sumamente convenientes para aplicación en la zona no saturada (Foster y Smith-Carington, 1980; Foster y Bath, 1983) (Figura     32). Esta técnica esencialmente es idéntica a aquélla descrita para la zona saturada (6.3.3), con las numerosas ventajas y las     restricciones específicas ya discutidas. 

8.2 Fase Adsorbida

8.2.1 Aquellos compuestos que son retenidos en la matriz de la zona no saturada mediante mecanismos de absorción         (por ejemplo metales pesados, contaminantes orgánicos con elevados coeficientes de partisión, ciertos cationes        intercambiables) demuestran un retraso con respecto al transporte advectivo. Por consiguiente, puede ser de importancia        determinar su distribución en la fase adsorbida en la evaluación de contaminación, porque éstas pueden afectar la calidad de        aguas subterráneas y las posibilidades de restaurar el acuífero a largo plazo.

8.2.2 La evaluación de sus índices de comportamiento y transporte requieren análisis químico del suelo mismo y esto permite un        control seguro sobre el origen de la muestra. El método parece atractivo ya que es simple y económico, al menos a        profundidades superficiales donde el muestreo puede ser efectuado mediante auger manual. Sin embargo, las facilidades de        laboratorio adecuadas para el análisis de los contaminantes ambientales en tales muestras son poco desarrolladas. Los        laboratorios ya existentes generalmente sólo son capaces de realizar el análisis relacionado con los parámetros agrícolas        (tales como N03, NH4, K, P04, pH).

8.2.3 Además, el manejo y extracción de la muestra de los componentes de interés son complejos, así como la interpretación de        los resultados depende mucho del procedimiento analítico (US-EPA, 1977).

Figra 32Perfiles de la calidad del agua de la zona no saturada bajo una

laguna municipal de aguas residuales(A) NH4 y (B) COD de muestras centrífugas el núcleo

(C) Parámetros microbiológicos para material del núcleo(después de Geake, et al., 1987)

9. Programas de monitoreo de aguas subterraneas

9.1 Definición de Objetivos

9.1.1 El objetivo normal del monitoreo de la calidad de aguas subterráneas es el detectar y evaluar su distribución espacial y su        cambio en el tiempo.

9.1.2 Los datos generados por el monitoreo deben ser suficientes para tomar decisiones correctas en to que se refiere al control de        migración de aguas subterráneas de calidad no deseable, a las limitaciones del uso de aguas subterráneas contaminadas en        forma natural o la especificación del tratamiento de agua necesario.

9.1.3 La clara definición de los objetivos específicos es un primer paso en el desarrollo de programas de monitoreo (Figura 33)        Dichos objetivos decidirán el diseño inicial del sistema de muestreo, la selección de los determinantes a ser monitoreados así        como el método de muestreo necesario.

9.1.4 E1 objetivo del programa de monitoreo de aguas subterráneas puede encontrarse en una de las siguientes clases principales        (Figura 0):

(a) Monitoreo de detección ofensiva en torno a la supuesta contaminación a fin de determinar la ocurrencia y el grado     de contaminación tan pronto como sea posible.

(b) Monitoreo de detección defensiva en torno a las fuentes importantes de aguas subterráneas, a fin de proporcionar     un aviso oportuno de la posible llegada de un frente o pulso de agua subterránea contaminada.

(c) El monitoreo de evaluación, a fin de determinar el grado, extensión, y migración de una pluma de contaminación     de agua subterráneas.

(d) Vigilancia del abastecimiento de agua subterránea a fin de confirmar su adecuación para un uso propuesto o a fin     de definir los procesos de tratamientos necesarios antes de dicho uso.

9.1.5 En caso que el monitoreo de detección ofensiva o defensiva dé como resultado la identificación de una contaminación        significativa, serán normalmente seguidos de un monitoreo de evaluación.

9.1.6 Un elemento esencial de la estrategia de monitoreo de aguas subterráneas es la acción de seguimiento (Figura 33), como         una consecuencia de la evaluación inicial de datos. Aún si la acción necesaria puede ser no más que la racionalización del        diseño  del sistema, o un cambio en la frecuencia de muestreo o el rango de determinantes a ser analizados.

Figura 33Monitoreo de la calidad de aguas subterráneas:Esquema general de desarrollo de programas

9.1.7 Si se detecta una contaminación significativa, sin embargo, tal acción puede tener que incluir el abandono de fuentes de        aguas subterráneas contaminadas, su bombeo continuado por restricción de la migración del agente contaminante, y/o el        control o eliminación de la supuesta fuente de contaminación y, donde sea practicable, el suelo contaminado adjunto. Las        tecnologías de la limpieza del acuífero continúan siendo muy costosas y en muchos casos problemáticas, por lo que en la        mayoría de los casos no es posible que sean factibles en la América Latina y el Caribe para el futuro previsible.

9.1.8 Es necesario repetir que la vigilancia de la calidad de aguas subterráneas bombeadas es completamente inadecuada para la

        detección oportuna de la contaminación del acuífero. Donde primero se detecte la contaminación mediante este método es        inevitable que un gran volumen del acuífero estará seriamente, o incluso irreversiblemente dañado y que el control de        contaminación y la medida de recuperación serán muy costosas. 

9.2 Principios del Diseño y Desarrollo de Sistemas

9.2.1 El requisito básico del sistema de monitoreo es determinar la distribución de los parámetros de calidad de aguas          subterráneas selecccionadas y recolectar datos suplementarios sobre el flujo de las aguas subterráneas como una ayuda a           su interpretación.

9.2.2 El diseño del sistema tendrá una función de tres factores:

(a) El objetivo del monitoreo y el nivel de interés son las mayores consideraciones. Los programas de monitoreo locales    normalmente se concentran alrededor de conocidas o potenciales fuentes de contaminación o instalaciones de abastecimiento    de aguas subterráneas específicas. Los programas de monitoreo regionales necesitan evaluar las fuentes difusas de    contaminación, tales como el uso agrícola de la tierra y la precipitación atmosférica. Dichos factores también determinan la    extensión en la cual el sistema de monitoreo hace uso de pozos ya existentes, con todas las limitaciones inherentes que éstos    implican.

(b) La complejidad del regimen de aguas subterráneas, incluyendo los patrones de flujo regional, el posible grado de     heterogeneidad hidráulica y las relaciones de aguas superficiales-subterráneas.

(c) Las consideraciones económicas que inevitablemente restringirán el alcance del sistema propuesto.

9.2.3 Cualquiera que sea la situación, es esencial que el diseñador del sistema considere el significado de la heterogeneidad        hidráulica vertical y lateral en relación con el nivel de interés en la calidad de aguas subterráneas, en caso que se generen        resultados útiles. Debido a esto, el número necesario de puntos de muestreo por área y profundidad unitaria del acuífero debe        considerarse como una función de grado de heterogeneidad hidráulica (Ward, et al., 1979). El conocimiento hidrogeológico es        esencial en el diseño de sistemas, ya que una evaluación realista de posible carácter y complejidad del regimen de flujo de        aguas subterráneas es un prerequisito fundamental.

9.2.4 El tipo de instalación de muestreo seleccionado deberá considerar las peculiaridades de los grupos de determinantes bajo        investigación, especialmente su inestabilidad y corrosividad.

9.2.5 La profundidad seleccionada para colocar el filtro en los pozos de monitoreo depende de las propiedades de contaminantes        principales bajo investigación (en especial la densidad), y si el regimen de aguas subterráneas posee componentes de flujo

        verticales importantes. La situación más común es el situar los filtros inmediatamente debajo de la zona de la fluctuación del        nivel freático natural, pero si se sospecha de contaminantes inmisibles (ya sean más livianos o más pesados que el agua),        entonces esto tendrá que modificarse. Los hidrocarburos aromáticos livianos tienden a flotar por encima del nivel freático y los        hidrocarburos clorinados densos tienden a sumergirse a la base de los acuíferos y acumularse sobre superficies        impermeables (Figura 8).

9.2.6 La selección de los lugares más apropiados para el emplazamiento de instalaciones de muestreo puede ayudarse        considerablemente, bajo algunas circunstancias desde la superficie, por mediciones indirectas utilizando técnicas geofísicas        o detección de gases (Tabla 9).

9.2.7 Bajo circunstancias favorables, los resultados de dichos estudios pueden proporcionar información sobre estratificación        geológica, grado de fisuración del acuífero, profundidad del nivel freático o lecho del acuífero, variación en la salinidad de         aguas subterráneas y el tamaño de plumas de contaminación. Semejante conocimiento ayudaría a la racionalización de los        lugares de muestreo, la reducción de la densidad de pozos necesarios y las profundidades preferidas para los filtros de pozos.        La presencia de residuos enterrados en cilindros, fosas a otras excavaciones también pueden detectarse y esto es        tremendamente importante para evitar lugares peligrosos para la perforación del pozo de monitoreo.

9.2.8 Mientras los estudios geofísicos de superficie han sido utilizados mucho tiempo en la exploración del abastecimiento de        aguas subterráneas, su aplicación en los estudios de contaminación de aguas subterráneas es relativamente nueva. La        interpretación de los resultados en este contexto necesita un personal especializado y la verificación en relación tanto con la        estructura geológica como con la calidad de aguas subterráneas, a través de la perforación y muestreo directo.

9.2.9 Un sistema de monitoreo de detección ofensiva normalmente comprime un grupo de pozos gradiente hidráulico debajo de la        fuente potencial de contaminación, con la añadidura de por lo menos una en dirección opuesta. Esta última es necesaria para        evaluar las variaciones de la calidad del fondo. El número de pozos por fuente de contaminación potencial es esencialmente        función de la dimensión de la fuente involucrada y de la heterogeneidad hidrogeológica; comúnmente cuatro es considerado        como mínimo en la literatura (US-EPA, 1977; Plumb, 1987). En acuíferos heterogéneos y para fuentes de gran contaminación        será necesario un número mayor.

9.2.10 Un sistema de monitoreo de detección asociada con un abastecimiento de agua subterránea normalmente se encuentra         localizado en un arco voltáico defensivo, tomando en cuenta la dirección del flujo de aguas subterráneas locales, la forma del         cono de depresión de bombeo y la posible existencia de líneas de flujo preferenciales. La

elección de profundidad de filtro es         más difícil en este caso, debido a las grandes fluctuaciones artificiales en el nivel freático consecuente del bombeo, y el         posible transporte profundo de contaminantes como resultado de heterogeneidad hidráulica.

9.2.11 En el monitoreo de evaluación, el número total y la densidad de pozos de monitoreo generalmente es mucho más grande.         Esto resulta de los requisitos de establecer la distribución tridimensional de contaminantes en el sistema de aguas         subterráneas. El número puede reducirse, en algún grado, si la localización de la fuente de contaminación, las          características del acuífero local y las direcciones de flujo de aguas subterráneas son conocidas. Los pozos de monitoreo         normalmente serán instalados a lo largo de líneas perpendiculares a la dirección de flujo de aguas subterráneas gradiente         hidráulico abajo desde la supuesta fuente de contaminación

9.2.12 En los casos de contaminación regional difusa y contaminación de fuentes puntuales supuestas en lugares con una           profunda zona no saturada, debería considerarse el incluir algún muestreo de aquella zona en los programas de monitoreo,          en vista de la gran posibilidad de detección oportuna del inicio de cualquier contaminación (Parker y Foster, 1986; Kirschner          y Bloomburg, 1988).

9.2.13 En los estudios regionales de calidad de aguas subterráneas, los pozos ya existentes con frecuencia son incorporados en          los sistemas de monitoreo por razones de economía. Los criterios para la selección de los pozos ya existentes debería          seguirse mediante la selección de aquellos con la más corta longitud de filtro sobre el intervalo de profundidad más          apropiado, con la adecuada protección sanitaria de la superficie y el registro geológico más seguro a fin de ayudar a la          interpretación que sigue.

9.2.14 La instalación de sistemas grandes de monitoreo de aguas subterráneas siempre debería llevarse a cabo en fases, de          manera que los resultados de la fase inicial puedan proporcionar información para optimizar el diseño posterior. La          frecuencia del muestreo y el número de determinantes analíticos normalmente pueden reducirse sustancialmente una vez          que se ha determinado el grado de variación en la calidad de las aguas subterráneas.

9.2.15 Las variaciones temporales pueden ocurrir como resultado de incidentes de carga aislados o del bombeo del pozo, pero las          fluctuaciones cíclicas más comunes son anuales. Así, el muestreo más frecuente para el mayor rango posible de          determinantes generalmente se realiza durante el primer año de monitoreo.

9.3 Procedimientos y Precauciones Operacionales

9.3.1 Comentarios Generales

(a) Cuando se extraen las aguas subterráneas de un acuífero están sujetas a modificación fisicoquímica como resultado de los     cambios de presión y temperatura, exposición a la luz solar y contacto con la atmósfera. Esta sección trata de las     precauciones prácticas que son necesarias para obtener resultados de monitoreo seguros cuando el procedimiento de      muestreo implica la recuperación de una muestra líquida del pozo para análisis, ya sea en el campo o en un laboratorio de     base.

(b) Una operación inicial y crítica es la limpieza del pozo, para asegurar que la muestra recogida provenga directamente del     acuífero. Además, el método de recolección, filtración, preservación y extracción de las muestras debe tomar en cuenta las     propiedades de los tipos de determinantes bajo investigación.

9.3.2 Limpieza de Pozos

(a) El  agua anómala, a menudo estancada (contaminada directamente desde la superficie o la corrosión de las tuberías del pozo)     se acumula en los pozos no bombeados. Esta agua debe ser eliminada antes de llevar a cabo el muestreo.

(b) Ya que los efectos son más serios en la porción de la tubería sólida del pozo, la limpieza se realiza mejor desde el nivel del     agua hasta la base del pozo (Robin y Gillham, 1987).

Tabla 9Resumen de métodos indirectos de la investigación del flujo

y de calidad de las aguas subterráneas

(c) Criterios empíricos, tal como la remoción de 5 ó 10 volúmenes del pozo, a menudo se usan con este propósito pero es

     preferible verificar la limpieza adecuada mediante el monitoreo en la línea de descarga para conductividad eléctrica (CE),     temperatura (T), pH y Eh (pE) a oxígeno disuelto (OD).

(d) El tiempo que toma limpiar un pozo hasta que bombee una alta proporción de agua del acuífero está relacionado con su tasa de     bombeo y diseño y la transmisibilidad y heterogeneidad del acuífero. Tiempos de limpieza más cortos pueden esperarse en     pozos de monitoreo de diámetro pequeño en acuíferos de alta transmisibilidad.

(e) Teóricamente se pueden generar curvas de la proporción del agua bombeada con el tiempo de limpieza, basándonos en análisis     del bombeo de pozos con almacenamiento significativo (Papadopulous y Cooper, 1987) (Barcelona, et al., 1985). Grandes     aumentos en la tasa de bombeo no producen correspondientes aumentos en la proporción del agua del acuífero después de un     tiempo dado.

(f) Este tipo de estimado, sin embargo, debería tomarse solamente como guía general para los tiempos de limpieza, en vista de la    incertidumbre en la estimación del valor apropiado de transmisibilidad a ser utilizado, por ejemplo, en un pozo de filtro corto en    una formación profunda.

(g) Barber y Davis (1987) también han analizado el problema de la limpieza y concluyen que, por un error de muestreo     razonablemente pequeño en los pozos regularmente muestreados, más del doble del volumen del pozo necesita eliminarse, y     que aún después de este período, debe realizarse el muestreo a profundidades inferiores a las que fue ubicada la bomba.

9.3.3 Recolección de Muestras

(a) El programa de recolección de muestras debería extenderse de acuerdo con los determinantes bajo investigación. Los     procedimientos en el sitio de muestreo, los volúmenes de la muestra y los requisitos de preservación también se dictarán     mediante el método analítico propuesto. Un resumen de los procedimientos, las técnicas de preservación y los tiempos de     almacenamiento permisible se presentan en la Tabla 10.

(b) Las muestras deberían recogerse tan cerca como sea posible de la descarga de la bomba, interviniendo un mínimo de cañería.    Si se recolecta desde una llave de agua ya existente, es importante asegurarse que ésta no contamine la muestra, utilizando    una manguera de curva S si es necesario.

(c) El recipiente para la muestra debería enjuagarse completamente con una porción de muestra. En caso que se haya instalado     una celda en línea para monitorear los cambios en CE, T, pH, OD o Eh, debería instalarse una unión T aguas arriba para facilitar     la recolección de la muestra.

(d) Para la mayoría de los determinantes, los recipientes de polietileno o vidrio con tapa hermética son adecuados, pero para      ciertos determinantes deben utilizarse recipientes especiales. Los recipientes de muestra siempre deberán llenarse hasta el     borde, evitando la aeración a través de la salpicadura.

9.3.4 Filtración de Muestras

(a) Las muestras de aguas subterráneas a menudo contienen sólidos suspendidos que se derivan de los pozos de monitoreo, que     si no se eliminan, pueden influir en los resultados analíticos. Las reacciones posibles entre el agua y los sólidos suspendidos     incluyen el intercambio de iones y la disolución de material en partículas y coloidal. Adicionalmente, la acidificación de la     muestra puede disolver los sólidos suspendidos y producir resultados falsos.

(b) Se recomienda la filtración en la mayoría de los casos aún cuando aparentemente no se presentan sólidos suspendidos. Sin     embargo, no es recomendable filtrar las muestras por análisis orgánico o determinaciones microbiológicas ya que esto puede     dar como resultado la pérdida del determinante de interés.

(c) La filtración debería realizarse en la cabezera del pozo, preferiblemente utilizando una unidad de filtración en línea a la presión    de la bomba de muestreo. Donde esto no es posible, se acepta para la mayoría de los determinantes una unidad de filtración a     presión, utilizando nitrógeno comprimido o inyección de aire. Para volúmenes pequeños se recomienda una jeringa con filtro.     Los equipos de muestreo de filtración al vacío no son recomendables porque estimulan la pérdida de gases disueltos y     compuestos volátiles

(d) La selección del filtro depende de los determinantes bajo investigación. En general, se recomienda un filtro de acetatocelulosa     de 0.45 um tamaño de poro. El filtro permitirá el paso de algunas bacterias y material coloidal, pero los tamaños más pequeños     de los poros tienden a obstruirse rápidamente. Si la muestra está turbia, será necesario un prefiltro de fibra de vidrio. Si es     posible encontrar solventes orgánicos sintéticos, los medios de filtro orgánico (nitrato de celulosa, acetato de celulosa o     policarbonato) no deberían utilizarse y se recomienda fibra de vidrio o teflón donde la filtración sea necesaria (Barcelona, et al.,     1985).

9.3.5 Preservación de Muestras

(a) La preservación de las muestras se recomienda ya que los determinantes pueden cambiar la concentración en el tiempo entre     la  recolección y el análisis. La preservación comúnmente implica añadir ácido a pH=2 para prevenir la precipitación metálica     y/o almacenamiento en 48C pará retrasar cualquier reacción bioquímica. Los métodos para los determinantes que se presentan     en la Tabla 10 poseen técnicas de preservación comunes de manera que pueden recogerse y almacenarse en el mismo     recipiente (Figura 34).

Tabla 10Resumen de procedimientos y precauciones de muestreo para

grupos específicos de parámetros(basado en parte en DoE-SCA, 1980)

(b) Si es posible, el transporte al laboratorio base y el almacenamiento posterior antes del análisis deberá ser a 40C. Los tiempos     máximos de almacenamiento recomendados para diferentes determinantes varía de 24 horas a 6 meses (Scalf, et al., 1981;     Barcelona, et al., 1985) y estos tiempos deben tomarse en cuenta cuando se planifican los programas de monitoreo.

9.3.6 Control y Garantía de la Calidad

(a) El control de calidad de los procedimientos de muestreo y los resultados analíticos es discutido comprensiblemente por Hunt y     Wilson (1986). Tal control es necesario para evaluar los errores sistemáticos que se originan del

tratamiento de la muestra,     transporte y almacenamiento y de los procedimientos del laboratorio. Particularmente esto es importante en los programas de     monitoreo a largo plazo.

(b) Se recomienda el uso de blancos de campo y muestras artificiales y Barcelona et al. (1985) han sugerido rangos de     concentracien para las últimas.

(c) Con tal propósito tambián es altamente recomendado recolectar y retener las muestras con y sin filtración, acidificación, etc. y     analizar algunas de las muestras no escogidas a fin de identificar cualquier efecto negativo de los procedimientos de     preservación de muestra.

(d) También se desea incorporar prácticas de garantía de calidad en los programas de monitoreo a largo plazo. Tales prácticas|     requieren que la responsabilidad para cada paso en el muestreo y procedimiento analítico, incluyendo la custodia de la muestra     durante el transporte, esté claramente definida, bien documentada y sujeta a inspecciones externas periódicas. En este     contexto es importante la adecuada identificación de las muestras, especialmente cuando se trata de grandes programas de     monitoreo

9.3.7 Observación Final

(a) En este manual se que ha enfatizado que, para determinar las concentraciones de algunos determinantes inestables     representativos de los valores en el acuífero, se necesitarán análisis o extracción en el sitio en forma estable. Esto es     especialmente el caso para los gases disueltos, y en consecuencia en el del pH, el ión de bicarbonato, -el Eh y OD y los     contaminantes volátiles (Figura 2).

(b) Asimismo debe enfatizarse que en la investigación de contaminación y monitoreo de evaluación detallados, puede ser de     considerable importancia recolectar muestras de la fase sólida y extraer y analizar la fase absorbida, ya que esto puede ser     crítico en la interpretación. Esto es obviamente sólo en el caso en que se trata de contaminantes absorbidos tales como     bacterias, virus y algunos compuestos orgánicos sintéticos.

Figura 34Diagrama de flujo óptimo para la recolección de muestras de

aguas subterráneas para análisis químicos de laboratorio

 

 

9.4 Parámetros Indicadores de Contaminación

9.4.1 La selección de los determinantes a ser analizados se determina esencialmente por el uso del agua subterránea en el área        monitoreada o investigada. Cuando se trata de abastecimiento de agua potable, es preferible que todos los compuestos        mencionados en la Tabla 1 sean analizados, al menos ocasionalmente.

9.4.2 También es posible dar algunas indicaciones generales sobre los tipos de actividad potencialmente contaminante que es         posible que generen un contaminante dado (Tabla 3). La identificación de los indicadores de contaminación confiables es un         asunto extremamente importante en vista de los altos costos de muchos análisis de laboratorio y el potencial ahorro al         utilizar indicadores.

9.4.3 El desarrollo de indicadores de contaminación fue iniciado en microbiología debido a la impractibilidad técnica y elevado costo        de tratar de monitorear organismos patógenos individuales en suministros de agua.

9.4.4 Las características de un indicador de contaminación ideal son:

(a) Su procedimiento analítico debe ser simple, rápido y económico. (b) No debe presentar problemas serios de muestreo debido a modificación fisicoquímica. (c) Debería estar presente en aguas subterráneas en concentraciones más elevadas que los contaminantes     correspondientes. (d) Su variación debería mostrar correlación positiva con la de los contaminantes correspondientes.

(e) Al menos, debería ser tan persistente y móvil en los sistemas de aguas subterráneas como los contaminantes    correspondientes.

9.4.5 En el caso de contaminación microbiológica fecal de aguas subterráneas, las características requeridas restringen la         selección del organismo indicador a coliformes totales (CT), coliformes fecales (CF) y estreptococos fecales (EF), que son         bacterias aeróbicas, y a la bacteria anaeróbica Clostridium perfringens. Generalmente los CF se aceptan como los más         útiles. Hay posibilidad que los EF sean más persistentes que los CF en los sistemas de aguas subterráneas, y, por lo tanto,         más convenientes como indicadores de la posible presencia de tipos persistentes de virus. También se ha constatado la         relevancia- de CT con la presencia relativamente difundida de los organismos coliformes no fecales en las aguas          subterráneas poco profundas, especialmente en climas tropicales.

9.4.6 Los indicadores más prometedores de contaminación química de aguas subterráneas incluyen varias combinaciones de los        siguientes parámetros: EC, pH, Eh, OD, Cl, N03 o NH4 y B. La selección dependerá del tipo de actividad contaminante        involucrada.

9.4.7 El desarrollo de un indicador adecuado de contaminación orgánica de aguas subterráneas es un asunto muy importante. El        más prometedor desarrollado hasta ahora es el carbón orgánico disuelto (COD) (conocido en algunos casos como COT). Este        es el más útil como indicador de la posible presencia de hidrocarburos (Spruill, 1988) y/o compuestos orgánicos sintéticos,        que son agentes serios de contaminación de agua aún a concentraciones muy bajas, siempre que la fuente de contaminación        también contenga una carga subterránea pesada de carbono orgánico en otras formas (por ejemplo, como ocurriría en el caso

        del lixiviado de rellenos sanitarios, infiltración de lagunas de aguas residuales, fugas de alcantarillado, etc.).

9.4.8 Todavía existe poca experiencia internacional en el uso del COD como indicador de contaminación de aguas subterráneas, y         existen pocos datos difundidos sobre las concentraciones de fondo, especialmente en climas tropicales. Numerosos         compuestos pueden contener COD, incluyendo aceites y grasas, ácidos húmicos y fúlvicos, detergentes sintéticos, ácidos         orgánicos, etc. Las concentraciones de COD superiores a 2 ó S mg/1 deben considerarse como elevadas y probablemente         indicativos de contaminación.

9.4.9 Se conoce que problemas ocurren con la inadecuada repetición analítica para COD y probablemente relacionados con la        frecuente presencia de concentraciones mucho más elevadas de carbono inorgánico (como bicarbonato) en las aguas        subterráneas. El procedimiento analítico implica tres pasos. primero, acidificación y eliminación de especies de carbono        inorgánico; segundo, oxidación de carbono orgánico; tercero, cuantificación del C02 producido, usualmente por         espectrometría de adsorción infrarroja. Estos pasos presentan la posibilidad de variación seria en las mediciones COD debido        a causas tales como la eliminación incompleta de carbono inorgánico y/o la pérdida de fracciones orgánicas volátiles.

9.4.10 Por otra parte, el COD no es un indicador sensitivo en que la contaminación orgánica de aguas subterráneas está limitada a          un solo compuesto sintético altamente tóxico (tal como un hidrocarburo alifático o aromático clorado), como resultado de          fugas en tanques de almacenamiento a otras causas, ya que tales compuestos son serios agentes contaminantes de agua          en el rango de ppb. En este caso, el indicador más prometedor es VOC, pero presenta problemas formidables de          muestreo debido a las pérdidas volátiles, contaminanes de interés. como lo hacen los contaminantes de interés.

9.5 Utilización de Resultados de Monitoreo

9.5.1 Condiciones Hidrogeológicas

(a) Tanto la recopilación de los datos de premonitoreo y el programa de monitoreo generan información sobre las condiciones     hidrogeológicas: distribución de acuíferos y acuitardos, ubicación de las áreas de recarga y descarga, direcciones de flujo de     aguas subterráneas, etc.

(b) Los métodos de procesamiento de dichos datos no están dentro del alcance de este manual y se debe referir a textos     específicos (por ejemplo, Custodio y Llamas, 1976; Freeze y Cherry, 1979, Jackson, 1980).

(c) Demás está decir que esto normalmente implicará la representación de la estructura mediante mapas areales y secciones     transversales, redes horizontales y verticales de flujo basadas en el potencial de aguas

subterráneas (de las cuales se puede     realizar cálculos de velocidades promedio), etc.

(d) Los programas de computadora están ahora disponibles para compilar datos hidrogeológicos, pero la interpretación final    necesita los servicios de un hidrogeólogo experimentado.

9.5.2 Detección Ofensiva/Defensiva de Contaminación

(a) Los datos de la calidad de aguas subterráneas generados por el monitoreo, pueden presentar fluctuaciones complejas,     presentando problemas de correlación espacial y serial.

(b) La detección de contaminación generalmente se intenta comparando datos de series descendientes y ascendientes de tiempo,     pero las fluctuaciones externas complican grandemente este proceso y frecuentemente hacen que la detección primaria de     contaminación sea más difícil.

(c) Cuando los determinantes de interés no ocurren en forma natural en las aguas subterráneas, solo su presencia confirmada     puede ser suficiente para indicar contaminación y justificar una programa de evaluación.

(d) Sin embargo, si los determinantes de interés también se encuentran presentes en forma natural a concentraciones bajas, la     detección de contaminación no es tan fácil. La gran necesidad de una caracterización adecuada de antecedentes de     subterráneas es evidente.

(e) Las técnicas estadísticas pueden utilizarse-para ayudar a determinar si las diferencias en los datos aguas arriba y aguas abajo     son significativas. La mayoría de ellas se encuentran disponibles en programas de microcomputadoras.

(f) Entre estas pruebas, las utilizadas más comúnmente son varias versiones de la prueba Student-t, que determina si el promedio    de los grupos de datos de inclinación descendiente son significativamente más elevados que los grupos ascendentes    correspondientes (Loftis, et al., 1987). - El usuario debe seleccionar un nivel de significancia contra el cual se examina la    hipótesis de los promedios iguales. Aumentando el número de análisis en cada grupo de datos se incrementa el poder del    examen. Sin embargo, promediar las concentraciones en diferentes pozos reduce la sensibilidad de la detección y se han    propuesto métodos alternativos.

(g) Las tendencias en pozos de monitoreo individuales pueden determinarse mediante regresión lineal de datos seriales de     concentración o comparando sus inclinaciones mediante una variación de la prueba Student-t (Loftis, et al., 1987).     Generalmente se prefiere el muestreo trimestral para este análisis (Gibbons, 1987) que es mejor para detectar los cambios que     se desarrollan lentamente en la calidad de las aguas subterráneas.

(h) Para reducir el efecto de las variaciones estacionales en los análisis estadísticos, Loftis, et al. (1987) sugieren que las     diferencias en la concentración entre cada pozo aguas abajo y el valor aguas arriba (aproximadamente para la misma fecha)     sean analizadas como datos individuales. Estos puntos de datos pareados pueden luego ser analizados para ver sus     tendencias.

(i) Estos y otras pruebas estadísticas pueden ser útiles para detectar contaminación, pero sus suposiciones y limitaciones deben    comprenderse claramente. Se recomienda que, cuando sea posible, se realice más de una prueba, y los resultados sean    comparados de manera crítica y conciliados con datos hidrogeológicos de campo.

9.5.3 Evaluación de Contaminación

(a) La distribución de contaminantes individuales normalmente se representa primero mediante isoconcentraciones tanto en     mapas areales como en secciones transversales.

(b) Los procedimientos para mapear las concentraciones varían desde interpolación linear simple (ya sea manualmente o utilizando     programas de computadora) hasta métodos geoestadísticos sofisticados ("kriging") que ofrecen la posibilidad de extrapolar los     perfiles de isoconcentración, expresando los posibles errores involucrados en tal predicción y separando las anomalías locales     de las variables regionalizadas (Davis, 1986).

(c) En la mayoría de los casos, la simple-interpolación y extrapolación manual será suficiente, pero cuando los cálculos más     precisos posibles de las concentraciones son críticos, se deberá considerar "kriging". Sin embargo, siempre será necesario     conciliar las extrapolaciones de la computadora con el modelo conceptual hidrogeológico de flujo de aguas subterráneas.

(d) Los estimados de, las tasas dé migración del contaminante pueden realizarse utilizando modelos analíticos simples de     transporte del contaminante, o numéricos más complejos, que porporcionan predicciones de las distribuciones futuras del     contaminante. Tales modelos solamente deberán utilizarse cuando los datos hidrogeológicos detallados se encuentren     disponibles para su formulación y cuando hayan sido calibrados satisfactoriamente con las distribuciones del contaminante.

9.5.4 Almacenamiento y Recuperación de Datos

(a) De todas las discusiones anteriores, se concluirá que la recolección e interpretación de los datos de calidad de aguas     subterráneas es un proceso que toma tiempo y que es relativamente costoso. A menudo los objetivos de los programas de     monitoreo no pueden alcanzarse debido a un inadecuado almacenamiento y archivo de los resultados básicos de monitoreo.

(b) Los datos históricos son invalorables cuando se trata de interpretar cambios temporales en la calidad de las aguas      subterráneas y deberán tratarse como tal.

10. Conclusiones

10.1 En el montaje de programas de monitoreo de la calidad de aguas subterráneas, es esencial definir claramente el objetivo, ya       que esto determinará los parámetros que necesitan ser analizados, el tipo de instalación de muestreo y el diseño de la red de       monitoreo requerida. Es importante evaluar el significado y confiabilidad de los resultados generados y no emprender el       monitoreo sin sentido a menos que exista un compromiso de acción apropiada de seguimiento.

10.2 El objetivo más frecuente será proporcionar un preaviso del inicio de la contaminación de los acuíferos o del peligro de       contaminación en los pozos de abastecimiento de agua, o definir la distribución precisa de los agentes contaminantes en un       acuífero ya contaminado.

10.3 Para estos propósitos, los métodos tradicionales tales como el muestreo de la descarga de pozos de producción o el       muestreo de toma en pozos no bombeados, a menudo tendrán serias limitaciones o serán completamente inadecuados, como       resultado del control insuficiente de la profundidad y origen del muestreo y/o la pérdida de determinantes inestables. Estos       métodos continuarán siendo utilizados pero deben reconocerse sus limitaciones cuando se trata de interpretar y aplicar los       resultados de los programas de monitoreo.

10.4 Otro interés principal al monitorear aguas subterráneas es la vigilancia de la calidad del abastecimiento de agua potable. En       este caso los métodos tradicionales generalmente son más adecuados, pero aún falta perfeccionar considerablemente la       recolección y manejo de las muestras y en la seleccíón de íos parámetros a ser analizados.

10.5 Muchas de las técnicas perfeccionadas de muestren actualmente han sido desarrolladas para superar los problemas       fundamentales mencionados anteriormente, pero pueden resultar costosas y requerir importación (Tabla 11). Su aplícacíón       debería evaluarse de manera crítíca en relación a la importancia del problema, existente o potencial bajo investigación.

10.6 Generalmente, el método más económico, tecnológicamente simple, y más adecuado para mejorar el monitoreo será la       instalación de pozos perforados con este fin (cada uno con intervalo corto de filtro sobre un rango de profundidad       seleccionado), muestreados periódicamente con un muestreador portátil apropiado, dependiendo de los parámetros requeridos       y de la profundidad del muestreo. La excepción será cuando está involucrado el muestreo de un acuífero muy profundo,        cuando otras técnicas pueden ser preferidas por razones económicas.

10.7 La necesidad de contar con experiencia hidrogeológica, y de comprender el régimen de flujo de aguas subterráneas, en el       diseño de las redes de monitoreo y la interpretación y aplicación de sus resultados, no pueden dejar de tomarse en cuenta.

Tabla 11Costo relativo y requisito de divisas para la adquisicón de equipo de

muestreo de aguas subterráneas en América Latina y  El Caribe

 

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AnexoInstituciones en Naciones Colaboraciones con Amplia Experiencia

en Monitoreo y Muestreo de Aguas Subterráneas

(las siguientes instituciones pueden proporcionar información adicional y absolverpreguntas sobre métodos de muestreo y estrategias de monitoreo)

British Geological SurveyHydrogeology Research GroupMaclean BuildingWALLINGFORD OX10-8BB, Gran Bretaña

Rijksinstituut Volksgezondheid an MilieuhygienePostbus 13720 BILTHOVEN, The Netherlands

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoInstituto de GeofísicaCiudad UniversitariaApartado Postal 22-582CP 14000 MEXICO DF, México

Universidad Politécnica de CatalunyaCurso Internacional de Hidrología SubterráneaCalle Beethoven 15080021 BARCELONA, España

Universidade de Sao PauloInstituto de GeocienciasCentro de Pesquisas de Aguas SubterráneasCaixa Postal 2089901498 SAO PAULO, Brasil

University of WaterlooGround Water Research InstituteWATERLOO (Ontario) N2L 3G1, Canadá

Actualizado: 05/16/2002 15:18:10

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GEOTECNIA Preparación de muestras

1. 1. PREPARACIÓN DE MUESTRAS MUESTREO DE AGREGADOS 1.- OBJETIVO: Obtener la cantidad necesaria de agregados gruesos y finos, en condiciones homogéneas para realizar ensayos de laboratorio. Este muestreo se debe realizar con personal técnico especializado, objeto tomar muestras representativas. 2.- EQUIPO DE LABORATORIO: 1. Palas. 2. Lonas. 3. Bolsas de polietileno cerradas. 4. Bañadores. 5. Balanzas de campo. 6. Marcadores

2. 2. 3.- CANTIDADES MÍNIMAS NECESARIAS: En las instalaciones del laboratorio se cuenta con la cantidad necesaria para realizar los diferentes ensayos del laboratorio de hormigones. MATERIAL (TAMAÑO MAXIMO) PESO MINIMO NECESARIO (Kg) 3 1/2'' 90 mm 65 3'' 75 mm 60 2 1/2'' 63 mm 45 2'' 50 mm 40 1 1/2'' 37,5 mm 30 1'' 25 mm 25 3/4'' 25 mm 15 1/2'' 12.5 mm 10 3/8'' 9.5 mm 5 No. 4 4.75 mm 5 No 10 2 mm 5

3. 3. CUARTEO DE AGREGADOS FINO 1.- OBJETIVO: Reducir las muestras de agregado finos a cantidades menores viendo que las mismas sean representativas y lo más homogéneos posible, se debe de obtener 3 muestras 8,5 kg y 7 muestras de 3,5 kg de agregado fino debiendo se obtenidas por el tamiz No 40 total se debe de tener 40 kg de muestra. 2.- PROCEDIMIENTO: El cuarteo se realizara de las muestras que se encuentran en los alrededores del laboratorio. 4.- EQUIPO DE LABORATORIO: Tamiz No 40. Palas. Bañadores. Bolsas de polietileno cerradas. Carretilla. Picos.

4. 4. 5.- PROCEDIMIENTO: 1.- Se identifica las muestras que van a ser necesarias para el tamizado 2.- se deberá de recolectar un poco mas de 40 kg de agregado fino que pase el tamiz No 40 esto se debe realizar por medio de picos y palas, el material se acumulara en la carretilla. 3.- Una vez reunido más o menos 40 kg se deberá pesar el material para separarlo en 3 bolsas de 8,5 kg y 7 bolsas de 3,5 kg para su posterior uso en los diferentes ensayos de laboratorio.

5. 5. Una vez pesados y separado las muestras por su peso en bolas diferentes se procede a guardar las muestras en un saquillo para su posterior uso en laboratorio.