El nivel freático es la superficie de un acuífero libre en la que la presión del agua es igual a la atmosférica. El nivel piezométrico o cabeza hidráulica indica la altura que alcanzaría el agua en un piezómetro conectado a un punto del acuífero, respecto de un datum. Un pozo en reposo mide el nivel estático del intervalo que capta; eso no hace equivalentes ambos conceptos.
Niveles freáticos y piezométricos en acuíferos libres y confinados.
A continuación se explican sus diferencias, la forma correcta de medirlos y la información necesaria para interpretar una lectura de aguas subterráneas.
Diferencia entre nivel freático y nivel piezométrico
| Criterio | Nivel freático | Nivel piezométrico |
|---|---|---|
| Qué representa | El límite superior de la zona saturada en un acuífero libre. | La cabeza hidráulica de un punto o intervalo del acuífero. |
| Condición de presión | La presión del agua es igual a la atmosférica. | Combina elevación y presión respecto de un datum. |
| Dónde se usa | Principalmente en acuíferos libres. | En acuíferos libres o confinados, siempre asociado al intervalo medido. |
| Lectura de campo | Pozo de observación comunicado con la parte superior del acuífero libre. | Piezómetro o pozo con intervalo filtrado conocido. |
¿Cuándo pueden coincidir?
En un acuífero libre, bajo condiciones estáticas, un pozo correctamente terminado cerca de la parte superior saturada puede registrar una cabeza hidráulica muy próxima al nivel freático. En un acuífero confinado, el agua del pozo puede subir por encima del techo del acuífero e incluso sobre la superficie del terreno; esa lectura corresponde al nivel piezométrico, no a una tabla de agua.
Nivel freático
El nivel freático, también llamado tabla de agua o napa freática, es la superficie superior de la zona saturada en un acuífero libre. Puede intersectar la superficie y relacionarse con lagos, ríos, manantiales y pantanos. Su profundidad cambia con la recarga, las temporadas secas y lluviosas, la permeabilidad del medio y el caudal extraído.
Localización del nivel freático en las aguas subterráneas.
¿Cómo se mide el nivel freático?
Se mide en un pozo de observación comunicado con el acuífero libre, mediante cinta eléctrica, cinta metálica o un sensor de presión. La lectura debe tomarse desde un punto de medición permanente en el brocal y referirse a un datum conocido. Antes de interpretarla se deben registrar el acuífero y el intervalo filtrado, la fecha y hora, el estado de bombeo y el tiempo necesario para que el agua se estabilice.
La franja capilar puede permanecer húmeda o saturada por encima del nivel freático, pero allí la presión del agua es menor que la atmosférica. Por eso el límite superior de la franja capilar no debe confundirse con la tabla de agua.
Un tensiómetro mide el potencial matricial o la presión negativa del agua en el suelo no saturado mediante una copa cerámica porosa y un vacuómetro o transductor. No mide directamente el nivel freático.
¿Cómo se calcula la cota del agua?
La elevación o cota del agua se calcula como cota del punto de medición - profundidad al agua. Si el brocal tiene una cota de 100 m sobre el datum y el agua se encuentra a 3 m bajo ese punto, la cota del agua es 97 m. Para comparar varios pozos, todas las cotas deben usar el mismo datum.
Nivel estático, nivel dinámico y abatimiento
El nivel estático se registra cuando el pozo está en reposo y recuperado. El nivel dinámico se mide durante el bombeo. La diferencia entre ambos es el abatimiento. Una lectura tomada durante extracción no debe compararse como si representara el nivel estático regional.
Nivel piezométrico
El nivel piezométrico expresa la cabeza hidráulica de un punto de los acuíferos. En un acuífero libre, la superficie piezométrica coincide aproximadamente con la tabla de agua cuando no existe un gradiente vertical importante. En un acuífero confinado representa la altura hasta la cual sube el agua en un tubo o pozo conectado al intervalo medido. Cada lectura debe asociarse a la profundidad filtrada, al datum y al momento de medición.
Esquematización del concepto de nivel piezométrico
Para flujo subterráneo, cuando la cabeza de velocidad es despreciable, la cabeza hidráulica se expresa como h = z + p/(ρw·g), donde:
- h es la cabeza hidráulica o nivel piezométrico respecto del datum.
- z es la cabeza de elevación del punto medido.
- p es la presión manométrica del agua.
- ρw es la densidad del agua y g es la aceleración de la gravedad.
En la tabla de agua la presión manométrica es cero, por lo que la cabeza hidráulica coincide con la elevación de esa superficie.
¿Cómo se realiza la medición del nivel piezométrico?
Un piezómetro mide la presión o la altura del agua en un intervalo específico. Puede ser un tubo abierto, un sistema hidráulico, un sensor de cuerda vibrante o un transductor eléctrico. Para comparar lecturas, los instrumentos deben captar la misma unidad hidrogeológica y sus resultados deben convertirse a una cota común.
Corte trasversal de un acuífero donde se observa la instalación de un Piezómetro al interior de un sondeo vertical.
No existe un diámetro máximo universal de 5 mm para todos los piezómetros. El diámetro, la longitud del filtro, el material poroso y el tiempo de respuesta dependen del objetivo, el tipo de sensor y la permeabilidad del terreno. Un tubo abierto mide cabeza positiva; la succión o presión negativa requiere un instrumento diseñado para ese rango y no demuestra por sí sola una entrada de fluidos externos.
¿Cuáles son los principales tipos de instrumentos que se usan en la medición del nivel piezométrico?
- Piezómetros hidráulicos: Se utilizan para medir la presión de poros en terraplenes y presas. Este tipo de medidor consiste de uno o dos tubos llenos con fluido y una punta porosa; el piezómetro se conecta a un manómetro en el punto de medición. Cuando se emplea el piezómetro hidráulico de dos tubos, el segundo tubo sirve como un medio de limpieza para remover gas o sedimento acumulado en la perforación.
- Piezómetro de cuerda vibrante: Se instalan en terraplenes con el objetivo de monitorear la presión de agua de las rocas y son empleados en zonas donde la implementación de piezómetros de tubo abierto podrían verse afectados si interfieren con el equipo de construcción.
- Piezómetro eléctrico: Convierte la presión aplicada a un diafragma o transductor en una señal eléctrica. Permite lectura remota, pero exige calibración, compensación de temperatura y protección del cableado.
- Piezómetros Casagrande: Los piezómetros casagrande son usados para la medición de la presión del agua en terraplenes o en sitios seleccionados de los contrafuertes de las presas. Pueden instalarse en una perforación o en terraplenes durante la construcción.
Superficie piezométrica e isopiezas
La superficie piezométrica es la superficie conceptual formada por las cabezas hidráulicas de una misma unidad hidrogeológica en un momento determinado. Un mapa de isopiezas es su representación bidimensional mediante líneas de igual cabeza. Estos mapas permiten estimar gradientes hidráulicos y, bajo supuestos apropiados, la dirección general del flujo subterráneo.
¿Cómo se traza un mapa de isopiezas?
Las lecturas deben pertenecer al mismo acuífero o unidad hidrogeológica, proceder de intervalos filtrados comparables, tomarse en una campaña suficientemente corta y expresarse como cotas absolutas respecto del mismo datum. Mezclar pozos de acuíferos distintos o mediciones estáticas con lecturas durante bombeo produce un mapa engañoso.
Al interpretar las isopiezas se deben considerar estas reglas:
- La separación entre líneas no tiene que ser equidistante: una menor separación representa un gradiente hidráulico mayor.
- En un medio aproximadamente isótropo, el flujo es casi perpendicular a las isopiezas y se dirige de mayor a menor cabeza.
- La topografía, los ríos y los límites impermeables solo deben condicionar el trazado cuando exista evidencia de su relación hidráulica con el acuífero.
Ejemplo del gráfico de superficies piezométricas en acuíferos confinados, el valor de las isopiezas está dado en metros sobre el nivel del mar.
uds ofrecen mtto mecánico de piezómetro?