Slug test – Hvorslev 1951

Las pruebas con el «Slug test»

El slug test se ha convertido en uno de los métodos más utilizados para una estimación rápida de los principales parámetros hidrogeológicos de los acuíferos, entre ellos y en primer lugar, la conductividad hidráulica. En particular, la rapidez y facilidad de ejecución de estas pruebas hidrodinámicas cobran una importancia primordial para satisfacer las necesidades de los métodos modernos de evaluación de la vulnerabilidad de los acuíferos y el riesgo de contaminación.

Un slug test consiste en provocar una variación instantánea del nivel piezométrico, en un sondeo de diámetro «no grande» (p. ej., en un piezómetro) y en medir el tiempo necesario para la posterior recuperación de las condiciones iniciales; esto se puede lograr de varias formas, pero la más sencilla operativamente consiste en la introducción (o extracción) de un volumen conocido de agua, o de un sólido de forma cilíndrica, en el orificio de prueba.

A igualdad de volumen de «slug» sólido utilizado para la prueba, la velocidad de recuperación del nivel original estará directamente correlacionada con la conductividad hidráulica del acuífero ensayado.

La prueba puede realizarse tanto a carga decreciente (falling head) como a carga creciente (rising head), es decir, primero introduciendo y luego, una vez obtenida la recuperación del nivel de agua original, extrayendo del piezómetro de prueba el volumen que ha provocado el desequilibrio del nivel original.

El éxito de la prueba está condicionado a la prudencia de las decisiones operativas relativas a la correcta técnica de adquisición de datos y a la consecución de una variación significativa del nivel de agua en el piezómetro; esta última dependerá del volumen del slug sólido, del diámetro del sondeo y de la permeabilidad del acuífero sometido a la prueba.

Las ventajas relacionadas con el uso de los slug tests son numerosas: afectan a toda la longitud filtrante y, por tanto, involucran niveles con diferente permeabilidad del mismo acuífero, proporcionando valores de K diferentes, en virtud de la falta de homogeneidad y anisotropía del acuífero en su conjunto; por lo que se puede determinar tanto la conductividad hidráulica de los acuíferos como de los acuitardos; las medidas sobre la conductividad hidráulica se realizan in situ y esto evita los errores que ocurren en las pruebas de laboratorio realizadas sobre muestras de suelo remoldeadas; no es necesario extraer agua del acuífero y esto es particularmente importante en el caso de aguas subterráneas contaminadas; las pruebas son rápidas y de bajo coste, porque no son necesarios pozos de bombeo y de observación.

Sin embargo, el uso del slug test presenta limitaciones: solo se puede evaluar la conductividad hidráulica del acuífero en el entorno del piezómetro, lo que puede no ser representativo de un área muy vasta; de ahí surge la necesidad de tener un número de puntos de prueba adecuado a la extensión del área a estudiar; en general, el coeficiente de almacenamiento S no se puede determinar (Robert P. Chapuis, D.Chenaf, 2002).

Método de Hvorslev (1951)

Siguiendo el método clásico de Hvorslev, se hace referencia al nivel piezométrico inalterado, es decir, al nivel estático; después de la introducción (prueba de carga decreciente) y después de la extracción del slug sólido (prueba de carga creciente), el desnivel máximo, medido inmediatamente antes del inicio de las recuperaciones relativas, se indicará con H0, mientras que los niveles dinámicos de recuperación se indicarán con H1, H2,… Hn. Cuando se quita el agua la prueba se llama bail test, cuando se introduce slug test.

Haciendo referencia a la figura 1, y suponiendo haber quitado el agua en el pozo, el caudal de entrada a través del filtro es:

de donde se obtiene la fórmula más general:

siendo F un factor de forma que depende de la longitud y el diámetro de la parte filtrante.

Si q = q₀ para t = 0, entonces q(t) disminuye asintóticamente hacia cero a medida que pasa el tiempo

Método del Time lag

Hvorslev definió el tiempo base T₀ (time lag) como:

Sustituyendo el valor en la expresión anterior se obtiene, para h = H₀ en el tiempo t = 0:

Riportando su grafico in ascissa il tempo ed in ordinata la risalita (in scala logaritmica), si ottiene un andamento lineare. Per valori di (H – h) / (H – H0) = 0,37, allora ln(H – h) / (H – H0) = -1, quindi T₀ = t, che è poi la definizione del time lag. Per ricavare K si costruisce il grafico in figura 2, ricavando il T₀ = 0,37.

Al representar en un gráfico el tiempo en la abscisa y el ascenso (en escala logarítmica) en la ordenada, se obtiene una tendencia lineal. Para valores de (H – h) / (H – H0) = 0.37, entonces ln[(H – h) / (H – H0)] = -1, por lo que T₀ = t, que es la definición del time lag. Para obtener K se construye el gráfico de la figura 2, obteniendo el T₀ = 0.37.

Cálculo del factor de forma

En función de la tipología de la posición del filtro (Figura 3) es posible obtener el factor de forma F.

Donde:

• D = diámetro del filtro (d_w)
• L = longitud del filtro mojada (L_wetted)
• R = radio del filtro.

Cálculo de la permeabilidad K

Calculado el factor de forma F, es posible obtener K:

Donde:

• r = radio del pre-pozo