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