15.05.2013 Views

Lección 24. Captaciones de agua subterránea. Definición y tipos de ...

Lección 24. Captaciones de agua subterránea. Definición y tipos de ...

Lección 24. Captaciones de agua subterránea. Definición y tipos de ...

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Lección</strong> <strong>24.</strong> <strong>Captaciones</strong> <strong>de</strong> <strong>agua</strong> <strong>subterránea</strong>. <strong>Definición</strong> y <strong>tipos</strong> <strong>de</strong><br />

captaciones. Galerías y zanjas drenantes. Pozos excavados. Son<strong>de</strong>os.<br />

<strong>Definición</strong> y <strong>tipos</strong> <strong>de</strong> captaciones<br />

Una captación <strong>de</strong> <strong>agua</strong> <strong>subterránea</strong> es toda aquella obra <strong>de</strong>stinada a obtener un cierto<br />

volumen <strong>de</strong> <strong>agua</strong> <strong>de</strong> una formación acuífera concreta, para satisfacer una <strong>de</strong>terminada<br />

<strong>de</strong>manda.<br />

La elección <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> captación vendrá condicionada en esencia por los siguientes factores:<br />

• Características hidrogeológicas <strong>de</strong>l sector.<br />

• Características hidrodinámicas <strong>de</strong> los materiales acuíferos que se pretenda captar.<br />

• Volumen <strong>de</strong> <strong>agua</strong> requerido.<br />

• Distribución temporal <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda.<br />

• Coste <strong>de</strong> las instalaciones <strong>de</strong> explotación y mantenimiento <strong>de</strong> la captación.<br />

En <strong>de</strong>finitiva se trata <strong>de</strong> conseguir un equilibrio entre los aspectos técnicos y económicos.<br />

Las modalida<strong>de</strong>s que pue<strong>de</strong> presentar una obra <strong>de</strong> captación son fundamentalmente los<br />

siguientes:<br />

• Galerías<br />

• Zanjas drenantes<br />

• Pozos excavados<br />

• Son<strong>de</strong>os<br />

• Pozos con drenes radiales<br />

Galerías <strong>de</strong> captación<br />

Una galería es una excavación en forma <strong>de</strong> túnel generalmente <strong>de</strong> suave pendiente y sección<br />

apreciable (1,5 a 2 metros <strong>de</strong> alto por 0,6 a 1,2 metros <strong>de</strong> ancho), con un nivel <strong>de</strong> <strong>agua</strong> libre<br />

que discurre por su fondo.<br />

La función <strong>de</strong> una galería es doble ya que, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> actuar como elemento <strong>de</strong> captación <strong>de</strong><br />

<strong>agua</strong>, sirve también como medio <strong>de</strong> transporte <strong>de</strong> esta.<br />

La mayoría <strong>de</strong> los manantiales utilizados para cualquier tipo <strong>de</strong> uso, disponen <strong>de</strong> galerías<br />

mediante las que se ha tratado <strong>de</strong> optimizar la captación, reuniendo surgencias dispersas en<br />

un solo punto y facilitando el drenaje. <strong>de</strong> la formación permeable.<br />

En la actualidad la construcción <strong>de</strong> galerías es un sistema poco utilizado, <strong>de</strong>bido al elevado<br />

coste económico y a sus propios condicionantes, sin embargo existen algunas excepciones, tal<br />

es el caso <strong>de</strong> las islas Canarias, don<strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> captación tienen un notable <strong>de</strong>sarrollo.<br />

Esto es <strong>de</strong>bido a la existencia <strong>de</strong> una <strong>de</strong>terminada estructura hidrogeológica, con la presencia<br />

<strong>de</strong> gran cantidad <strong>de</strong> acuíferos colgados <strong>de</strong> extensión reducida y a la gran escasez <strong>de</strong> <strong>agua</strong><br />

existente. En Tenerife es don<strong>de</strong> estas captaciones adquieren una mayor profusión, con una<br />

longitud total perforada superior a 1.300 Km.<br />

La construcción <strong>de</strong> una galería se realiza normalmente por medios rudimentarios, pico y pala, y<br />

en ocasiones se utilizan explosivos.<br />

A veces, si el tamaño <strong>de</strong> la galería lo permite, pue<strong>de</strong>n realizarse perforaciones en el interior (tal<br />

es el caso <strong>de</strong> la "Galeria <strong>de</strong> Los Suizos" en Alicante).<br />

El principal inconveniente que presentan este tipo <strong>de</strong> captaciones es el nulo po<strong>de</strong>r <strong>de</strong><br />

regulación ejercido sobre los recursos hídricos, ya que actúan como manantiales normales, con<br />

caudales muy reducidos durante el estiaje, incluso pue<strong>de</strong>n llegar a <strong>de</strong>saparecer, y caudales<br />

muy importantes durante las épocas húmedas, cuando las <strong>de</strong>mandas solicitadas son muy<br />

reducidas o inexistentes, lo que da lugar a la pérdida irremediable <strong>de</strong> los volúmenes <strong>de</strong> <strong>agua</strong><br />

drenados.<br />

Zanjas y drenes<br />

Se trata <strong>de</strong> excavaciones lineales <strong>de</strong> escasa profundidad, que actúan a modo <strong>de</strong> colector,<br />

realizados generalmente sobre materiales permeables poco consolidados, don<strong>de</strong> el nivel <strong>de</strong><br />

<strong>agua</strong> se haya próximo a la superficie.<br />

Dentro <strong>de</strong> estas zanjas, se instala una tubería filtrante con ranuras apropiadas al material que<br />

lo ro<strong>de</strong>a, y/o bien se proce<strong>de</strong> al relleno con grava o piedras que permitan el libre paso <strong>de</strong>l <strong>agua</strong><br />

<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la zanja drenante. Finalmente la excavación es rellenada con material <strong>de</strong>l propio<br />

acuífero.<br />

La evacuación <strong>de</strong>l <strong>agua</strong> se realiza normalmente por gravedad, aunque el <strong>agua</strong> pue<strong>de</strong> ser<br />

conducida en último término a pozos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> don<strong>de</strong> será extraída mediante bombeo.


En el diseño <strong>de</strong> estas captaciones es necesario tener en cuenta la granulometría y material <strong>de</strong><br />

relleno con objeto <strong>de</strong> evitar, por un lado la colmatación y erosión por lavado <strong>de</strong>l suelo<br />

circundante y, por otro, mantener el a<strong>de</strong>cuado grado <strong>de</strong> permeabilidad con relación al suelo a<br />

drenar.<br />

Este tipo <strong>de</strong> captaciones es frecuente para la obtención <strong>de</strong> <strong>agua</strong>s subálveas en cauces secos<br />

<strong>de</strong> ríos <strong>de</strong> carácter estacional y substrato impermeable, en los que se da un elevado volumen<br />

<strong>de</strong> material <strong>de</strong> acarreo.<br />

El principal problema que presentan estas captaciones es su extremada vulnerabilidad a los<br />

fenómenos contaminantes, circunstancia inherente al tipo <strong>de</strong> acuíferos captados<br />

(permeabilidad elevada y estrecha relación con <strong>agua</strong>s superf iciales)<br />

Pozos excavados<br />

Son obras <strong>de</strong> perforación excavadas a mano, con un diámetro mínimo <strong>de</strong> 1,5 metros.<br />

Su profundidad normalmente es <strong>de</strong> unas pocas <strong>de</strong>cenas <strong>de</strong> metros (20 ó 30), aunque se han<br />

llegado a alcanzar varios centenares. si bien el diámetro mínimo, tal y como se ha comentado<br />

es <strong>de</strong> 1,5 metros, espacio imprescindible para el trabajo <strong>de</strong> una persona, es frecuente que<br />

supere los 3 metros, con máximos <strong>de</strong> hasta 6 metros.<br />

Este tipo <strong>de</strong> obras se realizan en acuíferos <strong>de</strong> materiales poco consolidados con niveles<br />

piezométricos poco profundos.<br />

El método constructivo es el clásico <strong>de</strong> pico y pala, aunque también se utilizan martillos<br />

neumáticos y explosivos. Requieren <strong>de</strong> una bomba <strong>de</strong> achique para que pueda ser extraída el<br />

<strong>agua</strong> una vez alcanzado el nivel que permita la continuación <strong>de</strong> los trabajos.<br />

Normalmente, y sobre todo en terrenos poco consolidados, es necesario revestir la obra con<br />

objeto <strong>de</strong> evitar el <strong>de</strong>rrumbe <strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s, para ello se utiliza piedra, ladrillo, cemento o<br />

anillos <strong>de</strong> hormigón prefabricados, colocados a medida que avanza la perforación. Este último<br />

método, llamado <strong>de</strong> "hinca" o "sistema indio", está provisto en la base con una zapata cortante,<br />

normalmente <strong>de</strong> acero, que facilita el <strong>de</strong>scenso <strong>de</strong>l encofrado.<br />

La entrada <strong>de</strong> <strong>agua</strong> a la captación se verifica directamente a través <strong>de</strong> aberturas realizadas en<br />

el revestimiento llamados "mechinales", bien mediante agujeros simples, juntas abiertas,<br />

ladrillos colocados transversalmente, o perforaciones practicadas en el hormigón. Estas<br />

perforaciones permanecen obstruidas o cerradas durante la construcción <strong>de</strong>l pozo y son<br />

abiertas a la finalización <strong>de</strong> la obra. No es frecuente la instalación <strong>de</strong> rejillas o zonas filtrantes.<br />

La pérdida <strong>de</strong> carga en estas obras es importante y su realización <strong>de</strong>be ser sopesada<br />

convenientemente.<br />

La ejecución <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> captaciones tiene un elevado coste y su construcción requiere <strong>de</strong><br />

unos <strong>de</strong>terminados condicionantes que justifiquen su realización, estos son:<br />

• Acuífero don<strong>de</strong> el nivel piezométrico se encuentra cerca <strong>de</strong> la superficie y la profundidad <strong>de</strong><br />

la perforación es pequeña (menor <strong>de</strong> 20 metros)<br />

• En acuíferos <strong>de</strong> poco espesor o con problemas <strong>de</strong> arrastres, don<strong>de</strong> se quiera obtener una<br />

superficie filtrante máxima<br />

• En acuíferos poco permeables, don<strong>de</strong> el pozo actúe como <strong>de</strong>pósito regulador.<br />

• En casos especiales: Instalación <strong>de</strong> maquinaria en el interior, imposibilidad <strong>de</strong> acceso a<br />

máquinas <strong>de</strong> perforación, necesidad <strong>de</strong> realizar trabajos que requieran intervención<br />

humana.<br />

Pozos con drenes radiales<br />

Se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar como un caso particular <strong>de</strong> los anteriores.<br />

Cuando se requieren gran<strong>de</strong>s caudales y la formación acuífera lo permite, por disponer <strong>de</strong> un<br />

nivel piezométrico a escasa profundidad, se pue<strong>de</strong>n realizar drenes subhorizontales en las<br />

pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l pozo que aumentan su capacidad <strong>de</strong> drenaje.<br />

Estas obras necesitan un gran diámetro <strong>de</strong> perforación (4 ó 5 m) y una compleja técnica, son<br />

los pozos Raney, que llegan a obtener caudales muy elevados.<br />

Existen son<strong>de</strong>os con drenes radiales más mo<strong>de</strong>stos que pue<strong>de</strong>n ser llevados a cabo con<br />

diámetros más pequeños y menos medios, cuando <strong>de</strong> lo que se trata es <strong>de</strong> obtener pequeños<br />

caudales por la baja permeabilidad <strong>de</strong> la formación acuífera.<br />

Este tipo <strong>de</strong> obras se realiza siempre en materiales sueltos, <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> gravas y arenas.<br />

Son<strong>de</strong>os<br />

Son las obras que con mayor frecuencia se realizan para el aprovechamiento <strong>de</strong> las <strong>agua</strong>s<br />

<strong>subterránea</strong>s.


Un son<strong>de</strong>o es una perforación excavada por medios mecánicos, preferentemente vertical, <strong>de</strong><br />

diámetro inferior a 1,5 metros, aunque los más usuales se encuentran entre los 150 y los 700<br />

mm.<br />

Presentan la ventaja <strong>de</strong> que pue<strong>de</strong>n alcanzar gran<strong>de</strong>s profundida<strong>de</strong>s y tienen un coste<br />

normalmente inferior a cualquier otro tipo <strong>de</strong> captaciones.<br />

Esto requiere:<br />

• Un elemento <strong>de</strong> rotura <strong>de</strong>l terreno.<br />

• Un motor <strong>de</strong> accionamiento.<br />

• Un sistema <strong>de</strong> eliminación <strong>de</strong> <strong>de</strong>tritus.<br />

• Un sistema <strong>de</strong> mantenimiento <strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la obra.<br />

Los sistemas más comunes utilizados en perforación son:<br />

• Percusión<br />

• Rotación.<br />

• Rotopercusión<br />

La percusión basa su técnica en la fracturación y trituración <strong>de</strong> la roca por la acción <strong>de</strong> golpeo<br />

<strong>de</strong> un instrumento pesado.<br />

La rotación se centra en la acción <strong>de</strong> arrancar partículas por medio <strong>de</strong> un elemento cortante<br />

sometido a una fuerza giratoria y, que provoca una rotura <strong>de</strong> la roca por compresión.<br />

La rotopercusión se basa en la combinación <strong>de</strong> las dos técnicas anteriores, y es aquella a la<br />

que al efecto <strong>de</strong> golpeo se superpone una acción <strong>de</strong> giro <strong>de</strong>l útil <strong>de</strong> perforación.<br />

Criterios para la ubicación <strong>de</strong> una captación<br />

El objetivo <strong>de</strong> una investigación hidrogeológica para abastecimiento urbano, es obtener un<br />

aprovechamiento <strong>de</strong> las <strong>agua</strong>s <strong>subterránea</strong>s con el menor coste posible.<br />

Para la consecución <strong>de</strong> este objetivo los estudios <strong>de</strong>ben permitir <strong>de</strong>terminar los siguientes<br />

puntos:<br />

• Establecimiento <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda, volúmenes requeridos.<br />

• Elección <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> captación.<br />

• Calidad <strong>de</strong>l <strong>agua</strong> a captar.<br />

• Evaluación <strong>de</strong> diferentes alternativas posibles <strong>de</strong> captación: Costes <strong>de</strong> las instalaciones,<br />

conducciones, permisos <strong>de</strong> terrenos, etc.<br />

• Garantía <strong>de</strong> éxito <strong>de</strong> la alternativa elegida. Riesgos que conlleva el lugar elegido.<br />

Recomendación <strong>de</strong> realizar un son<strong>de</strong>o previo <strong>de</strong> investigación.<br />

• Garantía sobre la permanencia <strong>de</strong> los volúmenes <strong>de</strong> <strong>agua</strong> a medio y largo plazo.<br />

Previsiones sobre el comportamiento futuro <strong>de</strong>l acuífero captado.<br />

• Garantía sobre la permanencia <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong> los recursos hídricos. Posibilidad <strong>de</strong><br />

alteración <strong>de</strong> la calidad y permanencia <strong>de</strong> <strong>agua</strong>s o elementos externos.<br />

• Posibilidad <strong>de</strong> implantación futura <strong>de</strong> un perímetro <strong>de</strong> protección: Para esto se <strong>de</strong>be <strong>de</strong>finir<br />

un perímetro <strong>de</strong> protección provisional, en función <strong>de</strong> los resultados esperados, y ver si es<br />

posible su puesta en práctica. Se estudiarán los focos <strong>de</strong> contaminación actuales<br />

(puntuales y difusos), así como las acciones futuras (Planes <strong>de</strong> or<strong>de</strong>nación urbana e<br />

instalación <strong>de</strong> industrias, etc.)<br />

• Aspectos sociales: En muchos casos los aspectos <strong>de</strong> carácter social son condicionantes <strong>de</strong><br />

primer or<strong>de</strong>n en el momento <strong>de</strong> situar una captación, por lo que <strong>de</strong>berán ser tenidos en<br />

cuenta.<br />

SONDEOS A PERCUSIÓN<br />

Esquema <strong>de</strong> funcionamiento<br />

Las acciones esenciales <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> perforación son:<br />

a) Rotura <strong>de</strong> la roca: Se funda en la acción percutora y constante <strong>de</strong> una herramienta<br />

alternativamente levantada y <strong>de</strong>jada caer, que consigue un efecto <strong>de</strong> fracturación <strong>de</strong>l terreno.<br />

b) Extracción <strong>de</strong> los <strong>de</strong>tritus y limpieza <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o. Se realiza mediante una válvula especial<br />

llamada "cuchara".<br />

c) Fluido <strong>de</strong> perforación: La perforación necesita <strong>de</strong> un fluido que ponga en suspensión a los<br />

<strong>de</strong>tritus (colada <strong>de</strong> barro), si ‚ste no existe <strong>de</strong> forma natural. Generalmente es <strong>agua</strong> a la que<br />

pue<strong>de</strong> añadirse bentonita (arcilla expansivo).<br />

d) Mantenimiento <strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la obra, a través <strong>de</strong> tuberías. <strong>de</strong> revestimiento y colocada<br />

según avanza la perforación.


Máquina <strong>de</strong> perforación<br />

Se trata <strong>de</strong> una máquina con un armazón y un mástil, normalmente asentada sobre un<br />

remolque o camión; consta <strong>de</strong> un motor que transmite su fuerza motriz a una rueda excéntrica,<br />

transformando el movimiento giratorio en vertical que lo transfiere a lo que se <strong>de</strong>nomina el<br />

"Balancín".<br />

A este último elemento va sujeto el cable que sustenta la columna <strong>de</strong> perforación o sarta,<br />

apoyado a su vez en el mástil (10 a 15 metros <strong>de</strong> altura) provisto <strong>de</strong> un elemento <strong>de</strong><br />

amortiguación.<br />

El ritmo normal <strong>de</strong> golpeo <strong>de</strong> una máquina está en una media <strong>de</strong> 45-60 golpes por minuto,<br />

mientras que la caída <strong>de</strong> la herramienta <strong>de</strong> golpeo o trépano pue<strong>de</strong> variar entre 30 a 90 cm.<br />

Herramientas <strong>de</strong> perforación. Composición <strong>de</strong> la sarta.<br />

La sarta <strong>de</strong> herramientas está compuesta normalmente <strong>de</strong> abajo arriba <strong>de</strong> los siguientes<br />

elementos:<br />

Trépano, barra <strong>de</strong> carga, <strong>de</strong>strabador y montera.<br />

a) Trépano<br />

Es la herramienta percusora y la que realiza el triturado <strong>de</strong> la roca. Debe golpear lo justo, <strong>de</strong><br />

forma que no se hinque en la roca.<br />

Está construida en acero forjado, con los ángulos <strong>de</strong> corte revestidos por aleaciones duras<br />

(carburos <strong>de</strong> tugsteno ...)<br />

Su longitud varía <strong>de</strong> 1 a 3 metros y su peso oscila entre los 100 y 500 kgr. en pozos pequeños,<br />

y entre los 500 y 1.200 Kgr. en pozos <strong>de</strong> gran diámetro.<br />

Los elementos principales <strong>de</strong> un trépano son:<br />

• Angulo <strong>de</strong> penetración.<br />

• Sección trituradora.<br />

• Pasos <strong>de</strong> <strong>agua</strong>.<br />

Existen diferentes <strong>tipos</strong>:<br />

• Californiano <strong>de</strong> hombros biselados.<br />

• De hombros rectos.<br />

• Cruciforme.<br />

• Salomónico.<br />

b) Barrón o barra <strong>de</strong> carga.<br />

Tiene como misión aportar el peso necesario para perforar y sirve para mantener vertical el<br />

son<strong>de</strong>o. Su longitud es <strong>de</strong> 3 a 5 metros y su peso entre 400 y 1000 Kgr.<br />

c) Destrabador o tijera.<br />

No se utiliza normalmente, sólo cuando existen problemas <strong>de</strong> posibles agarres <strong>de</strong>l trépano.<br />

Permite un juego <strong>de</strong> la sarta <strong>de</strong> 20 a 30 centímetros.<br />

d) Montera.<br />

Va en la parte superior <strong>de</strong> la sarta y sirve para unirla al cable.<br />

e) Cable.<br />

Transmite el efecto <strong>de</strong> golpeo <strong>de</strong> la máquina a la sarta. Está hecho <strong>de</strong> acero sin galvanizar, con<br />

suficiente resistencia a la tracción flexible.<br />

f) Cuchara o válvula.<br />

Se usa para extraer los <strong>de</strong>tritus ocasionados por la percusión. Se trata <strong>de</strong> un tubo hueco con<br />

una válvula en la parte inferior que se abre al tocar el fondo <strong>de</strong>l pozo y se cierra al tirar <strong>de</strong> ella.<br />

Existen varios <strong>tipos</strong>, los más usados son: plana o <strong>de</strong> charnela y <strong>de</strong> dardo.<br />

Rendimiento <strong>de</strong> la perforación a percusión.<br />

Este tipo <strong>de</strong> perforación es i<strong>de</strong>al para terrenos <strong>de</strong> dureza media y baja, entre 50 y 300 metros<br />

<strong>de</strong> profundidad, y sobre todo en terrenos frágiles aunque duros (dolomías, calizas, mármol,<br />

etc.)<br />

En materiales sueltos va bien para pequeñas profundida<strong>de</strong>s ( 50 metros).<br />

No es indicada para terrenos muy duros (rocas silíceas) o, por el contrario, en aquellos muy<br />

blandos (arcillas y margas).<br />

Los problemas que pue<strong>de</strong> presentar, son las cavernas y los estratos inclinados que hacen que<br />

el pozo se <strong>de</strong>svíe <strong>de</strong> la vertical, lo que pue<strong>de</strong> ocasionar en algunos casos su abandono.<br />

Ventajas e inconvenientes <strong>de</strong> los son<strong>de</strong>os a percusión.<br />

Ventajas:<br />

• Maquinaria <strong>de</strong> costo mo<strong>de</strong>rado.<br />

• Simplicidad <strong>de</strong> las operaciones.<br />

• Poco personal.<br />

• Presenta débil colmatación en las pare<strong>de</strong>s.


• Escaso consumo <strong>de</strong> <strong>agua</strong>.<br />

• Detecta bien los acuíferos.<br />

• Consigue diámetros importantes.<br />

Inconvenientes:<br />

• Interrupción <strong>de</strong> la perforación para limpieza.<br />

• Avance lento.<br />

• Problemas con materiales no consolidados.<br />

• Entubaciones frecuentes.<br />

• Limitación <strong>de</strong> profundidad.<br />

• Está especialmente recomendada para captaciones <strong>de</strong> <strong>agua</strong>s <strong>subterránea</strong>s.<br />

SONDEOS A ROTACIÓN<br />

Están basados en la acción conjunta <strong>de</strong> la presión ejercida sobre el fondo <strong>de</strong>l pozo y el<br />

movimiento <strong>de</strong> giro <strong>de</strong> una herramienta <strong>de</strong> corte transmitido <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la superficie a través <strong>de</strong>l<br />

varillaje. La inyección <strong>de</strong> un fluido a través <strong>de</strong> una tubería permite la extracción <strong>de</strong> residuos <strong>de</strong><br />

forma contínua, y el efecto <strong>de</strong> la perforación se basa en la abrasión, <strong>de</strong>sgaste y molienda <strong>de</strong> la<br />

roca.<br />

Existen dos sistemas <strong>de</strong> perforación a rotación: Rotación directa y rotación inversa, que difieren<br />

esencialmente en el sentido <strong>de</strong> circulación <strong>de</strong>l lodo inyectado.<br />

El método <strong>de</strong> rotación se encuentra muy <strong>de</strong>sarrollado por ser el empleado por la prospección<br />

petrolífera. Comenzó a utilizarse en 1860.<br />

Los elementos fundamentales que intervienen en la ejecución <strong>de</strong> los son<strong>de</strong>os a rotación son:<br />

a) Sonda o máquina <strong>de</strong> perforación.<br />

b) Instrumento <strong>de</strong> corte. Broca o barrena.<br />

c) Columna o sarta <strong>de</strong> perforación.<br />

d) Fluido <strong>de</strong> circulación.<br />

Elementos <strong>de</strong> la perforación a rotación.<br />

Máquina <strong>de</strong> perforación.<br />

Se trata <strong>de</strong> un mecanismo capaz <strong>de</strong> proporcionar a la sarta el movimiento <strong>de</strong> giro y el avance<br />

en la perforación que se transmite al útil <strong>de</strong> corte.<br />

Esto se consigue mediante un motor que transmite el movimiento a la <strong>de</strong>nominada "mesa <strong>de</strong><br />

rotación" que consiste en una pieza provista <strong>de</strong> un anillo circular <strong>de</strong>ntado, hueca en el centro y<br />

con una sección cuadrangular o hexagonal.<br />

A través <strong>de</strong> este hueco se <strong>de</strong>sliza una varilla <strong>de</strong> igual sección "Kelly" a la que la mesa <strong>de</strong><br />

rotación hace girar al mismo tiempo que ella.<br />

La Kelly, al igual que el resto <strong>de</strong> la sarta, es hueca, y a través <strong>de</strong> ella se inyecta a presión el<br />

lodo <strong>de</strong> la perforación, con ayuda <strong>de</strong> lo que se llama cabeza <strong>de</strong> inyección, situada directamente<br />

encima.<br />

Como cualquier sistema <strong>de</strong> perforación requiere <strong>de</strong> un mástil o torreta que pue<strong>de</strong> llegar a los<br />

50 metros <strong>de</strong> alto en son<strong>de</strong>os profundos.<br />

La máquina <strong>de</strong> perforación <strong>de</strong>be ir provista <strong>de</strong> elementos que, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> producir el avance y<br />

el giro <strong>de</strong> la sarta, permitan la colocación <strong>de</strong> tuberías y filtros, así como impulsar un fluido a<br />

través <strong>de</strong> la columna <strong>de</strong> perforación.<br />

Herramienta <strong>de</strong> corte, barrena o broca.<br />

El instrumento <strong>de</strong> corte más utilizado es el <strong>de</strong> rodillos, consistente en conos <strong>de</strong>ntados<br />

giratorios, (normalmente tres) y enfrentados entre sí, que giran al mismo tiempo que lo hace la<br />

sarta.<br />

Están fabricados con aceros especiales, y tienen diseños diferentes según el tipo <strong>de</strong> terreno.<br />

Los dientes y las características <strong>de</strong> la broca varían, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la mayor o menor dureza y<br />

abrasividad <strong>de</strong> los terrenos a atravesar.<br />

Existen varios <strong>tipos</strong> <strong>de</strong> brocas:<br />

De rodillos <strong>de</strong> 2<br />

<strong>de</strong> 3 Triconos.<br />

<strong>de</strong> 4 Roller-bits.<br />

Colas <strong>de</strong> pez: Utilizadas en terrenos muy blandos plásticos.<br />

Coronas <strong>de</strong> diamante: Utilizadas en terrenos muy duros y abrasivos. No disponen <strong>de</strong> ningún<br />

elemento rotativo y.funcionan por efecto <strong>de</strong>l giro <strong>de</strong> la sarta.<br />

Sarta <strong>de</strong> perforación.


Componen el resto <strong>de</strong> los útiles empleado en la columna <strong>de</strong> perforación. Los más comunes son<br />

los siguientes:<br />

Barras <strong>de</strong> carga o lastrabarrenas. Dan peso y juegan un papel <strong>de</strong> estabilización <strong>de</strong>l tren <strong>de</strong><br />

perforación.<br />

Excarvadores: Ejercen una acción <strong>de</strong> pulido y homogeneización <strong>de</strong> la pared <strong>de</strong>l pozo.<br />

Ensanchadores: Utilizados para reperforar un pozo a mayor diámetro.<br />

Martillo: Permite <strong>de</strong>strabar la sarta en casos <strong>de</strong> agarre.<br />

Varillaje: Son tuberías sin ningún elemento accesorio que transmiten el movimiento <strong>de</strong> giro y<br />

permiten la circulación <strong>de</strong>l fluido <strong>de</strong> inyeccion.<br />

Fluido <strong>de</strong> circulación.<br />

Es muy importante la acción <strong>de</strong> este en los son<strong>de</strong>os a rotación, sus funciones son:<br />

• Extraer los <strong>de</strong>tritus producidos por la perforación.<br />

• Refrigerar la broca.<br />

• Crear una pared viscosa que sustente las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o durante la perforación.<br />

• Controlar las entradas o salidas <strong>de</strong> fluidos a la perforación.<br />

En términos generales el fluido, o lodo <strong>de</strong> perforación, está compuesto <strong>de</strong> una mezcla básica<br />

<strong>de</strong> <strong>agua</strong> y arcilla en suspensión, a la que se aña<strong>de</strong>n diversos elementos para controlar<br />

características tales como <strong>de</strong>nsidad y viscosidad.<br />

En la circulación directa el fluido es inyectado por el interior <strong>de</strong>l varillaje y ascien<strong>de</strong> a la<br />

superficie a través <strong>de</strong>l espacio anular <strong>de</strong>jado entre éste y la pared <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o.<br />

Para la circulación <strong>de</strong> fluidos <strong>de</strong> circulación directa se utilizan bombas <strong>de</strong> pistón con presiones<br />

<strong>de</strong> hasta 30 Kglm2.<br />

Rendimiento <strong>de</strong> la perforación<br />

Este sistema es el más adaptable a todas las condiciones <strong>de</strong>l terreno por la gran variedad <strong>de</strong><br />

brocas y elementos <strong>de</strong> control que existe sobre la perforación. En terrenos blandos (margas,<br />

arcillas) adquiere un claro predominio sobre los restantes sistemas <strong>de</strong> perforación.<br />

La velocidad <strong>de</strong> avance <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>:<br />

• Naturaleza <strong>de</strong> la roca. Dureza, fragilidad, abrasividad.<br />

• Profundidad.<br />

• Elemento <strong>de</strong> corte utilizado.<br />

• Velocidad <strong>de</strong> rotación <strong>de</strong> la sarta.<br />

• Peso aplicado sobre el fondo.<br />

• Presión y características <strong>de</strong>l fluido <strong>de</strong> perforación.<br />

Ventajas e inconvenientes.<br />

Entre los elementos a favor están:<br />

• Gran velocidad <strong>de</strong> avance (especialmente a partir <strong>de</strong> 200 metros).<br />

• Permite la ejecución <strong>de</strong> son<strong>de</strong>os profundos.<br />

• Especialmente recomendado en terrenos blandos.<br />

• Permite perforar muchos metros sin necesidad <strong>de</strong> entubaciones auxiliares.<br />

Los inconvenientes son:<br />

• Ejerce un efecto <strong>de</strong> impermeabilización sobre las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o (efecto negativo para<br />

la captación <strong>de</strong> <strong>agua</strong>s <strong>subterránea</strong>s).<br />

• Consumo <strong>de</strong> <strong>agua</strong> excesivo, cuando hay pérdidas <strong>de</strong> fluido.<br />

• Diámetros reducidos.<br />

• Facilidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>svío <strong>de</strong> la perforación.<br />

SONDEOS A ROTACIÓN POR CIRCULACIÓN INVERSA<br />

Es un caso particular <strong>de</strong> los métodos <strong>de</strong> perforación a rotación, que permiten eliminar en su<br />

mayor parte el efecto <strong>de</strong> colmatación <strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o producido la circulación<br />

directa.<br />

En la perforación a rotación por circulación los lodos, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> sufrir una <strong>de</strong>cantación en la<br />

balsa, <strong>de</strong>scien<strong>de</strong>n por gravedad, a través <strong>de</strong>l espacio anular, hasta el fondo <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o, para<br />

regresar a la superficie cargados <strong>de</strong> <strong>de</strong>tritus por el interior <strong>de</strong>l varillaje. Este sistema requiere la<br />

ayuda <strong>de</strong> una bomba <strong>de</strong> aspiración (efecto Venturi), que suele estar combinada por inyección<br />

<strong>de</strong> aire comprimido a través <strong>de</strong> ranuras auxiliares <strong>de</strong>l varillaje, con lo que se consigue una<br />

menor <strong>de</strong>nsidad en el tramo ascen<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l fluido y por tanto una mayor velocidad <strong>de</strong><br />

ascensión.<br />

Con ello se consigue reducir la presión en la perforación y, por tanto, el efecto <strong>de</strong> invasión <strong>de</strong>l<br />

lodo en las formaciones permeables.


Las ventajas que presenta este método son:<br />

• Permite realizar son<strong>de</strong>os <strong>de</strong> gran diámetro (>600 mm.).<br />

• Menor efecto <strong>de</strong> impermeabilización <strong>de</strong> los acuíferos por permitir la utilización <strong>de</strong> lodos <strong>de</strong><br />

menor <strong>de</strong>nsidad y viscosidad, con una menor presión <strong>de</strong>l lodo sobre las formaciones<br />

atravesadas.<br />

• Pequeña velocidad <strong>de</strong>l lodo por el espacio anular con reducción <strong>de</strong> los efectos erosión<br />

sobre las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l pozo.<br />

• Es especialmente recomendable en formaciones poco coherentes o blandas.<br />

Las limitaciones que tiene este método son fundamentalmente las siguientes:<br />

• Requiere diámetros superiores a 300 mm.<br />

• En caso <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> fluido, este sistema no permite ser utilizado. Si ello ocurre podrían<br />

ocasionarse <strong>de</strong>rrumbes en el pozo.<br />

• Disminuye su rendimiento en formaciones <strong>de</strong> cierta dureza.<br />

• Cierta limitación que el efecto <strong>de</strong> aspiración impone a las profundida<strong>de</strong>s a alcanzar.<br />

Depen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l sistema utilizado:<br />

Con bomba normal: menor <strong>de</strong> 50 m.<br />

Con inyección <strong>de</strong> tipo Venturi: hasta 130 m.<br />

Con inyección <strong>de</strong> aire <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la potencia <strong>de</strong>l compresor.<br />

SONDEOS A ROTOPERCUSIÓN<br />

Esta técnica combina los dos métodos anteriores, rotación y percusión en uno solo.<br />

Esquema <strong>de</strong> funcionamiento<br />

Utiliza un martillo <strong>de</strong> fondo, accionado por la inyección <strong>de</strong> aire comprimido, que se encuentra<br />

sometido al mismo tiempo a un efecto <strong>de</strong> giro transmitido por el varillaje <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la superficie.<br />

El aire al salir por las lumbreras <strong>de</strong> escape <strong>de</strong>l martillo ascien<strong>de</strong> por el espacio anular <strong>de</strong>l<br />

son<strong>de</strong>o arrastrando los <strong>de</strong>tritus <strong>de</strong> perforación, al mismo tiempo que ejerce una acción <strong>de</strong><br />

lubrificado <strong>de</strong>l mecanismo <strong>de</strong> perforación.<br />

Elementos <strong>de</strong> la perforación a Rotopercusión<br />

La máquina y los elementos empleados en este sistema tienen mucha afinidad con los<br />

empleados en la perforación a rotación.<br />

Los elementos diferenciadores se encuentran fundamentalmente en el uso <strong>de</strong>l martillo <strong>de</strong><br />

fondo, en el tipo <strong>de</strong> broca y en el empleo <strong>de</strong> aire comprimido como fluido <strong>de</strong> circulación.<br />

El martillo <strong>de</strong> fondo se encuentra unido al elemento <strong>de</strong> corte o boca y le confiere a ésta un<br />

efecto <strong>de</strong> golpeteo a modo <strong>de</strong> martillo neumático.<br />

El control sobre la perforación en este sistema recae en gran medida en la presión <strong>de</strong><br />

inyección, ya que tiene un efecto directo sobre la acción <strong>de</strong> percusión, y sobre la eliminación <strong>de</strong><br />

los <strong>de</strong>tritus, lo que se traduce en <strong>de</strong>finitiva en un mayor o menor avance <strong>de</strong> la perforación. Las<br />

máximas presiones que pue<strong>de</strong>n alcanzar están en torno a 25 Kg/cm 2 lo que pue<strong>de</strong> suponer<br />

avances en condiciones i<strong>de</strong>ales <strong>de</strong> hasta 50 m/h.<br />

Como elementos <strong>de</strong> control intervienen a<strong>de</strong>más la velocidad <strong>de</strong> rotación, que suele estar entre<br />

los 10 y los 60 r.p.m. y el empuje ejercido sobre el martillo <strong>de</strong> fondo, normalmente en torno a<br />

200 Kg. por pulgada <strong>de</strong> diámetro.<br />

Junto con el aire comprimido se emplea espumante y <strong>agua</strong> con objeto <strong>de</strong> ayudar a la acción <strong>de</strong><br />

limpiado <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o. El caudal necesario es reducido, nunca mayor <strong>de</strong> 10 litros/ minuto.<br />

La boca <strong>de</strong>l martillo <strong>de</strong> fondo, o elemento percutor, es <strong>de</strong> diferente tipo según la formación a<br />

perforar. Las hay <strong>de</strong> cruceta para terrenos normales, semejantes a los trépanos, <strong>de</strong>l método<br />

<strong>de</strong> percusión, y, <strong>de</strong> botón, para formaciones duras.<br />

Rendimiento. Ventajas y limitaciones<br />

Entre las ventajas están las siguientes:<br />

• Requiere poco peso sobre la boca (1000-3000 Kgr), por lo que no necesita barras <strong>de</strong><br />

carga, y precisa una menor velocidad <strong>de</strong> rotación.<br />

• Ejecución <strong>de</strong> son<strong>de</strong>os más rectos. I<strong>de</strong>al en formaciones inclinadas y fisuradas.<br />

• Consigue gran<strong>de</strong>s velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> perforación.<br />

• Es especialmente a<strong>de</strong>cuada para terrenos muy duros, don<strong>de</strong> supera ampliamente al resto<br />

<strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong> perforación.<br />

• Costo reducido por metro perforado.<br />

Entre sus limitaciones están:<br />

• Limitación en los diámetros <strong>de</strong> perforación.<br />

• No es a<strong>de</strong>cuada en terrenos sueltos o poco consolidados.


• En presencia <strong>de</strong> mucha <strong>agua</strong> pue<strong>de</strong>n aparecer serias dificulta<strong>de</strong>s en la perforación.<br />

• Efecto <strong>de</strong> colmatación sobre las formaciones atravesadas.<br />

CONTROL HIDROGEOLÓGICO DE UNA PERFORACIÓN<br />

El a<strong>de</strong>cuado control <strong>de</strong> una perforación es un elemento imprescindible en la realización <strong>de</strong> una<br />

obra <strong>de</strong>stinada a la captación <strong>de</strong> <strong>agua</strong>s <strong>subterránea</strong>s, ya sea <strong>de</strong> investigación o <strong>de</strong> explotación.<br />

El objetivo final es obtener la secuencia exacta <strong>de</strong> los materiales perforados y <strong>de</strong>terminar los<br />

tramos acuíferos atravesados.<br />

En primer lugar se requiere la existencia <strong>de</strong> un proyecto <strong>de</strong> la obra, en el que se expondrán las<br />

previsiones sobre la secuencia litológica <strong>de</strong> la perforación, así como todos aquellos aspectos<br />

inherentes a la misma piezométricos, entubaciones, cementaciones, características <strong>de</strong> las<br />

tuberías, filtros, empaque <strong>de</strong> gravas, etc.).<br />

El supervisor <strong>de</strong>be mantener un contacto directo con el son<strong>de</strong>o, y el control se realizará<br />

mediante la ayuda <strong>de</strong>l parte <strong>de</strong> perforación en el que se irán anotando todas las observaciones.<br />

Las principales son:<br />

1) Control <strong>de</strong> los parámetros mecánicos <strong>de</strong> la perforación.<br />

Se centra en los siguientes puntos.<br />

Elementos <strong>de</strong> perforación (tipo <strong>de</strong> broca, sarta, entubación, cementaciones, etc ...<br />

Control <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong> perforación:<br />

Peso aplicado sobre el fondo.<br />

Rotación (nº <strong>de</strong> vueltas por minuto)<br />

Presión <strong>de</strong> inyección.<br />

2) Control <strong>de</strong> los parámetros hidrogeológicos.<br />

Se tienen en cuenta los siguientes puntos:<br />

a) Estudio <strong>de</strong> las muestras:<br />

Se <strong>de</strong>scribe el material que se extrae <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o, en tanto por ciento <strong>de</strong> cada tipo <strong>de</strong> roca.<br />

Para ello es necesario obtener dos muestras <strong>de</strong> cada metro perforado, una sin lavar y otra<br />

lavada.<br />

En campo se realiza un análisis a visu y con lupa, para pasar a un examen más <strong>de</strong>tenido en<br />

laboratorio, en el que se contemplan:<br />

Estudio litológico <strong>de</strong>tallado.<br />

Estudio paleontológico: Mediante lámina <strong>de</strong>lgada o levigado.<br />

Granulometría <strong>de</strong> las muestras.<br />

Calcimetría (% <strong>de</strong> carbonatos).<br />

Complexometrías: Para calcular porcentajes <strong>de</strong> CO3Ca y CO3Mg (Calizas y dolomías).<br />

Análisis específicos: Determinación <strong>de</strong> sulfatos, lignito, minerales pesados, difracción <strong>de</strong> rayos<br />

X, etc. (para establecer correlaciones).<br />

Todos los datos serán indicados en su correspondiente registro.<br />

b) Control <strong>de</strong>l avance <strong>de</strong> la perforación:<br />

Permite estimar la dureza <strong>de</strong> las formaciones geológicas, y obtener con precisión la<br />

profundidad exacta <strong>de</strong> un cambio <strong>de</strong> roca.<br />

c) Control <strong>de</strong> niveles:<br />

Diariamente se <strong>de</strong>ben realizar dos medidas <strong>de</strong>l nivel <strong>de</strong> <strong>agua</strong> en la obra, una al comienzo <strong>de</strong> la<br />

jornada y otra al final. Permiten conocer los distintos tramos acuíferos atravesados y podrá<br />

obtenerse una i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> sus características hidrodinámicas.<br />

d) Aplicación <strong>de</strong> técnicas geofísicas. Perfiles eléctricos:<br />

Una vez finalizada una perforación, o un <strong>de</strong>terminado tramo <strong>de</strong> la misma, es muy<br />

recomendable realizar perfiles <strong>de</strong>l mismo mediante técnicas geofísicas. Estas consisten en<br />

<strong>de</strong>scen<strong>de</strong>r un "patín" pegado a la pared <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o, en el que van insertados diversos<br />

electrodos unidos a la superficie por cable. A través <strong>de</strong> e os se aplican diferentes impulsos<br />

eléctricos o <strong>de</strong> otro tipo, al tiempo que se registra la respuesta <strong>de</strong> la formación geológica en<br />

cada punto.<br />

Lo más frecuente es medir las resistivida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la roca, la radioactividad natural, el potencial<br />

espontáneo, conductividad y la temperatura.<br />

Con estas medidas junto con el análisis <strong>de</strong> los <strong>de</strong>tritus extraídos se obtiene una visión muy<br />

precisa <strong>de</strong>l son<strong>de</strong>o, con <strong>de</strong>tención <strong>de</strong> las zonas <strong>de</strong> mayor permeabilidad, <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong><br />

fracturas, etc ... que será muy útil para la correcta ubicación <strong>de</strong> las zonas filtrantes en el<br />

entubado y los tramos a cementar.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!