SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Master Universitario en
Ingeniería del Agua
Abril de 2.006
Mayo de 2.006
Raúl E. Vega Otero
Lcdo. En Ciencias Geólogicas
Compañía General de Sondeos, CGS; S.A.
[email protected]
Master Universitario en Ingeniería del Agua
ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
La etapa más importante de un proyecto de captación
Sirve de base en el diseño de la captación
NUNCA ACOMETER UN PROYECTO DE CAPTACIÓN SIN ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
Resultados que se obtienen:
1. Estructura geológica del área
2. Situación de materiales acuíferos
3. Ubicación del sondeo o pozo
4. Accesos, suministros de agua y energía y condicionantes territoriales
5. Columna litológica prevista
6. Estimación de caudal y rendimiento de la captación
7. Previsión características hidroquímicas del agua
8. Diseño de la obra
Trabajos que conlleva:
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a)
b)
c)
d)
e)
Cartografía geológica
Inventario de puntos de agua
Estudio piezométrico
Análisis químicos
Reconocimientos geofísicos
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SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Métodos más usuales
Factores condicionantes en la
selección
del
tipo
de
construcción
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A.
B.
C.
D.
E.
Zanjas y drenes
Galerías de agua
Pozos y Sondeos
Sondeos no verticales
Pozos híbridos
¾Hidrogeológicos
¾Disponibilidad de equipos de perforación
¾Materiales y su coste
¾Existencia de personal cualificado
¾Uso final de la captación
¾Económicos
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A. ZANJAS DRENANTES
Son excavaciones lineales que llegan al nivel saturado.
El agua puede ser evacuada por gravedad, si el terreno tiene suficiente pendiente, si no
se realiza por bombeo en la propia zanja o en un pozo colector.
Materiales no consolidados (arcillas, limos, arenas y gravas)
Nivel freático es poco profundo
Para drenar terrenos con nivel freático somero pero puede ser interesante como
mejora en pozos de poca profundidad asociados a acuíferos de permeabilidad
media-baja.
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B. GALERÍAS DE AGUAS
El origen de las galerías es muy
antiguo. En Armenia existen galerías,
denominadas kanats, del año 2.700
a.c. Su función es doble, sirven de
captación y transporte de agua.
En acuíferos por fracturación o
karstificación: Estudio de la dirección
de las principales discontinuidades.
Gran dificultad de instalar cierres, recurriéndose al uso de depósitos reguladores.
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C. POZOS Y SONDEOS
EN LA ACTUALIDAD
POZO: Construcción manual o con maquinaria cuyo fin es extraer agua
POZO ABIERTO: Pozo de gran diámetro
SONDEO: Perforación realizada con maquinaria, diámetro limitado por la
máquina de perforación, si su uso es para captar agua se denomina
pozo.
ANTES
POZO: Construcción manual de gran diámetro con el fin de extraer agua
SONDEO: Perforación realizada con maquinaria, de menor diámetro y mayor
profundidad del pozo, uso para captación o no
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FASES EN EL PROYECTO DE UN SONDEO
1.
ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
2.
CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS
–
–
–
–
–
–
PREPARACION EMPLAZAMIENTOS
PERFORACIÓN
TESTIFICACIÓN GEOFÍSICA
DISEÑO Y ENTUBACIÓN
ENGRAVILLADO (SI PROCEDE)
LIMPIEZA Y DESARROLLO
3.
AFORO
4.
EQUIPAMIENTO ELECTROMECÁNICO
5.
PUESTA EN SERVICIO
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Clasificación de los métodos de perforación para captación de
agua
Pozos abiertos
ƒ Discontinuos
Î Método tradicionales (pozos
manuales)
Î Hélice discontinua
Î Cuchara bivalva
ƒ Continuos
Î Hélice continua
Sondeos de explotación
(pozos)
ƒ Discontinuos
Î Percusión
ƒ Continuos
Î Rotación a circulación directa
(“rotary”)
Î Rotación a circulación inversa
Î Rotopercusión a circulación
directa
Î Rotopercusión a circulación
inversa
Tomado de García, T. (2005)
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POZOS ABIERTOS TRADICIONALES
CARACTERÍSTICAS GENERALES
•Profundidades
moderadas
y
terreno
no
consolidado
•Diámetro mínimo: Aquel que permita el trabajo de
un operario (entre 1.2 y 1.5 m).
•Diámetro máximo: condicionado por el hecho de
que el volumen a excavar aumenta en proporción
al cuadrado del diámetro. Figura nº 1
•Profundidades más comunes: algunas decenas de
metros
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Volumen a excavar (m3)
•Para sacar más caudal lo más eficiente es profundizar más, el aumento del radio
de la captación no tiene repercusión significativa en el caudal de la misma.
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
Profundidad (m )
Figura 1. Volumen a excavar en pozos en función de su profundidad, con radios de:
En azul y rombos 0.5 m, en magenta y cuadrado 0.75 m, en verde y triángulo 1.0 m y
en celeste y aspas 1.5 m.
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Métodos de excavación en pozos tradicionales:
Método I
Se excava un metro de profundidad, se recorta las caras del cilindro apropiadamente, se
excava un surco en el fondo de la excavación y se coloca el molde que servirá para la
construcción del aro de hormigón. Este aro puede ser anclado mediante barras en forma
de bastón que penetren en el terreno, en el fondo del mismo se colocan barras que
sirvan de unión con el siguiente aro a construir. Entre aro y aro queda un espacio,
necesario para verter el hormigón, y que deberá ser sellado para evitar la entrada del
terreno o de contaminantes. Este método puede ser usado hasta llegar al nivel freático.
Método II
Consiste en excavar hasta llegar al nivel freático y luego realizar el revestimiento de
abajo a arriba. Es más rápido y fácil que el método I pero mucho más peligroso.
Método III
Se suele utilizar cuando se llega al nivel freático. Consiste en descender un aro de
hormigón y excavar en su interior de tal forma que vaya descendiendo por su propio
peso.
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•Si aparece agua en el fondo de la excavación ésta es achicada mediante
bombas.
•En materiales no consolidados se debe prever los problemas de sifonamiento de
los materiales del acuífero en el fondo de la excavación que se produzcan al
bombear. Esto se resuelve con la colocación de una losa que puede ser estanca o
con perforaciones para facilitar la entrada de agua.
•En acuíferos cautivos este método no es nada recomendable, o si se utiliza habrá
que tener en cuenta el peligro que se corre al llegar al nivel acuífero. La ruptura del
fondo del pozo en este caso puede ser violenta y muy peligrosa.
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REVESTIMIENTOS:
Anillos de hormigón
Prefabricados
Fabricados in situ
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Mediante piedra o ladrillo, chapas onduladas e incluso maderas
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DESVENTAJAS
1. Los pozos excavados a mano requieren un gran esfuerzo humano y un
tiempo de ejecución mucho más dilatado
2. Presentan un mayor peligro, tanto en su construcción, por caídas verticales
sobre los trabajadores o el derrumbe de las paredes, como en su uso por la
posible caída de personas.
3. Es más difícil su preservación de la contaminación
Está indicado en los siguientes casos:
•Carencia local de bombas o mecanismos especiales para elevar el agua de
los sondeos
•Necesidad de utilizar algún tipo de sistema de elevación del agua que
necesite mayor espacio que el disponible en un sondeo
•Zonas con mano de obra barata
•Acuíferos poco permeables en los que el bombeo va a ser intermitente.
•En acuíferos de muy poco espesor
•En los casos en que se han de perforar drenes horizontales en el interior del
pozo, como en el caso de los pozos de drenes radiales.
•En ciertas regiones para profundidades pequeñas (hasta 20 m) el pozo
excavado resulta más económico.
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POZOS ABIERTOS MEDIANTE MAQUINARIA
Método de la Hélice
La perforación se efectúa comunicando a
la herramienta una velocidad de giro, una
presión en cabeza y un par de rotación
La hélice continua extrae el terreno
conforme va penetrando en él, en la
discontinua por el contrario es necesario
para la perforación y extraer la hélice
La hélice discontinua permite un mayor diámetro
de perforación, al actuar la acción del par motor
en una menor longitud de herramienta de corte
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En ambos casos la entubación se realiza por el método de hinca:
Consiste en excavar en el interior de los anillos de hormigón, de tal forma que
éstos bajan por su propio peso al quedar descalzados por la extracción del
terreno situado bajo ellos
La perforación finaliza cuando se equilibra el peso de los anillos con el
rozamiento lateral con el terreno (20 – 30 m)
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POZOS ABIERTOS MEDIANTE MAQUINARIA
Método de la Cuchara bivalva
La entubación también se realiza con anillos de hormigón con el método de hinca, la diferencia
con el método de la hélice radica en el útil utilizado para la extracción del terreno.
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Clasificación de los métodos de perforación para captación de
agua
Pozos abiertos
•
Discontinuos
Î Método tradicionales (pozos
manuales)
Î Hélice discontinua
Î Cuchara bivalva
•
Continuos
Î Hélice continua
Sondeos de explotación
(pozos)
ƒ Discontinuos
Î Percusión
ƒ Continuos
Î Rotación a circulación directa
(“rotary”)
Î Rotación a circulación inversa
Î Rotopercusión a circulación
directa
Î Rotopercusión a circulación
inversa
Tomado de García, T. (2005)
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Método a Percusión
Es uno de los métodos más antiguos de perforación. Existe un
artificio chino de hace más de 2.600 años, con el cual se han
realizado pozos de centenares de metros, que era utilizado en
la obtención de salmueras para la producción de sal en el
interior de China. El cable de perforación era realizado con
listones de bambú y el movimiento de vaivén se conseguía por
medio de un arco y una noria.
Ideal para terrenos con alternancias de litologías de distinta
competencia o en aquellos en los que sea necesario alcanzar
profundidades medias en roca fracturada
Tiene el inconveniente que en terrenos incoherentes es frecuente que la tubería de revestimiento
quede detenida por la caída de grandes piedras, lo que obliga a introducir otro tubo de
revestimiento de menor diámetro, encareciendo el costo del pozo.
Consiste en la perforación mediante el movimiento alternativo de subida y bajada de una gran
masa que va fracturando o disgregando la roca.
El detritus es extraído por medio de una válvula o cuchara de limpieza.
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Elementos de un equipo de perforación a percusión:
1.
2.
3.
4.
5.
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La columna o sarta de perforación
El cable que comunica a la sarta el balancín de la sonda
Cuchara
La máquina de perforación
Accesorios
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1. Sarta de perforación: Trepano, barrón, tijera y montera
a) Trépano
Herramienta que realiza la rotura, disgregación y
trituración de la roca. Se masa considerable puede llegar
a varias toneladas.
Partes de un trépano
Cuello. Parte cilíndrica situada inmediatamente debajo
de la rosca
Cuadro
de
llave.
Estrangulamiento
de sección
cuadrada en el que se agarran las llaves para aflojar o
apretar la herramienta sobre el barrón.
Cuerpo
del
trépano.
Hendiduras
longitudinales
separadas por sus guías, por las cuales asciende el
lodo cuando el trépano se introduce en él.
Boca: extremo que golpea el fondo.
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Formas
Regular
En estrella o cruciforme: adecuado en formaciones estratificadas con buzamiento pues
evita las desviaciones
Californiano: de hombros escurridos y biselados para evitar arranques en su movimiento
ascendente
De hombros rectos: permite golpear hacia arriba o escariar
Salomónico. Adecuado en formaciones blandas, con tendencia al desprendimiento.
Las características geométricas del trépano a usar dependen del terreno.
Rocas duras. Facilitar las penetración y el escariado:
Rocas no abrasivas (calizas): trépanos con ángulos de penetración agudo y amplio
ángulo de despeje
Rocas duras y abrasivas (granito): ángulo de penetración obtuso, amplia superficie de
desgaste y poco ángulo de despeje
Rocas blandas (pizarras y margas): facilita la función mezcladora: poco ángulo de
penetración, amplio de despeje, gran superficie de trituración y pequeña sección del
cuerpo del trépano, para que los pasos de agua sean grandes
Diámetros: no están sujetos a normas y pueden variarse fácilmente por soldadura.
Material: variado: aceros al carbono, aceros de aleación y aceros al crisol
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b) Barrón
Barra cilíndrica de acero forjado que va enroscada al trépano. Dota a la sarta de peso y le sirve de
guía, contribuyendo a la verticalización del sondeo. Longitud entre 3 y 5 m con peso de hasta 1 tn.
c) Destrabador o tijera.
Roscada al barrón. Es un elemento de seguridad ante posibles agarres del trépano. Consta de dos
eslabones que permiten un juego longitudinal de 30 cm gracias al cual se puede golpear hacia
arriba, mediante tirones del cable, y utilizar la masa de éste, de la montera y de la parte superior de
la tijera para resolver pequeños atranques del trépano.
d) Montera
Colocado en la parte superior de la sarta sirve para unirla al cable. La unión se hace mediante un
bulón que se aloja en el interior de la montera. La sujeción del cable al bulón se realiza por medio de
una moña.
2. Cable
De él pende la sarta y por él se comunica el movimiento de vaivén, que a su vez le transmite el
balancín de la sonda.
El cable está sometido a un duro trabajo debido a las tensiones alternantes, las sacudidas que se
producen al tensar, el desgaste continuo producido por el agua y el lodo, etc.
La torsión de estos cables debe ser a la izquierda, para que al ponerse en tensión y producirse el
descableado y girar, lo hagan de izquierda a derecha, o sea en el sentido de apretar las rocas de
las herramientas que componen la sarta.
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3. Sonda o máquina perforadora
Su función es: mover la sarta de perforación, extraer los detritus y colocar las entubaciones de
revestimiento.
El dispositivo más utilizado para el movimiento de la sarta es el balancín, que obtiene su
movimiento oscilante por medio de un mecanismo de biela y manivela. La longitud de la manivela
controla la altura de caída del trépano. La colocación de la tubería de revestimiento se realiza por
medio de un tercer cabestrante, con otra polea en la torre y una tercera línea de cable.
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4. Cucharas de limpieza
Se utilizan para la extracción del detritus. Son
unos tramos de tuberías, terminados en su
parte inferior en una válvula, que puede ser
plana ,de dardo y de émbolo.
La plana, también llamada de charnela o de
clapeta, es más usada para la extracción del
detritus.
La de dardo o lanza se usa preferentemente
para ensayos de achique o cuchareo de
agua.
Las de émbolo o pistón permiten hacer una pequeña succión, es más precisa en la limpieza
del fondo de la perforación, pero es más costosa, lenta y complicada. Los diámetros de las
válvulas son muy próximos a los de la perforación.
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5. Accesorios
La rotura de la sarta de perforación obliga a la operación de pesca.
Campana de fricción. Se usa en pesca sencillas. El agarre es sólo por fricción de sus paredes con la
superficie de la pieza, por lo que no aguanta el golpeo hacia arriba. La pieza se centra, se introduce la
campana y se golpea fuertemente hacia abajo, extrayéndola seguidamente.
Campana de combinación. Se emplea si no se ha conseguido destrabar la herramienta mediante
golpeo y después de haber cortado el cable. La pesca se hace sobre el cuello de la montera,
consiguiéndose el agarre de ésta mediante unas cuñas o mordazas dentadas que resbalan sobre un
asiento cónico.
Campanas de círculo completo. Es el pescador más eficaz. Lleva dos mordazas suspendidas cada
una de un gancho que tiene unos agujeros para poner un pasador a una cierta altura y evitar la
entrada del objeto a pescar.
Arpón de pesca cable. Se utiliza en los casos de pérdida por rotura del cable.
Golpeador. Se utiliza cuando la herramienta, sin tijeras, ha quedado acuñada en el sondeo. El cable
de perforar se mantiene tenso y utilizándolo como guía se descuelga por él el golpeador. Éste
producirá un impacto sobre la montera.
Gancho centrador. Se utiliza para centrar el trépano.
Cota cables. Su misión es cortar el cable lo más cerca posible de la montera
Cortador de tuberías. Se utiliza para hacer un corte horizontal sobre la tubería del sondeo a la
profundidad deseada.
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Sistema de trabajo
Pueden darse dos casos:
Formaciones rocosas coherentes o consolidadas: la perforación se realiza sin necesidad
de que siga inmediatamente al avance el revestimiento. En muchos casos puede
prescindirse definitivamente de él.
Formaciones no coherentes, granulares o arcillosas: es necesario que la entubación de
revestimiento siga de cerca al avance de la perforación.
Es necesario ir añadiendo agua hasta llegar al nivel freático, con objeto de crear un lodo en
el fondo del pozo que mantenga en suspensión las partículas.
El rendimiento de trabajo depende de:
•la resistencia de la roca
•el peso de la sarta de perforación
•la altura de caída de la misma
•el diámetro del trépano
•el número de golpes por minuto
•la calidad y la densidad del lodo acumulado en la perforación
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Ventajas
Aplicable a todo tipo de formaciones
Único sistema para aluviales con alternancia de bolos y gravas
Único sistema para pozos de gran diámetro y profundidad en acuíferos kársticos con elevados
aportes de agua
Inconvenientes
Lentitud, en muchos casos del orden de 100 m/mes
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Clasificación de los métodos de perforación para captación de
agua
Pozos abiertos
•
Discontinuos
Î Método tradicionales (pozos
manuales)
Î Hélice discontinua
Î Cuchara bivalva
•
Continuos
Î Hélice continua
Sondeos de explotación
(pozos)
ƒ Discontinuos
Î Percusión
ƒ Continuos
Î Rotación a circulación directa
(“rotary”)
Î Rotación a circulación inversa
Î Rotopercusión a circulación
directa
Î Rotopercusión a circulación
inversa
Tomado de García, T. (2005)
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PERFORACIÓN CON ROTACIÓN
Se realiza mediante el giro de una herramienta de corte que es impulsada por un varillaje. La
mesa de rotación proporciona al varillaje el movimiento de giro. El detritus es extraído por medio
de un fluido.
Circulación
directa.
Fluido impulsado por una
bomba, circula por el
interior del varillaje, para
retornar al exterior por el
anular existente entre el
varillaje y la pared del
pozo
arrastrando
el
detritus
Circulación inversa: un compresor inyecta aire en el interior de la sarta por medio de un varillaje
de doble pared. Por efecto Ventury se aspira el lodo del fondo del sondeo y sube a la superficie
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En su lugar la CI permite:
•Mayores diámetros de perforación sin lodos bentoníticos
•muestras sin contaminar
• más representativa del fondo de perforación
•menor coste energético al ser la potencia a emplear inferior.
La circulación directa no se debe utilizar en
sondeo de captación de agua, pues requiere
el
uso
de
lodos
bentoníticos
(que
impermeabilizan el pozo) para el arrastre de los
detritus, dada la gran superficie de paso
existente entre el varillaje y las paredes del
pozo, esto también limita el diámetro de
perforación y requeriría el empleo de potentes
bombas de impulsión.
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Los elementos de un sistema a Circulación inversa
1.
2.
Sarta de perforación
•
Útil de perforación
•
Lastrabarrenas
•
Varillaje
•
Cabeza conductora o Kelly
•
Cabeza de inyección
Máquina de perforación
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1. Columna o sarta de perforación
Está formada por una serie de elementos que de
abajo a arriba son:
Útil de corte
Barrenas de rodillos:
Formadas por un cuerpo fijo que sirve para unirlo
al varillaje por medio de rosca y para soportar a
los rodillos. Pueden ser biconos, triconos,
cuatriconos, etc. Cada cono suele denominarse
piña. Toman el nombre genérico de triconos. La
parte fija tiene interiormente unos orificios para la
circulación del fluido de perforación, dispuestos
de forma que sirven para limpiar y refrigerar las
piñas.
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Ensanchadores: aumentan el diámetro de
una perforación ya realizada. Consisten en
un cuerpo fijo que se rosca al varillaje y que
soporta en su extremo final un tricono que
hace de piloto en el avance, y lateralmente
de rodillos móviles que van ensanchando.
Escariadores: sirven para mantener
perfilar el diámetro de una perforación
y
Cola de pez. Se utiliza fundamentalmente en
formaciones arenosas no cementadas y
terrenos plásticos blandos, donde los triconos
se atascan, perdiendo sus condiciones de
corte.
Lastrabarrenas
Son barras huecas de pared muy gruesa,
cuyo objeto es proporcionar peso al útil de
corte y colaborar en el mantenimiento de la
verticalidad. Se colocan inmediatamente
encima del útil de corte
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2. Varillaje
Está formado por dos tipos de varillas: de doble y
simple pared. Conduce el aire desde el compresor
hasta el interior de la sarta donde se mezcla con el
lodo natural. Debe trabajar a tracción no a compresión
Suelen tener una longitud de 6.10 m
Utilidad
•suspende el útil de corte y los lastrabarrenas
•transmitir el movimiento de giro desde la mesa de
rotación
•conducir por su interior el aire y el fluido de
perforación.
3. Cabeza giratoria o de inyección
Suspende la columna durante el trabajo de perforación,
permitiendo la rotación y proporcionando la conexión a la
manguera de aire comprimido y a la de descarga a la balsa
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El lodo empleado en CI es lodo natural.
Durante la perforación se controla:
•Densidad
•Viscosidad
•Cake
•Filtrado
•pH
•Contenido en Arena
Balanza Baroid
Sus funciones son:
•Evacuar el detritus
•Refrigerar el tricono
•Mantener la estabilidad de las paredes del
sondeo
•Impedir la salida de agua de los acuíferos
atravesados
Viscosímetro March
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VENTAJAS
•Ideal en formaciones no consolidadas, con
elevados rendimientos
•mayores diámetros de perforación sin lodos
bentoníticos
•Obtener muestras del terreno sin contaminar y
más representativa del fondo de perforación
INCONVENENTES
•Bajos rendimientos en roca de dureza media
debido a la baja capacidad de extracción de los
equipos que no permite utilizar lastrabarrenas
adecuadas
•No se debe perforar en terrenos inestables o
muy permeables, con pérdidas de lodo,
descenso del nivel, pudiendo provocar la
instabilidad de la obra
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Clasificación de los métodos de perforación para captación de
agua
Pozos abiertos
•
Discontinuos
Î Método tradicionales (pozos
manuales)
Î Hélice discontinua
Î Cuchara bivalva
•
Continuos
Î Hélice continua
Sondeos de explotación
(pozos)
ƒ Discontinuos
Î Percusión
ƒ Continuos
Î Rotación a circulación directa
(“rotary”)
Î Rotación a circulación inversa
Î Rotopercusión a circulación
directa
Î Rotopercusión a circulación
inversa
Tomado de García, T. (2005)
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ROTOPERCUSIÓN
Se utiliza en rocas duras donde los sistemas de rotación no serían económicos.
La perforación se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un útil, que a su
vez transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (boca). Este sistema se
basa en la percusión sobre la roca y la rotación de la herramienta durante el rebote.
El fluido de circulación puede ser aire, agua o mezcla gas - líquido. Éste se inyecta por el interior
del varillaje y retorna a la superficie por el espacio anular comprendido entre la pared del barreno y el
varillaje. Lo más usual es el aire.
Procedimiento: se suele comenzar perforando con un diámetro de investigación de 220 mm y si se
comprueba que los resultados son positivos se procede a su ensanche y posterior entubación. En
caso negativo, además de obtener esta información con un coste económico mínimo, se da por
finalizada la perforación sin proceder a su ensanche ni entubación.
Los equipos rotopercutivos se clasifican en dos grandes grupos:
•Equipos con martillo en cabeza
•Equipos con martillo en fondo
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Análogamente al sistema de rotación en la rotopercusión se emplean dos modalidades, la
rotopercusión directa y la rotopercusión inversa con gran diámetro
En la práctica la rotopercusión a circulación directa,
que es la técnica que se emplea habitualmente, está
muy condicionada en cuanto a diámetro de
perforación pues el ascenso de los recortes por el
anular entre el varillaje y la pared del sondeo limita
las posibilidades de los compresores empleados.
Elementos:
El
compresor condiciona directamente las
capacidades del equipo de rotopercusión. Su
principal cometido es accionar el martillo y la
limpieza y transporte del detritus. Los compresores
quedan definidos por el caudal y presión que
pueden inyectar de aire. La presión debe ser
suficiente para vencer la contrapresión debida a la
columna de agua, más la propia de accionamiento
del martillo, mientras que el caudal definirá la
velocidad ascensional del aire por el anular de la
perforación y, en consecuencia, la capacidad de
arrastre de los detritus.
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El martillo perforador suele estar construido de aceros
especiales de alta resistencia.
Hay una gran variedad de tallantes en función del terreno a
perforar. Los más usuales llevan inserciones en carburo de
tungsteno.
Existen
también
martillos
con
tallantes
ensanchadores para aumentar el diámetro de la perforación.
Para evitar el polvo que genera estas perforaciones se utilizan
los captadores de polvo que es básicamente una campana de
aspiración que se coloca en la superficie en el punto de
emboquille del barreno. Otro método es mediante la inyección
de agua o agua con espumante
Las limitaciones en cuanto a la profundidad de perforación de un equipo de perforación a
rotopercusión no vienen determinadas por la potencia de extracción del equipo sino que esta
condicionada fundamentalmente por
las capacidades del compresor utilizado. Estas
capacidades vienen definidas en primer lugar por su presión nominal, en cuanto a profundidad
y por su caudal de trabajo en cuanto al diámetro de la perforación a realizar
Variantes del sistema a rotopercusión: Odex, Saturn y el Neptune
Estos sistemas han buscado soluciones distintas al problema de la perforación a
rotopercusión de formaciones no consolidadas. Estos sistemas simultanean la perforación
con el descenso de una tubería de revestimiento.
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VENTAJAS
•Rapidez de ejecución de las perforaciones
•Rendimientos que superan los 80 m/día se puede saber muy rápidamente si
determinada perforación es adecuada como captación hidrogeológica.
una
•Junto con la percusión, es el sistema más adecuado para rocas duras.
•Es el único recomendable para abastecimientos puntuales que se localicen en formaciones
muy duras y con pocas posibilidades para la extracción de agua.
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INCONVENIENTES
•Funcionamiento óptimo en circunstancias no son favorables desde el punto de vista
hidrogeológico: Terrenos duros, consistentes, con poca presencia de agua.
•En calizas carstificadas la pérdida de aire por las cavidades puede ser un problema
•Tiene poca capacidad de respuesta frente a los problemas que surgen en el sondeo durante
su construcción, especialmente en terrenos sueltos (hundimientos, agarres, etc.). Esta
característica viene determinada por las propiedades del fluido empleado
•La presión de la sarta se realiza desde la cabeza de rotación por lo que al estar sometida
toda la sarta de perforación a compresión es muy frecuente tener problemas con la
verticalidad del sondeo
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PARÁMETROS BÁSICOS DE DISEÑO A CONSIDERAR EN LA CONSTRUCCIÓN DE
UN SONDEO
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1.
Profundidad
2.
Diámetros de perforación y entubación
3.
Litología (perforabilidad)
4.
SISTEMA DE PERFORACIÓN
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Profundidad del sondeo
•VIENE
DEFINIDA
POR
EL
ESTUDIO
HIDROGEOLÓGICO
•ES FUNCIÓN DE LA UBICACIÓN Y ESPESOR
DEL ACUÍFERO
•HAY QUE EVITAR LA SOBREPERFORACIÓN
•GARANTIZAR LA COLOCACIÓN ADECUADA DE
LA BOMBA DE ACUERDO CON EL NIVEL
PIEZOMÉTRICO EN EL BOMBEO
(Fuente: Pozos y Acuíferos (ITGE))
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Diámetro de la perforación
•Es función del diámetro de la electrobomba con que se va a equipar el sondeo
•Una vez efectuado el ensayo de bombeo y de acuerdo con la demanda prevista, se selecciona
la bomba con la curva característica adecuada
•Una vez definido el diámetro de la electrobomba, el diámetro interior de la tubería será 100 mm
superior
•Hay que considerar el espesor de la tubería (al menos 5 mm)
•En terrenos detríticos es preciso colocar un macizo anular de grava de 100 mm de espesor
•En acuíferos con porosidad secundaria es necesario espacio suficiente para la entubación de,
al menos, 50 mm
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LITOLOGÍA
•
LOS DATOS SOBRE LA LITOLOGÍA
HIDROGEOLÓGICO PREVIO
•
EN BASE A LA LITOLOGÍA SE PUEDEN HACER HIPÓTESIS DE PARTIDA SOBRE LA
PERFORABILIDAD DEL MATERIAL A SONDEAR
•
LA PERFORABILIDAD DE UNA ROCA ES FUNCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS
MECÁNICAS DE LA MISMA Y LA MEJOR CARACTERIZACIÓN ES LA APORTADA
POR EL VALOR DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE (Kp/cm2)
•
ESTAS HIPÓTESIS SOBRE LA PERFORABILIDAD SE IRÁN CONFIRMANDO O
MODIFICANDO A MEDIDA QUE LA PERFORACIÓN SE VAYA DESARROLLANDO
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SE OBTIENEN A PARTIR DEL ESTUDIO
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SELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN PARA UN SONDEO DE EXPLOTACIÓN
DUREZA
MUY DURA
Resistencia
a
compresión
Q>2.0000 Kp/cm2
DURA
Q= 800-2.000 Kp/cm2
DIÁMETRO
CAPTACIÓN
SUPERFICIAL
(pequeño <300 mm)
(<100 m)
LITOLOGÍA
Ejemplos:
Pizarras
Cuarcitas
Granitos
Basaltos
Grande
Pequeño
Rotopercusión directa
Ejemplos:
Calizas duras
Areniscas duras
Grande
Percusión
Rotopercusión directa
CAPTACIÓN
PROFUNDA
Percusión
Rotopercusión inversa
Rotopercusión directa
Pequeño
Rotopercusión directa
MEDIA
Q= 200-800 Kp/cm2
BLANDA
Q< 200 Kp/cm2
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Ejemplos:
Calizas
Areniscas
Ejemplos
Arenas
Limos
Margas
Arcillas
Grande
Percusión
Rotopercusión directa
Rotación inversa (?)
Percusión
Rotopercusión inversa
Rotación inversa (?)
Pequeño
Rotopercusión directa
Rotación inversa (?)
Rotopercusión directa
Rotación inversa (?)
Grande
Pozos abiertos (?)
Percusión (?)
Rotación inversa
Rotación inversa
Percusión (?)
Pequeño
Rotación inversa
Rotación inversa
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ENTUBACION
LA ENTUBACIÓN ES NECESARIA
DERRUMBES EN EL TERRENO
PARA
EVITAR
LA TUBERÍA QUE SE COLOCA EN LA FASE DE
REALIZACIÓN SE DENOMINA AUXILIAR Y SE RETIRA A
LA FINALIZACIÓN DEL SONDEO
LA TUBERÍA QUE SE COLOCA A LA FINALIZACIÓN DEL
SONDEO ES LA TUBERÍA DEFINITIVA
MATERIALES
ACERO AL CARBONO (el más habitual)
ACERO INOXIDABLE (Sector de la industria
de alimentación y aguas minerales)
PVC-U ROSCADO (en condiciones de bajo
caudal o aguas salobres)
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FILTROS
FILTRO DE PUENTECILLO: EL MÁS HABITUAL EN ACUÍFEROS DETRÍTICOS
TUBO RANURADO: ACUÍFEROS CON POROSIDAD SECUNDARIA
OTROS TIPOS: FILTROS JOHNSON, ETC.
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•
EL ENGRAVILLADO DEL ESPACIO ANULAR SE EFECTÚA EN TERRENOS
DETRÍTICOS Y TIENE POR OBJETIVOS:
9 ESTABILIZAR EL TERRENO EN EL ENTORNO DE LA CAPTACIÓN
9 EVITAR EL BOMBEO DE ARENAS
9 AUMENTAR LA PERMEABILIDAD EN EL ENTONO DE LAS REJILLAS
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LIMPIEZA
•
EL OBJETIVO DE LA LIMPIEZA ES EXTRAER LOS RESTOS DE LODOS Y DETRITUS DEL
PROPIO SONDEO
•
LA LIMPIEZA SE PUEDE REALIZAR MEDIANTE:
o
INYECCIÓN DE AGUA POR DENTRO DEL VARILLAJE Y SALIDA POR EL ANULAR
o
BOMBEO CON AIRE COMPRIMIDO (A veces se añaden polifosfatos para favorecer la extracción de las
arcillas)
DESARROLLO
•
EL OBJETIVO DEL DESARROLLO ES ACONDICIONAR EL PROPIO ACUÍFERO EN EL
ENTORNO DEL SONDEO, MEJORANDO SU RENDIMIENTO POR AUMENTO DE LA
PERMEABILIDAD
•
LA OPERACIÓN DE DESARROLLO SE FUNDAMENTA EN:
o
LA EXTRACCIÓN DE LOS LODOS QUE HAYAN PODIDO INTRODUCIRSE EN EL ACUÍFERO Y EN LA
ELIMINACIÓN DE FINOS (Terrenos detríticos)
o
AUMENTO DE HUECOS Y FISURAS (Terrenos con porosidad secundaria)
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•
MECÁNICOS:
o
o
SE REALIZAN EN TERRENOS DETRÍTICOS PARA LA EXTRACCIÓN DE FINOS
LAS EXTRACCIONES SE REALIZAN CON MOVIMIENTOS DE VAIVÉN PARA EVITAR
PUENTES DE GRAVA. LA RESULTANTE DEL MOVIMIENTO ES HACIA EL SONDEO
Tipos:
9 Sobrebombeo
9 Bombeo con aire comprimido
9 Pistoneo
9 Sistema de pozo cerrado
9 Chorro de agua a alta presión
o
•
QUÍMICOS:
o SE REALIZAN EN TERRENOS CALCÁREOS MEDIANTE INYECCIÓN DE ÁCIDO
CLORHÍDRICO
– OTROS:
o EXPLOSIVOS (ACUÍFEROS FISURADOS)
o NIEVE CARBÓNICA. (Movimiento de vaivén en terrenos detríticos)
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ACABADO Y CIERRE DEL SONDEO
•
Operaciones:
–
DESINFECCIÓN CON HIPOCLORITO SÓDICO
–
CIERRE EN CABEZA CON BRIDA ATORNILLADA
–
SOLERA DE HORMIGÓN CON PENDIENTE HACIA
EL EXTERIOR
–
CASETA DE PROTECCIÓN
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