TORRES MONO 1974 01

APLICADA
VII C U R S O
D E
Rio*
H I D R O G E O L O G I A A P L I C A D A
R o s a s . 11.
Madrid-.!
EMPRESA NACIONAL
m
INVESTIGACIONES
T R A B A D O R E S Y D A T A C I O N DK
P r o f . T r i n i d a d J o s é de T o r r e s
Ingeniero de
Minas
ADARO
MINERAS,
S.A.
AGUAS
ABRIL,
1.974
\
\
\
T R A Z A D O R E S Y D A T A C I Ó N DE A G U A S
El e m p l e o d e t r a z a d o r e s r a d i a c t i v o s y la d a t a c i ó n de agua,, h a b i d a cuenta que este ú l t i m o sistema no es sino el estu
d i o d e los t r a z a d o r e s n a t u r a l e s d e l a g u a
f
es relativamente
re
c i e n t e , sobre todo en E s p a ñ a , si se hace e x c e p c i ó n d e l u s o li.
m i t a d o que se ha hecho d e s d e hace m u c h o s
años d e los t r a z a d o -
res no radiactivos.
A u n q u e a lo largo de este tema p o d r e m o s apreciar
los -
campos de a p l i c a c i ó n y a l c a n c e de estos m é t o d o s y sus v a r i a n ¬
t e s , p o d e m o s afirmar en primer t é r m i n o , q u e el empleo d e t é c n i c a s d e t r a z a d o r e s no c o n s t i t u y e la p a n a c e a u n i v e r s a l q u e
re
suelve los p r o b l e m a s h i d r o g e o l ó g i c o s de u n a zona, por el c o n t r a r i o se trata d e un s i s t e m a de c o m p r o b a c i ó n y a f i n a m i e n t o
-
en la r e s o l u c i ó n de a l g u n o s p r o b l e m a s c o n c r e t o s . Los m é t o d o s
de t r a z a d o r e s p o s e e n u n a s a p l i c a c i o n e s m u y d e t e r m i n a d a s ,
por
lo tanto r e s u l t a un p o c o a v e n t u r a d o h a b l a r d e la a p l i c a c i ó n
-
de estos m é t o d o s en las p r i m e r a s f a s e s d e un plan de
estudios
hidrogeológicos,
hacerse,
la a p l i c a c i ó n de estos m é t o d o s d e b e
t r a s e l c o n o c i m i e n t o g e o l ó g i c o d e t a l l a d o d e la zona, y e l
t u d i o h i d r o g e o l ó g i c o g e n e r a l . U n a vez r e a l i z a d o s
estos
proce-
sos,, c o n el fin de a d q u i r i r una i n f o r m a c i ó n m á s d e t a l l a d a
p a r a resolver a l g u n o s p r o b l e m a s p a r t i c u l a r e s
se d e e s t a b l e c e r una c a m p a ñ a con el empleo d e
si puede
es
o
hablar-
trazadores.
O c a s i o n a l m e n t e y para resolver p r o b l e m a s d e f i n i d o s ,
se
e m p l e a n c o m o ú n i c o m é t o d o , tal és el c a s o d e a f o r e s d e r í o s , embalses, etc.
Hay que p l a n t e a r s e a n t e s de planificar
el empleo d e e s -
tos métodos,- el alcance d e la campaña y cual £s el problema
resolver,, y a q u e a la hora d e realizar
a
la p l a n i f i c a c i ó n
econó-
m i c a h a y que d e c i r que se tratan d e m é t o d o s q u e e m p l e a n
técni
c a s a l t a m e n t e sofisticadas», q u e precisan
personal altamente especializado
la u t i l i z a c i ó n d e
y q u e por lo tanto
Por o t r o l a d o , hay que pensar que t o d o s los
un
son c a r o s .
trazadores
son a g e n t e s c o n t a m i n a n t e s del m e d i o ambiente, y que si
bien
los t r a z a d o r e s c o l o r e a d o s no p l a n t e a n p r o b l e m a s g r a v e s , los
linos si lo hacen y és todavía m á s g r a v e
si se emplean
sa
trazado
res radiactivos,, e x p r e s a m e n t e a d i c i o n a d o s , los c u a l e s a u n q u e son a u t o d e g r a d a b l e s
r
por d e s i n t e g r a c i ó n ,
d e n plantear p r o b l e m a s
en a l g u n o s c a s o s
sobre todo de c a r á c t e r s o c i a l . De
pue
aquí
q u e se p r e c i s e n u n o s e s t u d i o s p r e v i o s s o l v e n t e s con el fin
garantizar
de
la e v a c u a c i ó n y d i l u c i ó n d e los m i s m o s , a s í c o m o
una utilidad v e r d a d e r a
t r a z a d o r e s on forma
en su e m p l e o
f
ya que si se
adicionan
inadecuada, e s t o s p e r m a n e c e n un t i e m p o
va
r i a b l e en el m e d i o , y a v e c e s p u e d e n llegar a interferir o
a
complicar p o s i b l e s e s t u d i o s p o s t e r i o r e s con t r a z a d o r e s ,
lo
cual o b l i g a r í a a un r e p l a n t e o d e los isótopos a u t i l i z a r .
E l e s t u d i o de t r a z a d o r e s en h i d r o g e o l o g í a
se puede sepa_
rar en d o s p e r í o d o s bien d i f e r e n t e s ;
E l e m p l e o d e t r a z a d o r e s no r a d i a c t i v o s c o l o r e a d o s ;
do a c t u a l m e n t e p r á c t i c a m e n t e
moto
en d e s u s o , b a s a d o en líneas g e n e -
r a l e s en la a d i c i ó n do u n c o m p u e s t o d e f u e r t e c o l o r a c i ó n al agua
q u e se q u i a r e i n v e s t i g a r . Este m é t o d o e s en g e n e r a l poco ú t i l ya
q u e r e q u i e r e una cantidad
e x a g e r a d a de c o l o r a n t e , el cual en
m a y o r í a d e los c a s o s es d e n a t u r a l e z a
o r g á n i c a por lo tanto
poco s o l u b l e en agua fría le que h a c e n e c e s a r i o preparar
nés en c a l i e n t e .> lo cual es f u e n t e d e p r o b l e m a s
C o m o colorantes h a b i t ú a l a s
la
muy
solucio
considerables.
se e m p l e a n ; f l u o r e s c e i n a ,
dicro
m a t o p o t á s i c o , eoxina y a n i l i n a s .
Todos e l l o s p r e s e n t e n p r o b l e m a s d e a p l i c a c i ó n , ya q u e
c i l m e n t e pueden quedar r e t e n i d o s en las a r c i l l a s , y
p r o b l e m a s d e c o n t a m i n a c i ó n , lio o b s t a n t e
puede ser d e t e r m i n a d a con facilidad
Todavía
presentan
su p r e s e n c i a en el
por m é t o d o s
se emplea con cierta a b u n d a n c i a
ya que por sus p e c u l i a r e s c a r a c t e r í s t i c a s
fá
agua
colorimétricos.
la f l u o r e s c e i n a
p u e d e quedar
retenida
en e s t a c i o n e s f i j a s d o t a d a s con sistemas f l u o c a p t o r e s , l o s c u a
les no r e q u i e r e n
la c o n t i n u a v i g i l a n c i a p r e c i s a al emplear
c o l o r a n t e s . Un f l u o c a p t o r b a r a t o y de b u e n o s r e s u l t a d o s
consiste
en
el c o l o r a n t e , t r a n s
currido un p e r í o d o d e t i e m p o v a r i a b l e so r e c o g e el c a r b ó n
do y si h a n c i r c u l a d o a g u a s con t r a z a s d e f l u o r e s c e i n a
estci'
ra u l t r a v i o l e t a )
se podrá ver con un f l u o r o s c o p i o
-
activa
ha
brá quedado a b s o r b i d a por el c a r b ó n a c t i v a d o . Una v e z liberada
por solución a l c o h ó l i c a ,
-
otros
en una m a l l a d e c o b r e r e l l e n a con c a r b ó n a c t i v a d o , sumergida
la c o r r i e n t e en la que se supone a p a r e c e r á
-
-
(lampa
si r e a l m e n t e hay o nó indicios d e l c o l o r a n t e . -
Por supuesto este m é t o d o es p u r a m e n t e
Como dato anecdótico;
cualitativo.
la p r i m e r a g r a n c o m p r o b a c i ó n
p r o b l e m a h i d r o g e o l ó g i c o por c o l o r a c i ó n
con f l u o r e s c e i n a ,
de
un
tuvo
lu
g a r en el A g u j e r o d e l T o r o , en los P i r i n e o s e s p a ñ o l e s , g r a n
sumi
d e r o que luego y~ en la v e r t i e n t e francesa
so t r a n s f o r m a en
las
F u e n t e s d e l G a r o n a , a l i m e n t a n d o al r í o d e este n o m b r e en t o d o -•
su c u r s o s u p e r i o r , este e s t u d i o fue r e a l i z a d o por Norbert
rét u n o da los p i o n e r o s d e la h i d r o g e o l o g í n
Gaste
karstica f r a n c e s a y
mund i a 1 .
T a m b i é n pueden emplearse
como t r a z a d o r e s
sustancias
m i c a s comunes tal es el caso d e los c l o r u r o s , loe c u a l e s
tados en c a n t i d a d e s s u f i c i e n t e s m o d i f i c a n
no es tan
fácil
sencillo ya q u e los clo^-
te incurrir en e r r o r e s i n t e r p r e t a t i v o s d e a q u í q u e su
sea muy
-
determinar
r u r o s son muy f r e c u e n t e s en todas les aguas y se p u e d e
tampoco
inyec­
la r e s i s t i v i d a d d e l
a g u a , la d i s m i n u y e n , r e s u l t a p u e s t e ó r i c a m e n t e
su p r e s e n c i a . E n la práctica
qu_í
fácilmen
empleo
frecuente.
La falta v.e iones c l o r u r o , o lina d i s m i n u c i ó n del contení^
d o , p u e d e ser por el c o n t r a r i o u n indicio r e a l m e n t e
cuando
se investigan
s a l i d a s d e agua
importante
s u b m a r i n a s , ya que e n t o n
-
ees a l e x i s t i r aguas con c o n t e n i d o s m e n o r e s de sales la resisti_
vidad a u m e n t a , y f á c i l m e n t e pueden d e t e r m i n a r s e
r e s i s t i v i d a d m a y o r y por
áreas con una
-
lo t a n t o con u n a s m a y o r e s p o s i b i l i d a
-
des para la b ú s q u e d a de a g u a . I g u a l m e n t e se altera el p H ,
lo
cual unido al m é t o d o de r e s i s t i v i d a d d a dos b u e n o s m é t o d o s d e
-
m e d i d a p a r a estas a n o m a l í a s .
P o d e m o s concluir p u e s que los t r a z a d o r e s no
se emplean muy poce y d e b i d o a la fidelidad
radiactivos
y mayor precisión
d e los m é t o d o s m o d e r n o s con t r a z a d o r e s r a d i a c t i v o s , v a n
-
quedan­
d o c a d a vez m á s p o s t e r g a d o s .
TRAZADORES
RADIACTIVOS
P o d e m o s d i v i d i r en d o s g r a n d e s g r u p o s los t r a z a d o r e s
diactivos z
ra­
Trazadores radiactivos
naturales.
Trazadores radiactivos
artificiales.
Los t r a z a d o r e s r a d i a c t i v o s n a t u r a l e s , come su n o m b r e
in
d i c a se e n c u e n t r a n como tales en la n a t u r a l e z a por lo tanto
la
b a s e d e l e s t u d i o de a g u a s r a d i c a en las v a r i a c i o n e s de los
t e n i d o s de estos
con
radioelementos.
De interés h i d r o g e o l ó g i c o
son f u n d a m e n t a l m e n t e
les si -
guientes:
Carbono
don,
-- 14
f
T r i t i o 6 Hidrógeno - 3, O x í g e n o - 18
f
Ra­
etc.
Los m á s
importantes C a r b o n o - 14 y T r i t i o , se p r o d u c e n
o m e j o r d i c h o se han p r o d u c i d o en las e x p l o s i o n e s n u c l e a r e s
la a t m ó s f e r a
las cuales p r o d u j e r o n c o n c e n t r a c i o n e s
en
anormales
-
en la a t m ó s f e r a d e C a r b o n o - 14 y d e l T r i t i o , el C a r b o n o - 1 4 ,
también
se produce en forma g r a d u a l en la alta a t m o s f e r a
a la acción d e les rayos c ó s m i c o s sobre e l n i t r ó g e n o
combina
debido
- 14 se -
i n s t a n t á n e a m e n t e con el o x í g e n o para dar d i o x i d o de
carbono y finalmente es a b s o r b i d o por las p l a n t a s e n la fotcsín
t e s i s , p a s a n d o de esta forma a formar parte d e t e j i d o s
cos en el ciclo d e la vida,, también
forma p a r t e d e l
orgáni­
anhídrido
c a r b ó n i c o r e s p o n s a b l e d e l n e c a n i sitio f o r m a d o r d e b i c a r b o n a t o s
solubles a partir de c a r b o n a t e s
en
i n s o l u b l e s , de aguí su
-
interés
hidrogeología.
El T r i t i o
f
que forma m o l é c u l a s d e agua T H O ,
presenta
p o r t a n t o g r a n interés en c u a n t o a d a t a c i ó n d e a g u a s a u n q u e
p r e s e n c i a en la n a t u r a l e z a
se d e b e f u n d a m e n t a l m e n t e
su
a la acci5n
de las explosiono;? n u c l e a r e s
a la acción de n e u t r o n e s
en la n t n ó s f e r *
sobre o x í g e n o y
Los t r a z a d o r e s r a d i a c t i v o s
f
y en m e n o r
grado
nitrógeno„
artificiales., se o b t i e n e n
las c e n t r a l e s n u c l e a r e s , por los c o s t o s o s p r o b l e m a s d e
en
refino
son muy cares y d i f í c i l e s d e c o n s e g u i r . Se a d i c i o n a n al agua
en forma d e c o m p u e s t o s
-
solubles.
V e a m o s a c o n t i n u a c i ó n a l g u n a s d e f i n i c i o n e s sobre
radiac
tividad;
Denominamos
iso'topos a a q u e l l o s n u c l i d o s que tienen
el
m i s m o n ú m e r o de p r o t o n e s y d i s t i n t o el d e n e u t r o n e s .
Isótopo estable?
e s aquel q u e p e r m a n e c e i n a l t e r a d o
d e s i n t e g r a r s e y por t a n t o
r í o d o muy
largo de
sin
sin emitir r a d i a c i o n e s d u r a n t e un pe
tiempo„
En h i d r o g e o l o g í a
se estudian d o s iso'topos e s t a b l e s ;
o x í g e n o -- 18 y e l Deuterio o a g u a
el
pesada.
Los isótopos r a d i a c t i v o s por el c o n t r a r i o no son e s t a b l e s y se transforman
en otros e l e m e n t o s por e m i s i ó n d e
radia­
ciones „
Ya s a b e m o s p u e s que ios e l e m e n t o s r a d i a c t i v o s con
tiempo
nó
se d e s i n t e g r a n d a n d o lugar a o t r o s n u c l i d o s
(desintegración en s e r i e ) . E s t a d e s i n t e g r a c i ó n
el
estables
obedece
fenómeno d e carácter p r o b a b i l í s t i c o y por lo tanto no e s t á
f l u e n c i a d a por los a t m o s v e c i n o s o por e f e c t o s d e orden
ni
o
a un
in­
físico
químico.
Por t a n t o p o d e m o s e x p r e s a r
diactividad
T
: =No, e"**".
la ley fundamental de la r a ­
A
se la d e n o m i n a c o n s t a n t e d e d e s i n t e g r a c i ó n y es un factor
nos indica
de
que
la cantidad de átomos q u e se d e s i n t e g r a n por unidad
-
tiempo.
D e n o m i n a m o s p e r í o d o de d e s i n t e g r a c i ó n
al t i e m p o
necesario
para q u e la actividad
(dí"/dt d e s i n t e g r a c i o n e s / segundo)
sea
mitad de la actividad
inicial. Igualmente puede expresarse
la
como
el t i e m p o n e c e s a r i o p a r a q u e el número d e átomos r a d i a c t i v o s
la m i t a d d e los q u e había,
i n i c i a l m e n t e ya q u e la actividad
sea
es -
p r o p o r c i o n a l al n ú m e r o d e átomos r a d i a c t i v o s .
C o m o unidad d e a c t i v i d a d
mo
la a c t i v i d a d d e u n a m u e s t r a
átomos por segundo e m p l e á n d o s e
se emplea el C U R I O , d e f i n i d a
en la q u e se d e n i n t e g r a n
co
10
3,7x10
los s u b m ú l t i p l o s m i l i c u r í o s y
mi
crocurios»
F o r m a s de
desintegración?
Los n u c l i d o s r a d i a c t i v o s p u e d e n d e s i n t e g r a r s e p o r t r e s ti_
p o s da e m i s i o n e s ;
E m i s i ó n de particular
alfa; núcleos de átomos d e helio?
sobre todo en n u c l i d o s p e s a d o s , No se suelen emplear en
logia d e b i d o al e s c a s o p o d e r d e p e n e t r a c i ó n que
E m i s i ó n de p a r t í c u l a s beta^
(negatrón) o p o s i t i v a
Los negatrones
hidrogeo
poseen.
se tratan de p a r t í c u l a s de m a
sa idéntica a la d e l electrón a u n q u e su carga e l é c t r i c a
ser n e g a t i v a
-
puede
(positrón) „
se emiten en a q u e l l o s n u c l i d o s con m a y o r
-
n ú m e r o d e n e u t r o n o s q u e el o l ^ m e n t p establo y por e l c o n t r a r i o
-
los p o s i t r o n e s
se emiten en n u c l i d o s con m e n o r número de
neu-
trones que el elemento estable,, aunque en ambos c a s o s la
c i ó n beta
se emite según un e s p e c t r o continuo de
En otras o c a s i o n e s
captura
electrónica,sobre
la d e s i n t e g r a c i ó n
radia
energías.
tiene lugar por
todo en n ú c l e o s con d é f i c i t de n e u -
1
trones ^ un e l e c t r ó n , g e n e r a l m e n t e d e la capa m á s interna,
c a p t a d o por el núcleo p + e — ^ n ;
de esta forma se
es
compensa
el d é f i c i t d e n e u t r o n e s y al l l e n a r s e el h u e c o de la c a p a
interna con u n electrón p r o c e d e n t e d e o t r a m á s e x t e r n a ,
emite el rayo X c a r a c t e r í s t i c o d e l elemento en
se
cuestión.
E m i s i ó n d e r a y o s gamma; La e m i s i ó n de r a y o s gamma
ne lugar como c o n s e c u e n c i a d e la e m i s i ó n d e rayos alfa,
o por
la d e s i n t e g r a c i ó n
mas de desintegración,
normal,
tiebeta,
por c a p t u r a e l e c t r ó n i c a . En e s t a s
o c u r r e nue el n u c l i d o r e s u l t a n t e
c u e n t r a e x c i t a d o con ur= nivel de energía
corresponde
m£s
superior
for
se en
al orue
le
en e s t a d o n o r m a l , el paso d e l e s t a d o excitado
al
lo r e a l i z a m e d i a n t e una e m i s i ó n de r a y o s gamma,
los
c u a l e s no pon sino c u a n t o s de e n e r g í a , del m i s m o tipo a u e
RX o los u l t r a v i o l e t a
los
etc.»
La e m i s i ó n de p a r t í c u l a s cramma sólo altera el e s t a d o
e n e r g é t i c o del n u e l i d e y no su
La radiación
-
constitución.
electromagnética,
p o n s a b l e d e una serie de i n t e r e s a n t e s
puede ser a su v e z
res-
fenómenos al incidir
so
b r e una serie d e átomos v e c i n o s ;
Efectos
fotoeléctricos:
El e f e c t o
fotoeléctrico
c o n s i s t e en la interacción
fotón con u n electrón d e una capa cercana
al n ú c l e o ,
si
del
la
e n e r g í a d e l fotón es superior a Ir-, de ligazón d e l e l e c t r ó n con
el n ú c l e o , óste
sale e x p u l s a d o d e l á t o m o . A c o n t i n u a c i ó n
hueco d e j a d o por el f o t o e l e c t r ó n
e l e c t r ó n d e c a p a s más
te rayo X
el
s a l i e n t e se llena con u n
e x t e r n a s e m i t i é n d o s e el
correspondien-
característico.
La posibilidad
de producción
en r e l a c i ó n d i r e c t a ccn el numero
de un f o t o e l e c t r ó n
está
atómico del átomo y en r e -
lación inversa con la e n e r g í a d e l fotón a b s o r b i d o
fotoelóctri
camente.
Efecto
Conpton»
C u a n d o la i n t e r a c c i ó n e l e c t r ó n de u n á t o m o - f o t ó n nn
p r o d u c e en las capas de e l e c t r o n e s
se
internas sino en las exter
ñ a s , al incidir el fotón p i e r d e parte d e su e n e r g í a , la cual
emplea
el e l e c t r ó n para
salir e x p u l s a d o de la órbita,' por
otra p a r t e el fotón se d e s v í a .
El efecto C o m p t c n p r e d o m i n a c o n fotones de e n e r g í a s
i n t e r m e d i a s y por tener lugar con e l e c t r o n e s
situados
d e l n ú c l e o , es un fenómeno i n d e p e n d i e n t e d e l número
d e l e l e m e n t o en el que se p r o d u c e
la
-
lejos
atómico
interacción.
P r o d u c c i ó n de: p a r e s -
La p r o d u c c i ó n d e pares de p a r t í c u l a s , se b a s a en el fenómeno d e inalteración d e l
f^tón con u n n ú c l e o
se el p r i m e r o en u n e l e c t r ó n y un positrón;
desdoblando
se trata p u e s d e
una c o n v e r s i ó n d e e n e r g í a en materia,, p r o d u c i é n d o s e ambas par
t í c u l a s , no a p a r t i r d e las capas
de e l e c t r o n e s donde no hay
p o s i t r o n e s , ni d e l núcleo d o n d e no existe n i n g u n a d e las d o s
p a r t í c u l a s , sino d e l
fotón.
La p r o d u c c i ó n de p a r e s , r e q u i e r e f o t o n e s d e g r a n
ener
g í a y n ú c l e c s d s g r a n t a m a ñ o ¡. ya que este fenóm.eno sólo
pue
d e tener
lugar d e n t r o del campo e l e c t r o e s t á t i c o d e l
núcleo.
T é c n i c a s d e medidas
La d e t e c c i ó n de r a d i a c i o n e s
con
se basa en sü
interacción
la m a t e r i a y la c o n s i g u i e n t e p r o d u c c i ó n d e f e n ó m e n o s
ionización y d e excitación. C u a n d o la r a d i a c i ó n
incide
de
sobre
e l d e t e c t o r , éste lo registra c a s i siempre como un impulso
de t e n s i ó n , el cual una vez a m p l i f i c a d o y c l a s i f i c a d o
va a un e q u i p o e l e c t r ó n i c o d o n d e se t r a n s f o r m a n
se
-
lie
en c u e n t a s
-
por m i n u t o , A través de esta v e l o c i d a d d e r e c u e n t o , se p u e d e
conocer
la a c t i v i d a d d e la m u e s t r a c la actividad
del determinado
tinguir
específica
isótopo r a d i a c t i v o en el m e d i o . Se puedoidis_
los s i g u i e n t e s t i p o s d e d e t e c t o r e s i
D e t e c t o r e s Geiger
aullars
B á s i c a m e n t e es una c á m a r a de forma c i l i n d r i c a
con
un
filamento c e n t r a l aislado de las p a r e d e s , la cámara está
re
llena con un d e t e r m i n a d o
gón
s
neón, n i t r ó g e n o ,
g a s ; casi siempre un gas i n e r t e , ar_
etc.
Entre pared y d e t e c t o r
se aplica un.
n a d o para cada aparato c u a n d o penetra
potencialdeterrni
la. p a r t í c u l a
ionizante
d e n t r o d e l d e t e c t o r , p r o d u c e en su t r a y e c t o r i a un elevado
m e r o de p a r e s , d i r i g i é n d o s e
p a r e d e s de la c á m a r a
filamento
nú
los de carácter p o s i t i v o a las
(cátodo) y los de c a r á c t e r n e g a t i v o
( á n o d o ) . Los n e g a t i v o s
al f i l a m e n t o puede a d q u i r i r
al
(electrones) antes de llegar
tanta v e l o c i d a d que d a n lugar
nuevos pares a partir d e los átomos d e l gas de l l e n a d o ,
a
con
lo cual el g a s se hace c o n d u c t o r . La c o r r i e n t e que c i r c u l a
entre ¿modo y c á t o d o p r o d u c e en la r e s i s t e n c i a d e carga»
c a í d a d e t e n s i ó n iíí. El impulso
-
e l é c t r i c o tiene la f o r m a
-
ura
de
la figura
(Figura d e l impulso = t e n s i ó n ) .
Los c o n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s
f
tienen u n a
p a r e c i d a , y se b a s a n en idéntico fenómenos
g a s e s , p e r o sus v e n t a j a s f u n d a m e n t a l e s
r e l a c i ó n con el c o n t a d o r
la ionización
son las s i g u i e n t e s
de
en
Geiger-Muller„
En los c o n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s ,
pulsos
disposición
la altura d e los im
(volts) es d i f e r e n t e en r e l a c i ó n con la e n e r g í a d e las
partículas?
por t a n t o , l a s p a r t í c u l a s alfa p r o d u c e n
mayores
impulsos q u e las b e t a y éstas que las gamma. A d e m a s , p a r a ra
d i a c i o n e s d e l m i s m c tipc les impulsos son m a y o r e s con
laener
gía.
Por el c o n t r a r i o , en los c o n t a d o r e s Geiger M u l l e r ,
la
altura d e los impulsos es m á s o m e n o s la m i s m a .
Los d e t e c t o r e s G e i g e r M u l l e r poseen un p r o l o n g a d o tiem
po m u e r t o , en el c u a l , p e s e a la llegada de nuevos
é s t o s no son r e g i s t r a d o s , e s t o se d e b e a que cada
impulsos,
impulso
tie
ne una d u r a c i ó n de 30/150 m i c r o s e g s , y el impulso sólo terrrvi
na c u a n d o han
sido r e c o l e c t a d o s t o d o s los iones
pcsitivosjde
aquí q u e con g r a n d e s v e l o c i d a d e s de r e c u e n t o funcionen m a l .
Por el c o n t r a r i o , en lns c o n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s , al
tarse los e l e c t r o n e s , la d u r a c i ó n del
colee
impulso es m e n o r a l mi_
c r o s e g , per tanto se trata de un sistema d e n o m i n a d o no
para-
lizable.
La única d e s v e n t a j a del c o n t a d o r p r o p o r c i o n a l , es
p e q u e ñ o t a m a ñ o d e los i m p u l s e s , lo cual h a c e p r e c i s a
el
la coló
cación d e u n a m p l i f i c a d o r d e salida con el fin d e q u e
temen
una a l t u r a suficiente para el r e g i s t r o .
En los c o n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s
que se d e d i c a n a
d i c i o n e s de a c t i v i d a d e s muy b a j a s con r a d i a c i o n e s beta
me
muy
blandas,
se ha c o m e n z a d o a usar un contador p r o p o r c i o n a l
e l q u e se introduce la m u e s t r a con el r a d i o e l e m e n t o
p a r t e de una m o l é c u l a g a s e o s a m e z c l a d a cm
L l e v a n d o además de los c o n t a d o r e s
el anillo p r o t e c t o r que evitan
atravesaron
formando
el gas de
llenado.
interiores, detectores
las r a d i a c i o n e s e x t e r n a s
la p r o t e c c i ó n d e p l o m o o a c e r o , ya q u e van
t a d o s juntos a
l-.>s i n t e r i o r e s
anticoincidencia que rechaza
?
a u n a unidad
en
en
que
conec
electrónica
los impulsos g e n e r a d o s
de
simultá­
n e a m e n t e en les d e t e c t o r e s d e l a n i l l a d e p r o t e c c i ó n y en
los
de medida.
A pesar del baje
fondo de los c o n t a d o r e s
proporciona­
les l-2cpm
a v e c e s , sobre todo al m e d i r m u e s t r a s de m u y
actividad,
se p r e c i s a
enriquecerla
se logra por e l e c t r ó l i s i s
tación gravitacional
Detectores de
isotópicamente;
baja
lo cual
en el caso d e l t r i t i o o per
-
decan­
o c e n t r i f u g a en el caso d e l c a r b o n o - 1 4 .
centelleos
Los d e t e c t r r e s de c e n t e l l e o
se emplean con m u c h a
más
f r e c u e n c i a que el d e t e c t o r G e i g e r - M u l l e r , d e b i d o n que p r e ­
sentan u n a m a y o r
sensibilidad
para
la r a d i a c i ó n
gamma.
E s e n c i a l m e n t e c o n r t a n de u n c r i s t a l , n o r m a l m e n t e
IWa i n a c t i v a d o con t a l i o , en el que al incidir un rayo
se p r o d u c e una
liberación de l u z . Este d e s t e l l o
de
gamma
luminoso
es
c a p t a d o por el foto-cátodo d e l tubo- foto-multiplicador, q u e res
ponde al estímulo
determinadoÍ
l u m i n o s o liberando un n u m e r o d e
éstos e l e c t r o n e s , d e b i d o a la acción d e l
eléctrico,inciden
con alta v e l o c i d a d
sobre el p r i m e r
liberando un haz de e l e c t r o n e s d e m a y o r
to similar
electrones
intensidad»
campo
dínodo,
Un
efec­
se p r o d u c e an los r e s t a n t e s d í n o d o s p r e s e n t e s , has_
ta q u e el haz electrónico
e s c a p t a d o por el ánodo c o l e c t o r ,
éste flujo de e l e c t r o n e s de g r a n
intensidad
f
pasa por la
s i s t e n c i a R de c a r g a , p r o d u c i e n d o u n a caída de t e n s i ó n
re
IR. ,
d a n d o un impulso eléctrico, r e g i s t r a b l e en el aparato d e medi^
da.
M e d i a n t e el emplea de d i s c r i m i n a d o r e s
den
adecuados, pue-
l i m i t a r s e una serie óe v e n t a n a s q u e p e r m i t e n m e d i r
rios emisores
a la v e z , el d i s c r i m i n a d o r
registre d e impulsos i n f e r i e r e s al valor
minador
superior
cia el registre
impide m e d i a n t e
de los v a l a r e s
Desplazando
infericr impide
va
el
fijado y el d i s c r i -
la unidad d e
anticeinciden-
superiores.
la v e n t a n a se o b t i e n e el e s p e c t r o
comple-
to con e l fotópico indicativo de a b s o r c i o n e s c o m p l e t a s d e ra
yes
gamma.
El c e n t e l l e o con fósforo
l í q u i d o , e s el m é t o d o d e cen
t e l l e o algo similor a lo c-ue los c o n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s
-
con m e z c l a de g a s e s al m é t o d o de c a n t a d o r e s p r o p o r c i o n a l e s
-
convencionalr
En este c a s o , en vez de tener un c r i s t a l a c t i v a d o ,
el q u e al incidir
la radiación
n o s a , las m o l é c u l a s con
y las m o l é c u l a s
en
se p r o d u c e u n a r e s p u e s t a lurrri
p a r t í c u l a s e m i s o r a s de
radiaciones
e m i s o r a s de luz están í n t i m a m e n t e
mezcladas
de tal forma que la d i s p e r s i ó n de la r a d i a c i ó n es m u c h o
¡ríe
ñ o r . E s t e m o t a d o resulta p a r t i c u l a r m e n t e eficaz p a r a los emi_
sores de r a d i a c i o n e s beta muy b l a n d a s y cen a c t i v i d a d e s
muy
b a j a s , el C-14 y el H - 3 .
Una de las d i f i c u l t a d e s de este sistema es que los cen
telleadores
sólo son solubles en substancias o r g á n i c a s , m i e n
tras q u e las m u e s t r a s no lo sen, con el fin de crear una mis_
cibilidiad t'^tal, q u e f a v o r e z c a el contacto
íntimo e n t r e
las
m o l é c u l a s r a d i a c t i v a s y las m o l é c u l a s de, c e n t e l l e a d o r , se ha
d e sintetizar a partir d e la m a t e r i a
soluble n o r m a l m e n t e en
tolueno.
inorgánica u n
producto
P a r a el carbono
guíente-
14 el p r o c e s o de síntesis es el
reducción de la m u e s t r a por combustión
ácido a CÜ2=
Combustión
s:i
o atague
en vacío de litio reactivo
con
fundido
con
el CC>2 g e n e r a d o para o b t e n e r a c e t i l e n o y síntesis del m i s m o de
benceno en c a t a l i z a d o r de alumina-vanadio^
mente
el b e n c e n o es total_
soluble en benceno,,
Para el t r i t i o el proceso es s e m e j a n t e ,
de agua n o r m a l , se adiciona agua
Como p u e d e v e r s e ,
q u e a d e m á s se emplean
e l e v a d o y no siempre
salvo q u e en vez
tritiada.
se trata de un proceso e n g o r r o s o en el
e l e m e n t o s caros?
el litio e s de
fácil de o b t e n e r d e b i d o
precio
a e s t a r considera^
do como m e t a l e s t r a t é g i c o ; por otra p a r t e , la reacción de
tesis-acetileno-benceno,
es m u c h a s v e c e s c a p r i c h o s a con
sin
unos
r e n d i m i e n t o s en b e n c e n o a n o r m a l m e n t e h a l o s en ocasiones,.
aquí q u e en m u c h a s o c a s i o n e s
de
se intente p r e s c i n d i r de este sis_
tema.
Se han intentado o t r o s m u c h o s
sistemas de p r e p a r a c i ó n
m u e s t r a s entre los crue c a b e citar los
A b s o r c i ó n del C.0? por hiamina
peso molecular)-
Empleo
(amina t e r c i a r i a de alto
de suspensión de la m u e s t r a
(para agua tritiada)
y el Tixcin para
en
se haría
como a g e n t e s g e l i f i c a d o r e s el
y el Cab-o-Sil
-
estable.
finamente d i v i d i d a
si se trata de agua t r i t i a d a ,
una e m u l s i ó n . Se emplean
de C - 1 4 .
siguientes*
tiene el i n c o n v e n i e n t e de ser p o c o
un agente gelificante
de
Tritón
muestras
-
Uso de muestras
impregnadas
en p a p e l , a v e c e s en
d e p a p e l n o r m a l , papel e l e c t r o f e r e - i c e , el panel se
ce p r e v i a m e n t e
impregnado
vez
introdu­
en KOH en un r e c i p i e n t e en el q u e
se ha liberado e l C C ^ .
TambiÉn
suspensiónr
se ha sugerido el emplee d e c e n t e l l e a d o r e s
así se han e m p l e a d o
en
con c i e r t o éxito, c r i s t a l e s
p l a n o s de v i o l e t a de a n t r a c e n o . O t r a s v e c e s se han
p e r l a s de c e n t e l l e a d o r d i s p e r s a s en p o l i e s t i r e n o
-
empleado
en el q u e -
se h a c e p a s a r u n a solución acuosa con los e m i s o r e s d e r a d i a ­
ciones b e t a .
En estos s i s t e m a s , e l p r i n c i p a l p r o b l e m a
a) el fondos
radica:
e s d e c i r , el c e n t a j e o b t e n i d o
empleando
substancias no r a d i a c t i v a s , p a r a evitar el fondo se
emplea
la t é c n i c a d e c o i n c i d e n c i a , es d e c i r , se emplean d o s t u b o s
-
fctcmultiplica^ores
-
descartándose t o d a m e d i d a no s i m u l t á n e a ,
que p r o v e n d r í a d e e m i s i ó n t e r m e i ó n i c a de a l g u n o s de los
o por ruídc
eléctrico.
b) el a p a g a d o
(quenching)
A v e c e s o c u r r e q u e la e m i s i ó n
dor
tubos
se p i e r d e ,
luminosa d e l
centellea­
sin llegar a los tubos f o t e m u l t i p l i c a d o r e s .
C o m o no puede e v i t a r s e este f e n ó m e n o , se ha de c o r r e g u i r
d i a n t e el empleo d e m u e s t r a s patrón d e actividad
idéntica composición
Igualmente se u t i l i z a n
me
conocida,de
a la solución m u e s t r a y en las q u e
e f i c i e n c i a E = C F . M . / D . P . í ! . se d e t e r m i n a n
-
la
automáticamente.
s o l u c i o n e s p a t r ó n para la d e t e r m i n a ­
ción d e l fondo de la m u e s t r a .
E x i s t e y a una m e c á n i c a o p e r a t i v a con c a r á c t e r
rio' q u e p e r m i t e evitar
rutina­
los p o s i b l e s e r r o r e s d e b i d o s a los fac
teres ya citados, obteniéndose
15 c.pm,
fondos q u e o s c i l a n entre 10 -
p u d i é n d o s e m e d i r a c t i v i d a d e s d e una o d o s d e s i n t e -
g r a c i o n e s por m i n u t o .
V a m o s a ver r e a l i z a r a l g u n a s c o n s i d e r a c i o n e s
sobre
t r a z a d o r e s n a t u r a l e s . El T r i t i o , ya sabemos que es el
único
r a d i o i s ó t o p o d e l h i d r ó g e n o , a u n q u e en p á r r a f o s a n t e r i o r e s
m o s hecho ya m e n c i ó n de q u e su p r o d u c c i ó n
s i v a m e n t e a las e x p l o s i o n e s
termonucleares
se d e b e c a s i
(bomba de
n o ) , al igual que el C-14
también
a l t a s d e la a t m ó s f e r a por
interacción d e p r o t o n e s de
he
exclu
hidróge
se g e n e r a en las c a p a s m á s
elevada
e n e r g í a con el o x í g e n o y el n i t r ó g e n o , llegando a dar
t r a c i o n e s de hasta 10 U T
los
concen
(una U T es una c o n c e n t r a c i ó n d e
átomo d e T r i t i o por 1 0 " " d e h i d r ó g e n o n o r m a l ) , v a r i a n d o
un
su
c o n c e n t r a c i ó n con la situación g e o g r á f i c a y la época d e l
año.
E s t a p r o d u c c i ó n es p e r m a n e n t e .
Las e x p l o s i o n e s
termonucleares
llevadas a cabe a p a r -
tir de 1952 en la a t m ó s f e r a han p r o d u c i d o un n o t a b l e
incremen
to en las c o n d i c i o n e s de c o n c e n t r a c i ó n de T r i t i o en el
metsórica,
agua
llegándose a a l c a n z a r v a l e r e s d e hasta 1 0 . 0 0 0 U T ,
La p r e s e n c i a de T r i t i o
en las p r e c i p i t a c i o n e s ,
produ-
ce un m a r c a d o
"natural" d e l a g u a . Como el Tritio g e n e r a l
es
pontáneamente
en la a t m ó s f e r a os muy p o c o en r e l a c i ó n con
el
g e n e r a d o en las e x p l o s i o n e s
de d e s i n t e g r a c i ó n
t e r m o n u c l e a r e s y cerno su
periodo
es muy c o r t o , puede a f i r m a r s e sin lugar
d u d a s q u e t o d a s las aguas d e fecha a n t e r i o r a 1952
a
tienen
u n a c o n c e n t r a c i ó n muy b a j a de T r i t i o , p u d i é n d o s e a f i r m a r ,
se trata d e a g u a s c^n una actividad d e t e c t a b l e de T r i t i o
si
cue
a l m e n o s p a r c i a l m e n t e poseen aguas p o s t e r i o r e s a 1 9 5 2 .
E v i d e n t e m e n t e , para poder datar un agua c o n
exactitud
se ha d e tener una r e l a c i ó n b a s t a n t e precisa sobre las p r e c i -
pitac'iones lóenles en los años p r e c e d e n t e s . Esta
es f a c i l i t a d a per Ir. O r g a n i z a c i ó n
información
i n t e r n a c i o n a l para la E n e r
gía A t ó m i c a .
Las c o n c e n t r a c i o n e s
de Tritif
en las aguas han
sufri-
do g r a n d e s o s c i l a c i o n e s d e b i d o a m u m e r o s a s c a u s a s entre
que cabe
las
citars
Frecuencia
e importancia
de las e x p l o s i o n e s
termonuclea
res en la a t m ó s f e r a . F u e r t e s v a r i a c i o n e s e s t a c i o n a l e s
p r i n c i p a l m e n t e al m a y o r p e s e d e la m o l é c u l a d e agua
el m á x i m o se suele p r e s e n t a r hacia
También varía mucho
Se h a p o d i d o
la
debido
tritiada,
primavera-verano.
las c o n c e n t r a c i o n e s
con la
latituds
observar;
C o n c e n t r a c i o n e s m u c h o m á s e l e v a d a s en el
Hemisferio
N o r t e que en el S u r . Un c r e c i m i e n t o d e la c o n c e n t r a c i ó n
la l a t i t u d . U n m a y o r c o n t e n i d o de t r i t i o en los i n t e r i o r e s
de los c o n t i n e n t e s , ya que hay e n el mar un r á p i d o
en
-
intercam-
b i o p a s a n d o e l tritio al agua m a r i n a .
Las condiciones meteorológicas
locales t a m b i é n
m u c h o a la c o n c e n t r a c i ó n de T r i t i o ya q u e las n u b e s
tes de e v a p o r a c i ó n c o n t i n e n t a l
afectan
proceden
llevan c o n c e n t r a c i o n e s d e tr_i
tic m u c h o m a y o r e s .
E l c a r b o n o - 14°
Ya h e m o s h a b l a d o anteriormente:. Este isótopo se g e n e ra en la alta atmósfera
a partir del nitrógeno entrando
formar parte del cicle d e la v i d a con g r a n
Se supone su c o n c e n t r a c i ó n
a
rapidez.
atmosférica
c o n s t a n t e en -
los ú l t i m o s 1 0 . 0 0 0 a ñ o s , a d m i t i é n d o s e
que las v a r i a c i o n e s
épocas a n t e r i o r e s , si las h u b i e r e n , d e b i d a s a una
en el fl' jo d e rayos c ó s m i c o s o a s i t u a c i o n e s
g i c a s , g l a c i a c i o n e s , no i n f l u e n c i a r o n
en
variacion
paleoclimatoló
su c o n t e n i d o en m á s
-
de un 1 0 % .
D e b i d o a q u e este r a d i o i s ó t o p o
se intercambia
rápida
m e n t e con los seres v i v o s , se admite con f u n d a m e n t o q u e
actividad específica,
se m a n t i e n e c o n s t a n t e p a r a
su
cualquier
lugar d e la T i e r r a , sin que la influencien n i n g u n o de los factores q u e a n t e r i o r m e n t e v i m o s , a f e c t a s e n
los
contenidos
en T r i t i o .
Se e m p l e a el C-14 p a r a la d a t a c i ó n de a g u a s , en f u n ción d e los c a r b o n a t o s d i s u e l t o s , y para d a t a c i o n e s en
macienes
for~
recientes.
N o o b s t a n t e , h a y que advertir
se ha alterado- c o n s i d e r a b l e m e n t e
que la relación
CO^/CO^
en los ú l t i m o s a ñ o s . Por
-
una parte d e b i d o a la a c c i ó n de la c o m b u s t i ó n de g r a n d e s can
tidades de combustibles
fera
a n t i g u o s q u e h a n v e r t i d o a la atmós_
ingentes v o l ú m e n e s de C O j y por otra las e x p l o s i o n e s
n u c l e a r e s a t m o s f é r i c a s , que han p r o d u c i d o , en su
de n e u t r o n e s , g r a n d e s c a n t i d a d e s de C - 1 4 . E s t a
también
-
liberación
contaminación
se puede e m p l e a r , c o m o el t r i t i o , p a r a la d a t a c i ó n
de a g u a s r e c i e n t e s .
Citaremos finalmente
d r ó g e n o y d e l rxígeno?
los isótopos n a t u r a l e s d e l
hi
D e u t e r i o y O x í g e n o 1 8 , los c u a l e s ha_
b i t u a l m e n t e se e n c u e n t r a n en c a n t i d a d e s a p r e c i a b l e s en
composición del
la
agua.
L a s m o l é c u l a s de acjua que p o s e e n uno d e estos dos
i s ó t o p o s , son m u c h o s m á s p e s a d o s que
las d e l agua n o r m a l
por ello se p r o d u c e a lo largo d e l ciclo un
f
~
fraccionamiento.
La causa de este f r a c c i o n a m i e n t o , radica en sus
tes p r e s i o n e s d e vapor,concentraciones
diferen
siendo m e n o r en la fase de v a p o r
las
de m o l é c u l a s de agua con c u a l q u i e r a d e d o s
isó
topos.
E x i s t e n n u m e r o s o s c o n d i c i o n a n t e s de la v a r i a c i ó n d e l con
t e n i d o en el a g u a d e lluvia, p o d r í a n s i n t e t i z a r s e
en la forma
siguientes
D i s t a n c i a al o c é a n o ; a m e d i d a que se adentra el v a p o r d e
agua
hacia el interior de los c o n t i n e n t e s ,
se
h a c e m á s l i g e r o , por la p r e c i p i t a c i ó n
di
f e r e n c i a l d e las m o l é c u l a s m á s p e s a d a s .
Temperaturas
es m a y o r el f r a c c i o n a m i e n t o c u a n t o m e n o r es la t e m p e r a t u r a d e e v a p o r a c i ó n , por ello
rían las c o n c e n t r a c i o n e s con
la
va
situación
geográfica,
t
Intercambio
con el v a p o r de agua a t m o s f é r i c a , q u e es p o b r e
moléculas
en
en los i s ó t o p o s , h a b i e n d o un
in
t e r c a m b i o h a s t a alcanzar c o n c e n t r a c i ó n
de
equilibrio.
DETERMINACIÓN
PE LA RECARG7. PARA EL CASO DE A C U I F E R O
(MEDIO TIPO DE
PISTÓN)
Si se trata d e a c u í f e r o s c o n f i n a d o s
las m u e s t r a s en la d i r e c c i ó n
de m á x i m a c o n c e n t r a c i ó n
Si los a c u í f u r o s
se han d e
recoger
supuesta para el f l u j o , la
indicará
las aguas c o r r e s p o n d i e n t e s
LIBRE
a 1963
la situación a p r o x i m a d a
zona
de
(fig. 1 ) .
son l i b r e s , será m á s fácil
resolver
el p r o b l e m a , ya q u e habrá una c i e r t a e s t r a t i f i c a c i ó n d e l
agua,
la tonta d e m u e s t r a s d e b e r á también d e comprender
no
la zrna
s a t u r a d a . I d e n t i f i c a n d o un pico d e m á x i m a actividad p . e j . el de 1963
la zona c o m p r e n d i d a
e n t r e el pico y i
a
superficie
e s sin d u d a la r e c a r g a d e s d e 1963 a la Spcca d e la m e d i c i ó n ,
obteniéndose
así la r e c a r g a a n u a l m e d i a . E s t o p u e d e
indicar
se cen las i n t e g r a l e s ;
d o n d e C(t) os la función q u e rige la c o n c e n t r a c i ó n d e
desde
W{t) es la función que r i g e la
Conocidas
1952
infiltración.
las i n f i l t r a c i o n e s m e d i a s anuales
(W) función c o r r e s p o n d i e n t e a la
C
C(t) W(t) dt = UT x m e t r o
1
(fig. 2)
recarga
w =
(metros
C
1952
tritio
añ>)
2
supuesta la r e c a r g a
integral d e
(1)
C ( t ) d t = UT x
añ^s
c o n s t a n t e da la recar
ga m e d i a a n u a l .
Modelo de mezcla
Este modelo
tetáis
implica
t i c a l e s de isocronía d e l
E s t e modele
la no existencia
resulta especialmente
i n d i c a d o para el C -
en el agua que
alimenta
se p u e d e c o n s i d e r a r c o m o c o n s t a n t e , por lo
podremos decir,que
ver
aoua.
1 4 , ya que é s t e , en su concentracion
al acuífero
de g r a d i e n t e s
las d i f e r e n c i a s e n t r e
en las zonas de a l i m e n t a c i ó n d e l acuífero
deben, única y exclusivamente,a
las
tanto
concentraciones
y las d r e n a n t e s ,
la d e s i n t e g r a c i ó n
se
radiactiva,
d a n d o pué's el tiempo* d e r e n o v a c i ó n d e l a c u í f e r o . C o n este d a to y con el v o l u m e n e s t i m a d o de agua a l m a c e n a d a ,
se c a l c u l a
-
la r e c a r g a .
En el c a s o d e l t r i t i o , el p r o b l e m a ya es algo m á s
p l e j o , ya que sus c o n c e n t r a c i o n e s
p e s e a a d m i t i r un m e z c l a d o
se u n o s d e
los
com-
si h a n sido m u y v a r i a b l e s
t o t a l , p u e d e llegar a
"picos c o r r e s p o n d i e n t e s
,
identificar-
a 1958 y 1963 en la zo
n a de d e s c a r g a .
M o d e l o d e mezclarlo p a r c i a l t
E s t e es u n o d e los casos m á s c o m p l e j o s q u e p u e d e n
aar a p r e s e n t a r s e , ya que entonces p r e v i a m e n t e
t a c i ó n , se han d e realizar
a cualquier
experimentas con trazadores
s á m e n t e a d i c i o n a d o s con el fin d e intentar a v e r i g u a r
da
expre£§
el
c í e n t e de d i s p e r s i ó n d e l a c u í f e r o . C o n este p a r á m e t r o se
den reajustar
lle-
coefi
pue
los tiempos d e t r á n s i t o b a s a d o s en los g r a d i e n -
tes d e c o n c e n t r a c i ó n d e l
isótopo.
M o d e l o de Vogels
V o g e l supone para
su m o d e l o
la e x i s t e n c i a de u n acuífe_
ro libre, con recarga W ( m / a ñ o ) u n i f o r m e y un espesor b c o n s tante.
En e s t a s c o n d i c i o n e s , la edad t del agua a una altura h
d e l zócalo i m p e r m e a b l e , v i e n e d a d a por la
.
t
expresión;
rb
= V
b
i
l n
h
— I — i
h
siendo p la
í
porosidad
b espesor del
acuíferc
h altura d e la toma de m u e s t r a s .
V a r i a n d o p u e s la antigüedad d e l agua en forma
cial r e s p e c t o
la
profundidad.
La edad m e d i a t
siendo p u e s t
=
De forma
ro será t ^
c o r r e s p o n d e r á a una a l t u r a h = b / e -
pb/W.
idéntica la edad en el punto m e d i o d e l
= p - b / W ln2 = 0,693
Conociendo
acuíferc
exponen­
acuífe-
p-b/W.
n ú e s la edad a una altura, h c u a l q u i e r a d e l
la r e c a r g a p u e d e c a l c u l a r s e con las e c u a c i o n e s
-
anterio
res.
Si per el c o n t r a r i o el a c u í f e m
e s t á formado por
rocas
c o m p a c t a d a s , la situación es d i f e r e n t e , en este tipo d e
acuífe
r o s , la p o r o s i d a d d i s m i n u y e con la p r o f u n d i d a d
en forma
exponen
cial v a r i a n d o la edad en f o r m a lineal según
expresión:
t = p ^ . d/W
la
siendo d la p r o f u n d i d a d d e s d e la zona
y
piezométrica
la p o r o s i d a d en la zona m i e z e m é t r i c a .
Por o t r o l a d o , si s i g u i e n d o este m o d e l o , d a t a m o s
agua de una
el
surgencia e v i d e n t e m e n t e hay una m e z c l a de a g u a s , -
p e r o t e n i e n d o en cuenta
desintegración
la h o m o g e n e i d a d
d e l acuífero y
la
exponencial del isótopo, Vogel propone una
reía
ción entre la salida y la edad de salida y Isr edad
el a c u í f e acuífero
des
m e d i a en -
1
T = — ln
1
= — ln
(1 + t )
m
pb
(1 + — )
p u d i é n d o s e c a l c u l a r así
la
recarga.
P r o b l e m a s q u e presenta el cálculo de a n t i g ü e d a d e s
ini-
c i a l e s C O p a r a el C-14 en a n t i g ü e d a d e s de a g u a .
Hay que admitir
que no t o d o s los iones b i c a r b o n a t o
s u e l t o s , provienen de la a t m ó s f e r a ,
lo h a c e n de r o c a s de edad
tanto d i l u y e n
sino que parte de ellos -
superior a los 50.000 años y q u e por
la c o n c e n t r a c i ó n
inicial de C - 1 4 . T a m e r s
indica
q u e t o d o el C O ^ d i s u e l t o m á s la m i t a d d e los c a r b e n a t o s ,
de origen
di
son
biogénico.
Calculando
la edad por la
1 4
i
C muestra)
t = 8035 Irijj
{ ' C patrón)
X
1
í - 8035 ln
4
expresión?
3
+ - 8035 ln
4
(C total) •- V ( C 0 H ~ )
•
I
(C total)
2
3
(C total) - ~ (CO,H~)
(C t o t a l )
8038 es la e x p r e s i ó n t . / l n 2 p a r a el C-14
14
14
(C
m u e s t r a ) y (C
p a t r ó n ) a c t i v i d a d e s para
/ 9
a g u a y p a r a el
la m u e s t r a
de
patrón
V e g e l emplea un c r i t e r i o b a s a d o en r e s u l t a d o s
tales, admitiendo
exper±ren_
que e n t r e el 80 y el 9 0 % está el factor real
d e d i l u c i ó n d e l C - 1 4 , quedando' la e x p r e s i ó n de la edad definJL
d a por la
ecuación;
t = 8035
ln
,14
C C muestra)
(0?83 t 9,05)
Pearson
13
n
c /c .
("^C
patrón)
se b a s a e n la r e l a c i ó n entre isótopos
estables
Si se c o n s i d e r a que casi todo el c a r b ó n i c o d i s u e l t o
el agua e s d e e r i g e n b i o g é n i c c , tendrá una d e s v i a c i ó n
nido de
b
&
por
su c o n t é
respecto al p a t r ó n des
Rm • F.
Suelo
— r
x I D = -(25±2)%
P
p
7
-
R
R_ y P
IEl
p
son las r e l a c i o n e s C
13
/ C
suelo p a t r ó n . Con u n a a c t i v i d a d
12
en el Co_ b i o g é n i c c d e l
2
específica
igual a la d e l c a r ­
b o n o m o d e r n o , los c a r b o n a t e s d e l m e d i o t e n d r á n u n a
c e r o y una actividad e s p e c í f i c a
-
desviación
cero.
13
Por t a n t o , si el agua d i s u e l v e c a r b o n a t e s
ye en idéntica p r o p o r c i ó n que a u m e n t a n
t r a c i ó n , y con
C disminu­
las c a n t i d a d e s de
n a t o s en agua. Por t a n t o , si d e s i g n a m o s c o m o
concentración-debida
S
carbo
(C inicial) 1.a
-
a l c a r b o n o b í o g é n i c o d i s u e l t o en la infil^
(C final) la e x i s t e n t e en la m u e s t r a
en el a c u í f e r o S^^C m u e s t r a
- ( 2 5 í 2)
El v a l o r corregidr
se o b t i e n e m u l t i p l i c a n d o
extraída
-
inicial
-
e s p e c í f i c a del c a r b o n o
-
(C inicial) _ ^
(C final)
de la a c t i v i d a d
la actividad
específica
m o d e r n o por F,
V i n i e n d o , dada
la a n t i g ü e d a d , por la
expresión;
{^"c
t = - 3035 In
muestra)
X-T
F(C
patrón)
El estudie d e los c o n t e n i d o s en o x í g e n o
rio, es muy
interesante,sobre
1C y en d e u t e -
todo si se intentan r e c o n o c e r
c u a l e s sen los o r í g e n e s ."Le las aguas que a p a r e c e n en a l g ú n
po de
ti
surgencia.
A s í P„ e j . se p u e d e n i d e n t i f i c a r aguas que han e s t a d o s o m e t i d a s a un t e r m a l i s m o
aunque
su t e m p e r a t u r a
q u e a p a r e c e n es s u p e r f i c i e sea n o r m a l .
en el zona e n
Esto se debe a que en la zona de fuerte c a l e n t a m i e n t o ,
se p r o ­
duce un n o t a b l e e n r i q u e c i m i e n t o en el c o n t e n i d o de o x í g e n o
el d e u t e r i o p r á c t i c a m e n t e
no se a l t e r a , d e b i d o al
18,
intercambio
i s o t ó p i c o entre el o x í g e n o '^el agua y del m e d i o .
También pueden
fundamentalmente
identificarse aguas muy antiguas
a aue en las g l a c i a c i o n e s c u a t e r n a r i a s las -
aguas i n f i l t r a d a s dieron c o n c e n t r a c i o n e s
estos dos
debido
a n o r m a l m e n t e a l t a s de
isótopos.
T a m b i é n p u e d e n e s t u d i a r s e los o r í g e n e s de agua con
v a d o s c o n t e n i d o s en
cloruros°
Si p r o c e d e n a una intrusión m a r i n a tienen un alto
t e n i d o en ambos
ele
con­
isótopos.
Si son aguas p r o c e d e n t e s de i n f i l t r a c i o n e s , entran e m p o ­
b r e c i d a s en los dos
isótopos.
Si se trata de agua p r o c e d e n t e de lagos h a v una m a y o r abundancia
al
relativa de o x í g e n o 18 r e s p e c t o al d e u t e r i o ,
debido
fraccionamiento.
T a m b i é n p o d e m o s identificar p l e n a m e n t e c u a l e s el
gep de la recarga,
o r
i.
si el agua p r o v i e n e de un lago embalse o
río en los aue fácilmente hay un f r a c c i o n a m i e n t o
por
-
evapora­
c i ó n , p o d r e m o s m e d i r un m a y o r c o n t e n i d o de los dos isótopos ,
q u e si se tratase da aguas p r o c e d e n t e s de p r e c i p i t a c i o n e s
at_
mosfericas.
I g u a l m e n t e p u e d e v e r s e la influencia en la recarga de la fusión de hielos y n i e v e s , ya que con la altitud,
de g e n e r a l m e n t e
se c o n c e n t r a la nieve., se produce una
ción del c o n t e n i d o
isotópico.
lugar
don
disminu­
Por otra parte también
se puede estudiar la
influencia
e s t a c i o n a l en ln i n f i l t r a c i ó n . Ya sabemos que el c o n t e n i d o
iso
t ó p i c o v a r i a estacio.nalmente, c o m p a r a n d o
las
los r e s u l t a d o s de
m e d i c i o n e s d e aguas s u b t e r r á n e a s en c u a n t o a sus c o n t e n i d o s
isotópicos y las d e las aguas
superficiales.
-
ZOm.
NO
R e s u l t a de m a r c a d o
SATURADA
ínteres poder m e d i r
la m i g r a c i ó n
de
la h u m e d a d en la zona no s a t u r a d a , ya q u e el c o n o c i m i e n t o de este d a t o n o s p e r m i t e c o n o c e r
la ir¡fíltración y la r e c a r g a .
B a s á n d o n o s e n el empleo de f u e n t e s d e r a y o s g a m m a , y es
tudiando
la a t e n u a c i ó n de la radiación p o d e m o s llegar a r e s u l -
tados p o s i t i v o s en las m e d i d a s .
No o b s t a n t e también
se emplean t r a z a d o r e s
radiactivos.
D e b i d o a las p e c u l i a r i d a d e s d e l flujo en esta zona,
hace n e c e s a r i o u t i l i z a r
solamente trazadores
incorporados
r e c t a m e n t e a la m o l é c u l a d e agua, es d e c i r , isótopos d e l
no y d e l
d_i
exige
hidrógeno.
De todos
los isótopos ufcilizables, el
el t r i t i o , y a que puede m e d i r s e
quiriendo
se
el oxígeno
HSS
adecuado
es
f a c i l m e n t e por c e n t e l l e o , r e -
18 y el d e u t e r i o c o s t o s a s m e d i d a s e n e s ~
p e c t r ó g r a f o s de m a s a s .
Por t a n t o , se emplea c a s i e x c l u s i v a m e n t e
el t r i t i o .
El agua t r i t i a d a se inyecta en la zona no saturada
una cierta p r o f u n d i d a d
y b a s t a n t e s puntos s e p a r a d o s entre
A l c a b o de cierto tiempo
solapamiento
sí.
se p r o d u c e , d e b i d o a la d i f u s i ó n ,
un
entre las zonas i n y e c t a d a s de forma q u e q u e d a
el
trazador d i s t r i b u i d o m a s o m e n o s
La inyección
segün u n
se ha de realizar
plano.
siempre por d e b a j o de la
zona de suelo v e g e t a l y de tal m a n e r a que la e v a p o r a c i ó n
prácticamente
a
nula.
sea
-
Posteriormente
se r e a l i z a n p e r f o r a c i o n e s por d e b a j o de
la capa m a r c a d a d e forma tal que e x t r a y é n d o s e el agua de
las
m u e s t r a s , se d e t e r m i n e el p i c o d e m á x i m a a c t i v i d a d con el des_
plaza
iento del agua y la d i s p e r s i ó n d e la zona m a r c a d a
(fig.3).
Por supuesto q u e las c o n s i d e r a c i o n e s h a s t a ahora reali_
z a d a s son sobre un plano p u r a m e n t e t e ó r i c o , ya que en e l plan
teamiento
inicial se ha supuesto u n proceso p e r f e c t a m e n t e
t r a t i f i c a d o y d o n d e no h a y m e z c l a d e l agua t r i t i a d a c o n
es
otras
aguas ascendentes o d e s c e n d e n t e s . Por tanto con el fin de d i s m i n u i r los m á r g e n e s de e r r o r e s , se ha de a u m e n t a r en lo p o s i b l e e l área m a r c a d a c^n el fin d e que p u e d e c o n s i d e r a r s e
repre
s e n t a t i v a de la zona a e s t u d i a r .
I g u a l m e n t e se ha de c o n t r o l a r el p r o c e s o d u r a n t e un
tiempo bastante prolongado
se p u e d e o b t e n e r e r r o r e s
—
inferiores
al 1 0 % .
De t o d a s f o r m a s , se ha de admitir q u e se p r o d u c e u n a
¿
d i s p e r s i ó n de la zona m a r c a d a , d i s p e r s i ó n q u e se puede a t r i buir
a las causas
siguientes:
Intercambio m o l e c u l a r
entre el agua estática y d i n á m i -
ca, p u e d e n r e t r a s a r s e las m o l é c u l a s d e agua
tritiada.
D i f e r e n c i a de c o n d u c t i v i d a d d e los p o r c s .
Difusión
molecular.
Hoy día se t i e n d e a estudiar
t e r m o n u c l e a r , cem^ ya se v i o .
la d i s p e r s i ó n d e l
tritio
ZONA
SATURADA
Donde r e a l m e n t e se alcanzan r e s u l t a d o s v e r d a d e r a m e n t e
l l a m a t i v o s y e x a c t o s con el empleo d e t r a z a d o r e s , es e n el
tudio d e la zona
es
saturada.
A s í pueden o b t e n e r s e d a t o s r e s p e c t o a los
siguientes
problemas °
D e t e r m i n a c i ó n de p a r á m e t r o s ! P o r o s i d a d e f i c a z ,
lidad, t r a n s m i s i b i l i d a d
permeabi
y dispersi-
vidad„
Estudio del comportamiento
hidrodinámico: Velocidad
ho-
r i z o n t a l , sentido de d e s p l a z a m i e n t o ,
m e d i d a d e flujos v e r t i c a l e s en
pie
zómetros.
Medida de la p o r o s i d a d
eficaz;
Se bombea en el pozr d u r a n t e cierto tiempo
agua a caudal
c o n s t a n t e , se inyecta el trazador por el p i e z ó m e t r o
la d i s t a n c i a r del p o z o
situado
a
(fig. 3 ) .
Para r u é la m e d i c i ó n
sea correcta
se ha d e e l i m i n a r
toda
eficaz d e un c i l i n d r o
de
e l agua no ligada al m e d i o .
Obtendremos
así la p o r o s i d a d
radio r y altura b , siendo b la p o t e n c i a del a c u í f e r o . Este v o
lumen e q u i v a l e al p r o d u c t o d e l
v o l u m e n del c i l i n d r o m u l t i p l i 2
cade por la p o r o s i d a d eficaz s V = Tr b s .
Si f¿l t r a z a d o r t a r d a un tiempo t en llegar al pozo d e bombeo m e d i d o d e s d e el tiempo d e inyección
ífig. 4 ) , se tendrás
Las c o n d i c i o n e s o p e r a c i o n a l e s e x i g i d a s son las
siguien-
L í n e a s de flujo p i e z ó m é t r o - p o z o d e bombeo han d e ser ra
d i a l e s , p a r a ello la v e l o c i d a d
p r o d u c i d a por el b o m b e o ha d e -
ser m a y o r que la d e l flujo n a t u r a l d e l a g u a , por tanto la
dis_
tancia r habrá d e ser lo b a s t a n t e p e q u e ñ a c o m o p a r a que se cum
p í a esta
condición.
El v o l u m e n d e l c o n o d e d e p r e s i ó n c r e a d o por la
de ser pequeño
bomba,ha
en r e l a c i ó n con el v o l u m e n d e l c i l i n d r o d e radio
r y altura b , lo que exige q u e la p o t e n c i a d e l a c u í f e r o sea m e
ñor que la d i s t a n c i a
Lógicamente
r.
se c o n s i d e r a r á un m e d i o isótropo en lo q u e
a p o r o s i d a d y permeabilidad
se r e f i e r a .
E l pozo de bombeo d e b e r á d e alcanzar el zócalo
impermea
b l e y su diámetro despreciable en relación con la d i s t a n c i a
pe
zo-piezómetro.
A pesar d e las c o n s i d e r a c i o n e s
anteriormente
apuntadas,
p u e d e n p r o d u c i r s e e r r o r e s , f u n d a m e n t a l m e n t e d e b i d o a la falta
d e i s o t r o p í a d e l m e d i o . E s t a s i s o t r o p í a s se p o n d r á n
fácilmente
d e r e l i e v e r e a l i z a n d o e s t a m e d i d a en o t r o s p u n t o s y
observando
si se d e s v í a n m u c h o entre sí los v a l o r e s h a l l a d o s ? e n
d e que así sea no se puede tomar
t i v o , la porosidad m e d i a o b t e n i d a
cienes.
s i g u i e r a cerno d a t o
el caso
-
representa
a p a r t i r d e v a r i a s determina^
T, v e c e s u n a porosidad
eficaz a n o r m a l m e n t e g r a n d e
orien­
t a d a en u n a m i s m a d i r e c c i ó n , trar> v a r i a s m e d i c i o n e s en v a r i o s
p i e z ó m e t r o s a l i n e a d o s debe i n t e r p r e t a r s e
una d i s c o n t i n u i d a d
importante
tipo
C o m o m e d i d a de seguridad
como la p r e s e n c i a
falla.
y con el fin d e evitar
la a b ­
sorción d e l m a t e r i a l m a r c a d o per p a r t í c u l a s d e l m e d i o , es
interés r e a l i z a r
inyecciones
de
simultáneas con trazadores
de
diferen
tes.
Si se trata d e m e d i o s muy heterogéneos, c o n d u c t i v i d a d
m a s a c por fisuras
importantes,- el agua llegará al pozo de bom
b e o por una serie de v í a s d i f e r e n t e s y en el r e g i s t r o
aparece­
rán v a r i o s p i c o s d e s f a s a d o s entre s í , i n d i c a d o r e s d e las
llega­
das de aguas m a r c a d a s en d i f e r e n t e s tiempos a causa d e las
ferentes
en
di_
l o n g i t u d e s r e c o r r i d a s , por supuesto q u e en estos casos
no se p o d r á d e t e r m i n a r
la
porosidad.
P E R M E A B I L I D A D Y TR A N S M I S I B I L I D A D
A c u í f e r c h o m o g é n e o no c o n f i n a d o
(método W i e w e n g a ) ( f i g . 5)
Se bambea, agua d e s d e el pozo
se inyecta trazador
el p i e z ó m e t r e
1 y se m i d e en los p i e z ó m e t r o s
riódica, desplazando verticalmente
por
2 y 3, en forma pe
el d e t e c t o r para d e t e c t a r
-
la n u b e de trazador que se d e s p l a z a p a r a l e l a a la superficie
-
piezométrica obteniéndose
las curvas d e la
(fíg. 6) p a r a
distin
tos t i e m p o s . Los m á x i m o s c c i n c i d e n t e s en la v e r t i c a l , nos d a n
la p r o f u n d i d a d d e l c e n t r o d e la nube del trazador en c a d a uno d e
los p i e z ó m e t r o s . La r e l a c i ó n
(h
2
- h^/tr^-r-j),
nos d a el
d i e n t e h i d r á u l i c o entre los p i e z ó m e t r o s . Por otro lado,
c u r v a s de la figura 1, nos dan
las c o n c e n t r a c i o n e s
del trazador y por tanto p o d e m o s obtener
en la d i s t a n c i a
gra
las
integradas
la v e l o c i d a d m e d i a V^j
r^-r^.
La permeabilidad
P se o b t i e n e a p a r t i r d e la fórmula
de
Darcy.
La porosidad
s se puede o b t e n e r en forma análoga a c o m o
la o b t u v i m o s en el caso
anterior.
Las únicas c o n d i c i o n e s e x i g i d a s por este m é t o d o son: lí_
n e a s Oe flujo d e l trazador p a r a l e l a s a las líneas de flujo y gue el trazador c e b e d e inyectarse ni muy cerca del sustrato
p e r m e a b l e , ni muy cerca de la superficie
impermeable.
im
ACUÍFERO
ESTRATIFICADO
S u p o n g a m o s un a c u í f e r o con c a p a s d e p e r m e a b i l i d a d e s di.
ferentes,; si no e x i s t e una capa
impermeable q u e las divida
d o s zonas c l a r a m e n t e d i f e r e n c i a d a s , es muy d i f í c i l
p e r m e a b i l i d a d e s m e d i a n t e ensayos de
en
obtenerlas
bombeo,
M E R C A D O y H A L E V Y han c r e a d o una t é c n i c a que p e r m i t e
terminar
las p e r m e a b i l i d a d e s de las d i f e r e n t e s c a p a s
Para e l l o , en el p i e z ó m e t r o
de
(fig. 8 ) .
1 q u e sélo p e n e t r a en capa
s u p e r i o r , se inyecta un t r a z a d o r y 3 e bombea a c a u d a l
constan
te Q, que estará formado por a p o r t a c i o n e s de las dos c a p a s .
M e d i a n t e un c o n t r o l c o n t i n u o , se d e t e r m i n a el tiempo
t^ h a s t a la llegada d e l t r a z a d o r . A d m i t i e n d o
d r i c a en el bombeo
= Qt,
I
:
ya que
b
V
=
2
Qt
2
y
2,
* l l l
r
cilin-
tendremos;
V - volumen
V
simetría
-
S
Q
$1
en la 2^
7ix -K
-¡ ¡n^
11
V
2
2 ,
0
* 2 2 2&
=
r
- b
S
inyección
t. = i
y como c a u d a l e s
proporcionales
son
a
transmisibilidades;
V
V
l
= 1 r r
l
b
l
s
l
T
-
1
= T (
V
l
r
l
r
h
l
S
2
2
b
S
l
2
+
1)
T se o b t i e n e del
e n s a y o d e bom-
l
beo ,
V
2
= « | b
2
s
2
-
V
T
2
= T (•
V
T = T- + T„
1
/.
2
r
l
r
l
b
2
b
l
5
2
S
1
+
1)
2
•=— se o b t i e n e de
2
los
de
testigos
sondeo.
VELOCIDAD
HORIZONTAL
E l caudal de agua quo c i r c u l a a t r a v é s
S d e u n acuífero de porosidad
V
fc
de una
sección
p,se relaciona con la v e l o c i d a d
a la que se d e s p l a s a un trazador ideal 0 = V ^ - P ^ S ,
empleán­
dose la p o r o s i d a d total en v e z d e la e f i c a z , ya que el
dor
se m e z c l a con la totalidad d e l agua
v
t
"P
traza­
existente.
se d e n o m i n a v e l o c i d a d d e filtración
y se p o d r í a co
nocer a partir del g r a d i e n t e h i d r á u l i c o y la p e r m e a b i l i d a d
acuífero mediante
la e c u a c i ó n d e Darcy, pero la d e t e r m i n a c i ó n
exacta d e la p e r m e a b i l i d a d
es c o s t o s a ,
De aquí q u e se p r e f i e r a
se emplean
del
según t r e s m é t o d o s
problemática.
el empleo de t r a z a d o r e s ,
estos
básicos.
M é t o d o el tiempo de t r á n s i t o , b a s a d o e n e l t i e m p o
t a r d a el trazador en llegar d e l pozo d e inyección
a una
de p i e z ó m e t r o s , que se d i s p o n e n a l r e d e d o r d e l p o z o d e
que
serie
inyec­
ción y a q u e el sentido d e l flujo no se suele c o n o c e r con t o t a l
precisión.
M é t o d o de d i l u c i ó n . Se o b t i e n e la v e l o c i d a d
ción h o r i z o n t a l
con la d i s m i n u c i ó n
de
circula­
en función d e l tiempo d e
c o n c e n t r a c i ó n d e t r a z a d o r c o l o c a d a en el
la
piezómetro.
M é t o d o de b o m b e o . Se i n y e c t a el t r a z a d o r , se d e j a trans_
currir u n c i e r t o tiempo
para que el t r a z a d o r se separe una
t a n c i a d e l p i e z ó m e t r o y esta d i s t a n c i a
se d e t e r m i n a
por
&is
bombeo.
Es un m é t o d o similar al e m p l e a d o para el c á l c u l o d e la d i s p e r sividad.
El m é t o d o n á s e m p l e a d o
te se empleó
ruro
sódico.
es el d e d i l u c i ó n , que
inicialmen
por su autor G.J. O O C H E R I N , con s o l u c i o n e s d e
cío
M é t o d o de d i l u c i ó n :
Principio
básico
Sea un tramo d e la columna de
(fig„
agua
9) de d i á m e t r o d
de
altura
h
Se inyecta t r a z a d o r en una
concen­
tración C
Se supondrá que se cumplen
guientes
condiciones:
1) Flujo
estacionario
las
si.
TTd^
2) El v o l u m e n
=—^— h,
c o n s t a n t e m e n t e con
centración de
permanece
la m i s m a
trazador
3) La salida d e l t r a z a d o r del
men V
con­
volu
, sólo tiene lugar a c a u ­
sa deT flujo h o r i z o n t a l de velc_
cidad
dV.
La v a r i acción d e la c o n c e n t r a c i ó n C de trazador
lumen
f
en funcic,n del tiempo
1 de
dV
at
dt
en el ve
serás
dV
ahora b i e n , ^ - = Q; el
Q que c i r c u l e por u n a
caudal
sección
S = hd
Por lo tanto
dV
siendo V
= O = V
dt
s
hd
la v e l o c i d a d del
agua
que c i r c u l a por la sección
S=hd
De las dos e x p r e s i o n e s a n t e r i o r e s
se d e d u c e ;
de
Va hd
—
=
dt
C
Ve
e
V
ln Ct = ~
integrando
hd
t + ln C e , c bien
Vr
Ct
V
hd
ln —
= _ _ü
t
Co
Vo
Ct
V
hd
—
= e" —
t
Ce
Vo
6
La v e l o c i d a d V
so r e l a c i o n a con la del a c u í f e r o m e d i a n
s
—
V
= «v .
s
t
te un factor a
Siendo este factor
la r e l a c i ó n
p i e z ó m e t r o y el caudal en una
entre el c a u d a l en el
sección
-
igaul a S en el acuífero,
El p i e z ó m e t r o al instalarse p r o d u c e , i n d u d a b l e m e n t e , per
t u r b a c i o n e s en el
flujo.
El c o e f i c i e n t e
DROST.
(fig. 1 0 ) , ha sido i n v e s t i g a d o
por
que da un v a l o r ;
2
r
2
1
r
permeabilidad del
í
2'
2
K
( 1
r
2
^K7
2
)
( _
r
2
3
tub^
permeabilidad del medio
permeabilidad
del
Si no hay r e l l e n o r
relleno
= r_
y
r
l
= K
+
?
"5"
r
3
K„
2
K'
1
r
1
2
r»
,r
2
2 " 2
r
r
3
3
a
=
d F ó r m u l a de
7
1 +
2
r
K
.A
2
r
+
_1
(
i - _L
2
K
1
2
Si no hay tubo
r
.
a =
OGILVI
T É C N I C A DE
TRABAJO
N o r m a l m e n t e , el v o l u m e n de m e d i d a V
se acota d e n t r o
del
o
p i e z ó m e t r o por d o s t o p e s a c c i o n a d o s por a i r e c o m p r i m i d o , el sis_
t e m a de m e d i d a , c o n t a d o r Geiger M u l l e r o de c e n t e l l e o , va
d o en esta zona, el t r a z a d o r se inyecta a c c i o n a d o
por una ampolla
que se
sitúa
por u n m o t o r ,
rompe,etc.
El f u n d a m e n t o d e la c o l o c a c i ó n de los c i e r r e s , e s t á
en
evitar flujos v e r t i c a l e s d e n t r o d e l p i e z ó m e t r o . A v e c e s se a c o pla un a g i t a d o r e l é c t r i c o , p a r a h o m e g e n e i z a r r á p i d a m e n t e
la mez_
cía.
Este sistema, posee el i n d u d a b l e p r o b l e m a d e que al e s tudiar a c u í f e r o s
muy h o m o g é n e o s
lecturas y por lo tanto do
se han de hacer gran número
marcados
Los c i e r r e s sólo están..dimensionados
d é o s d e un d e t e r m i n a d o
de
para actuar en son
diámetro.
En v i s t a d e estos p r o b l e m a s , ha sido d i s e ñ a d o por el G a
b i n e t e de A p l i c a c i o n e s N u c l e a r e s a las O b r a s P ú b l i c a s un
nioso
inge-
sistema que une la b a r a t u r a m a t e r i a l , a la simplicidad
a p l i c a c i ó n y a la po-sibilidad de estudiar t o d a la c o l u m n a
a g u a con u n solo
trazado.
En e s e n c i a , consta do un t u b o largo d e
plástico
lastrado por el que se inyecta
lución r a d i a c t i v a
continuación,
la so
llenándolo c o m p l e t a m e n t e . A
se extrae
lentamente el t u b o , -
c o n ' l o cual se d i s t r i b u y e u n i f o r m e m e n t e
zador por t o d a la c o l u m n a
(fig. 1 1 ) .
eltra
de
de
Posteriormente
saltes el d e t e c t o r ,
se v a subiendo a
la amplitud
de
los
saltos está c o n d i c i o n a d a al xr.ayn-r o m e
ñor
grado d e h e t e r o g e n e i d a d
ponga al
que se su
acuífero.
Se emplean dos r e g i s t r a d o r e s ,
U n o registra
los d a t o s d e l d e t e c t o r
otro una señal d e c o r r i e n t e v a r i a b l e
con la
y
-
profundidad.
Si la v e l o c i d a d
fuera tan
eleva
da q u e impidiese el r e g i s t r o por
haber
se e l i m i n a d o el trazador a n t e s de
d u c i r el d e t e c t o r ,
introducir
intro
lo q u e se h a c e es
-
tubo cen t r a z a d o r y detector
simultáneamente,
llevando la subida
del
d e t e c t o r d e s f a s a d a en r e t r a s o de la su
b i d a d e l tubo con el t r a z a d o r
E s t a técnica
depender
(fig. 1 2 ) .
se h a r e v e l a d o ú t i l í s i m a , ya que no
hace
la i n s t a l a c i ó n d e l d i á m e t r o d e s o n d e o . Su m a n e j o
simplísimo. Los resultados
es
se o b t i e n e n con gran r a p i d e z .
C u a n d o se t r a t a de a c u í f e r o s e s t r a t i f i c a d o s o con
rocas
m u y c o m p a c t a s con flujos r á p i d o s l o c a l e s , a p a r e c e n b l a n c o s
trazador en estos
de
lugares.
C u a n d o existen flujos v e r t i c a l e s en el piezómetro,, e s t e
m é t o d o no es v á l i d o a u n q u e podría v e r i f i c a r s e este s i s t e m a
en
tubando con t u b e r í a r a n u r a d o sólo en el n i v e l q u e se q u i e r e
in
vestigar.
M É T O D O DE
ACUÍFERO
BOMBEO
HOMOGÉNEO
En un p o z o , s o m e t i d o a r e c a r g a a r t i f i c i a l con el fin d e
e v i t a r flujos v e r t i c a l e s , se inyecta un t r a z a d o r . T r a s e s t a in
y e c c i ó n de t r a z a d o r , se inyecta una cantidad d e a g u a d e t e r m i n a
da, con el fin d e que p e n e t r e el trazador en el
acuífero.
Se d e j a a c o n t i n u a c i ó n en r e p o s o el sistema un tiempo
t. T r a s e s t e t i e m p o , a c o n s e c u e n c i a d e l flujo n a t u r a l e l
-
traza
dor h a b r á sido t r a n s p o r t a d o u n a cierta d i s t a n c i a rm d e l pozo .
Se c o m i e n z a el b o m b e o
a caudal c o n s t a n t e Q. Por m e d i a c i ó n
con-
tinua de a c t i v i d a d e s , se c a l c u l a la curva de r e c u p e r a c i ó n
de
t r a z a d o r . Si a c e r t a m o s u n a simetría c i l i n d r i c a del b o m b e o ,
el
trazador h a b r á r e c o r r i d o
la d i s t a n c i a s
Qt
rm
^bs
t es el t i e m p o t r a n s c u r r i d o d e s d e el comienzo d e l
bombeo
s es la porosidad, eficaz
b es la p o t e n c i a d e l
acuífero
r m s e r í a en n u e s t r o caso la velocidad d e d e s p l a z a m i e n t o
T
del
agua
A h o r a b i e n , ¿cual es el tiempo t q u e se ha de t o m a r ? .
A l g u n o s a u t o r e s r e c o m i e n d a n tomar el tiempo h a s t a el m á
x i m o d e la c u r v a de
recuperación.
A h o r a b i e n , este tiempo nc es el m á s a d e c u a d o , d e b i d o a
que e l trazador
sufre una d i s p e r s i ó n radial y las s u c e s i v a s por
c i e n e s de a g u a e x t r a í d a s de cada
zona al extraer un cierto
lumen, llevaran el trazador cada vez
m a s d i l u i d o . Se
recomien­
da tomar el tiempo t r a n s c u r r i d o h a s t a la r e c u p e r a c i ó n del
cuenta por cien del trazador
ACUÍFEROS
vo­
cin­
inyectado,
ESTRATIFICADOS
Si se trata de a c u í f e r o s
estratificados;, la d e t e r m i n a ­
ción de la v e l o c i d a d h o r i z o n t a l no puede r e a l i z a r s e con las pre
misas
anteriores.
La única c o n d i c i ó n que d e b e n de cumplir
los d o s a c u í f e r o s ,
es que d e b e n de tener p e r m e a b i l i d a d e s muy d i f e r e n t e s ,
La
interpretación d e los r e s u l t a d o s
el m é t o d o de M . B O R O W C Z Y K
ración del
50% de t r a z a d o r
2 . - Con estéis tiempos
se h a r á de a c u e r d o
a base de a p r o x i m a c i o n e s
1.- En cada una d e las e s t a c i o n e s
se d e t e r m i n a
y
se c a l c u l e n
k^,.
con
sucesivas.
el tiempo de
recupe
.
las d i s t a n c i a s a que se habría
. d e s p l a z a d o el trazador s u p u e s t o el a c u í f e r o u n i f o r m e
-
obtendre­
m o s así r^ y r^
bs
si t^ y t^
bombeo,
son lo-s tiempos t r a n s c u r r i d o s entre la inyección y e l
las v e l o c i d a d e s
serán;
V
l
r
= l
3»- A partir d e l g r a d i e n t e h i d r á u l i c o
se c a l c u l a n m e d i a n t e
correspondientes
7 t
I
y
V
2
=
V*2
I y de la porosidad m e d i a
la e c u a c i ó n de D a r c y las
a cada v e l o c i d a d :
p,
permeabilidades
v
-
4 „ - De las
V
l
ecuaciones?
r
=
* l
b
l
S
T
l
/
T
r
Be c a l c u l a n
V
2
T
1
r
=
=
* l
T
4-
1
b
2
S
T
2
Q t
2 =
l
T
' 2
r
y
x
r
^
b
S
* l l
2
T
2
2
r
2
Qt
=
2
T
,b s (l ^)
2
C o n los e s p e s o r e s cíe arabas c a p a s
cuenta ques
-
T
l
l
l
b
= l
K
l
y
2
+
y teniendo en
-
j
^2
=
b
2
K
2
se c a l c u l a n n u e v e s v a l o r e s de r^ y r^. Con estos v a l o r e s se r e calculan
5.- Con
y V,> (segunda
los v a l o r e s de
aproximación)„
y V^r
se r e c a l c u l a n d e n u e v o
se v u e l v e de nuevo a calcular r^ y r
2
p e n d i e n t e s a cada e s t r a t o
corres
y
Este m é t o d o es sólo a p l i c a b l e , si en la curva d e
aparecen d o s m á x i m o s
,
(operación 4) y e s t o s
y T-J,- nos dan las v e l o c i d a d e s
v a l o r e s d i v i d i d o s por
ción
y
recupera
i n d i c a t i v o s d e las r e c u p e r a c i o n e s
su
c e s i v a s d e l trazador de c a d a una de las d o s c a r g a s . De esto
se
d e r i v a la p r e m i s a inicial de dos n i v e l e s de p e r m e a b i l i d a d m u y
distintas„
-
F L U J O S V E R T I C A L E S DE LOS PIEZO?*FTROS
F r e c u e n t e m e n t e se p r o d u c e n flujos v e r t i c a l e s en los pie
zómetres?
éstos flujos an g e n e r a l se d e b e n a q u e el
c o m u n i c a v a r i o s a c u í f e r o s e n t r e sí o bien no e s
piezómetro
rigurosamente
vertical.
C o m o se pueden d e t e r m i n a r
dioisótopos
éstos
f á c i l m e n t e con a d i c i ó n de r a ­
flujos,, el m é t o d o se emplea m u c h o , y a
p e r m i t e n o b t e n e r las s i g u i e n t e s
L o c a l i z a c i ó n d e zonas
que
informaciones;
permeables
D e t e r m i n a c i ó n d e c a u d a l e s de salida y e n t r a d a d e las d i
ferantes
zonas
C a n t i d a d d e agua
intercambiada
entre ambas
D e t e r m i n a c i ó n d e las d i f e r e n c i a s d e nivel
e n los
piezométrico
acuíferos
P e r f i l de
Para
zonas
la P e r m e a b i l i d a d d e la zona en
la o b t e n c i ó n de
res de centellee^ c o n e c t a d o s
conecta a un registrador
los d a t o s
f
estudio.
se colocan d o s d e t e c t o ­
a un sistema de m e d i d a el cual
gráfico
se
(fig. 1 3 ) , se inyecta el tra
zador por d e b a j o de los d.~s d e t e c t o r e s y o b s e r v a d o el tiempo
t r a n s c u r r i d o entre los ^os p i c o s
c i d a la d i s t a n c i a
-
d e l indicador g r á f i c o y cono
entre los d e t e c t o r e s , se c o n o c e la v e l o c i d a d
y c o n o c i d a la sección, se conoce el c a u d a l ; a u n q u e no se c o n o ­
ciera
la s e c c i ó n se podría calcular el c a u d a l , simplemente
c u l a n d o el n ú m e r o total d e c u e n t a s r e g i s t r a d a s por el
i n y e c t a n d o u n a actividad
Utilizando
c o n o c i d a A. 0 = ™
otros dos d e t e c t o r e s
cal
contador
.
se puede d e t e r m i n a r
la
cantidad d e agua que p u e d e p e n e t r a r en el p i e z ó m e t r o en la z o ,
na c o m p r e n d i d a
entre
ambos.
D I R E C C I Ó N Y SENTIDO DEL F L U J O
E x i s t e n numerosos a c u í f e r o s donde nr se d i s p o n e d e l m a p a de i s o p i e z a s q u e nos d a
la d i r e c c i ó n y sentido d e l flujo
también p u e d e o c u r r i r q u e exista u n g r a d i e n t e h i d r á u l i c o
extre
m a d a m o n t e b a j o que nos impida d e t e r m i n a r l o , en estos c a s o s
sultán de gran utilidad
los t r a z a d o r e s
Se han p r o p u e s t o n u m e r o s a s
desde la superficie?
re
radiactivos.
técnicas:
Un d e t e c t o r c o l i m a d o , u n i d o r í g i d a m e n t e al v a r i l l a j e
se va girando
f
la r e s p u e s t a
m á s alta
que
nos
indica la zona hacia d o n d e fluye el agua m a r c a d a .
Una v a r i a n t e es i n c o r p o r a r un p e q u e ñ o m o t o r al
con c o l i m a d o r , el m o t o r hace girar
da, p e r m a n e c i e n d o fijo el tren d e
detector
a saltos el a p a r a t o de medi^
sondeo.
O t r a s v e c e s , sobre todo en sondees d e g r a n d i á m e t r o , den
d e e s fácil o b t e n e r d a t o s e r r ó n e o s , se coloca el d e t e c t o r en
un
r e s o r t e q u e le obliga a g i r a r p e g a d o a la pared d e l s o n d e o , o - .
bien a v a r i o s d e t e c t o r e s f o r m a n d o un c i l i n d r o de d i á m e t r o
r a m e n t e inferior al del
lige-
sende^.
T
P. W u r z e l y P. Ȓard han p r o p u e s t o un sistema
ingenioso y
simple- q u e c o n s i s t e en emplear u n trazador d e c r o m o , la i n y e c ción se r e a l i z a
muy
l e n t a m e n t e , d e forma que en las zonas
den
d e se acumula el trazador hay una m a y o r fijación del c r o m o por
desplazamiento
e l e t r ó l i t o en el c a b e z a l de i n y e c c i ó n , e s t e c a b e
zal luego se corta en p o r c i o n e s
tividad.
l o n g i t u d i n a l e s y se m i d e la a c -
Jo N I E M C Z Y H O W I C S , ha e m p l e a d o con éxito una película
tcgráfica
que se i n t r o d u c e d e s p u é s d e h a b e r inyectado el
fo
traza
d o r , en un c i l i n d r o de p l o m o c o a x i a l al e j e del s o n d e o . Se o b ­
t i e n e n en g e n e r a l r e s u l t a d o s b a s t a n t e s i m i l a r e s a
los de
los
otros métodos.
C o n este sistema se o b t i e n e n e r r o r e s d e u n o s 10 g r a d o s ,
a c t u a l m e n t e su empleo está
profundidades
limitado- s o l a m e n t e a sondeos
con
i n f e r i o r e s a los c i n c u e n t a m e t r o s . U n p r o b l e m a
r a d i c a r í a en los flujos v e r t i c a l e s q u e tendrían q u e
con sistemas d e
cierre.
-
eliminarse