Resumen
	Prefacio
	1. Introducción 1.1 Objetivos del monitorio de calidad 1.2 Dificultad del muestreo representativo 1.3 Selecci[ón de parámetros analíticos 1.4 Precauciones de seguridad para el muestreo
	2. Modificación fisioquímica de las muestras de agua subterránea 2.1 Contaminación de muestras e inestabilidad de determinantes 2.2 Efectos de la instalación de los pozos 2.3 Influencia del método de muestreo
	3. Importancia de la complejidad hidrogeológica para el muestreo 3.1 Regímenes de flujo de las aguas subterráneas 3.2 Transporte y atenuación de contaminantes 3.3 Controles naturales sobre la calidad de las aguas subterráneas 3.4 Influencia de hidráulica de pozos sobre el muestreo
	4. Métodos comunes de muestreo y sus limitaciones 4.1 Comentarios introductorios 4.2 Descarga de pozos de producción 4.3 Muestreo durante la perforación de pozos 4.4 Muestreo de pozos no bombeados
	5.Desarrollos en bombas de muestreo 5.1 Comentarios introductorios 5.2 Técnicas de impulsión a succión 5.3 Métodos de impulsión con gas 5.4 Equipo 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 6.1 Comentarios introductorios 6.2 Nuevas técnicas para determinantes inestables 6.2.1 Técnicas de toma modificadas 6.2.2 Técnica de medición in situ 6.2.3 Métodos de absorción in situ 6.3 Control sobre la profundidad del muestreo 6.3.1 Técnicas de toma con medición de flujo en el pozo 6.3.2 Aislamiento de secciones del pozo mediante empaquetadores 6.3.3 Extracción de agua intersticial desde testigos de perforación
	7. Pozos de monitoreo: Diseño e instalación 7.1 Criterios de diseño 7.2 Alternativas de diseño 7.2.1 Piezómetros sencillos 7.2.2 Piezómetros múltiples 7.3 Selección de materiales de construcción 7.4 Métodos de perforación de pozos
	8. Monitoreo de la zona no saturada 8.1 Fase móvil 8.1.1 Significado del monitoreo 8.1.2 Muestreadores a succión 8.1.3 Otros métodos 8.2 Fase adsorbida
	9. Programas de monitoreo de aguas subterráneas 9.1 Definición de objetivos 9.2 Principios del diseño y desarrollo de sistemas 9.3 Procedimientos y precauciones operacionales 9.3.1 Comentarios generales 9.3.2 Limpieza de pozos 9.3.3 Recolección de muestras 9.3.4 Filtración de muestras 9.3.5 Conservación de muestras 9.3.6 Control y garantía de la calidad 9.3.7 Observación final 9.4 Parámetros indicadores de contaminación 9.5 Utilización de resultados de monitoreo 9.5.1 Condiciones hidrogeológicas 9.5.2 Detección ofensiva/Defensiva de contaminanción 9.5.3 Evaluación de contaminación 9.5.4 Almacenamiento y recuperación de datos
	10. Conclusiones
	11. Bibliografía

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 1
Monitoreo 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, 13_C-14_C, 15_N-16_N).

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 1
Resumen 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 2
Resumen 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 2
Inestabilidad 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 3
Secciones 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 4
Determinación 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 5
Rango aproximado de permeabilidad y porosidad de acuíferos comunes
con indicación del efecto potencial de fisuras

Figura 6
Transporte 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 7
Sección 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 8
Distribución subterránea de hidrocarburos (A) Aromáticos de baja densidad
y (B) Halogenados de alta densidad después de un gran derramamiento
en 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 9
Sección vertical hipotética de un sistema típico de aguas subterráneas
para 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 3
Características principales de los métodos comunes de muestreo de aguas subterráneas

Figura 10
Comparación 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 11
Variación de la calidad de agua de un pozo de producción
municipal, sujeto a contaminación microbiológica persistente, con el
tiempo 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 12
Concentraciones de nitrato en agua proveniente de un pozo
de abastecimiento municipal y de un pozo de monitoreo superficial cercano
en 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 13
Bombeo 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 14
Equipo 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 15
Perfiles de oxígeno disuelto en pozos de monitoreo no bombeados que
demuestran que el agua almacenada dentro de un espacio con recubrimiento
natural 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 16
Tipos 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 17
Métodos 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 18
Bombas 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 19
Bomba 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

(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 20
Bomba de diafragma con impulsión por aire para
el monitoreo de aguas subterráneas
(después de Scalf, et al., 1981)

Figura 21
Bomba 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