Tecnicas de Construccion de Sondeos de Aguas Subterraneas Parte 1

“TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS”

JORNADAS TÉCNICAS SOBRE APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA RIEGO

Regadíos CENTER CENTRO NACIONAL DE TECNOLOGÍA DE REGADÍOS

Tomás García Ruiz Director División de Aguas Subterráneas Compañía General de Sondeos CGS, S. A. Junio 2.009

2

ÍNDICE MEMORIA Pág. 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………….………....14 2. LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS EN EL MARCO DE UN PROYECTO DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS ……….........16 2.1. INTRODUCCIÓN................................................................................................16 2.2. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO........................................................................16 2.3. ETAPA CONSTRUCTIVA.................................................................................18 2.4. EQUIPAMIENTO ELECTROMECÁNICO........................................................19 2.5 PUESTA EN SERVICIO......................................................................................20 3. PLANIFICACIÓN Y DISEÑO EN LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS ...........................................................................................................21 3.1. PLANIFICACIÓN................................................................................................21 3.1.1. Elaboración del proyecto constructivo de la obra.................................21 3.1.2. Gestión de permisos y tramitación de la documentación......................22 3.1.3. Nombramiento de la Dirección Técnica de la Obra..............................22 3.1.4. Ejecución de la obra.................................................................................22 3.1.5 Evaluación cuantitativa, cualitativa y constructiva de la obra.............23 3.1.6 Realización del informe final....................................................................24 3.2. CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO .................................................................25 3.2.1. Profundidad de la perforación.................................................................25 3.2.2. Diámetros de la captación.........................................................................26 3.2.3. Método de perforación..............................................................................28 3.3. OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA FASE DE PROYECTO...................................................................................................29 4. SONDEOS DE INVESTIGACIÓN HIDROGEOLÓGICA..................................30 4.1. INTRODUCCIÓN................................................................................................30 4.2. SISTEMAS DE PERFORACIÓN........................................................................31 4.2.1. Rotación con testigo continuo..................................................................31 4.2.1.1. Introducción.................................................................................31 4.2.1.2. Equipo básico de perforación......................................................32 4.2.1.3. Sistema “wire-line”................................................................…..34 4.2.1.4. Normalización de componentes…………………………….......35 4.2.1.5. Tubos testigos..............................................................................35 4.2.1.6. Coronas........................................................................................35 4.2.2. Sistemas a destructivo..............................................................................37 4.2.2.1. Introducción...................................................................................37 4.2.2.2. Rotopercusión a circulación inversa. con pequeño diámetro........38

3

Pág. 4.2.2.3. Otros sistemas a destructivo..........................................................39 4.3. ETAPAS CONSTRUCTIVAS.............................................................................39 4.4. DATOS OBTENIDOS.........................................................................................41 5. MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE CAPTACIONES HIDROGEOLÓGICAS............................................................................................43 5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PERFORACIÓN.........................43 5.2. UTILIZACIÓN DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN EN SONDEOS................46 5.3. EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA CIRCULACIÓN DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN............................................................................................46 5.4. PERFORACIÓN DE POZOS ABIERTOS...........................................................48 5.4.1. Introducción.................................................................................................48 5.4.2. Sistemas Manuales.......................................................................................49 5.4.3. Sistemas que utilizan maquinaria..............................................................49 5.4.3.1. Método de la hélice...........................................................................49 5.4.3.2. Sistema de cuchara bivalva...............................................................51 5.4.3.3. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de hinca de tubos...........52 5.5. MÉTODO DE PERCUSIÓN..................................................................................52 5.5.1. Introducción.................................................................................................52 5.5.2. Sistema de perforación ...............................................................................52 5.5.3. Aspectos hidrogeológicos ...........................................................................56 5.5.4. Ventajas e inconvenientes del método.......................................................56 5.6. SISTEMA DE ROTACIÓN...................................................................................57 5.6.1. Introducción.................................................................................................57 5.6.2. Sistema de perforación ...............................................................................57 5.6.3. Aspectos hidrogeológicos ...........................................................................64 5.6.4. Ventajas e inconvenientes del método.......................................................64 5.7. MÉTODO DE ROTOPERCUSIÓN.........................................................................65 5.7.1. Introducción.................................................................................................65 5.7.2. Sistema de perforación ...............................................................................66 5.7.3. Aspectos hidrogeológicos ...........................................................................72 5.7.4. Ventajas e inconvenientes del método.......................................................74 5.8. SELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN..............................................75

4

Pág. 6. EJECUCIÓN DE SONDEOS DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS...............................................................................79 6.1. INTRODUCCIÓN................................................................................................79 6.2. PREPARACIÓN DE ACCESOS Y EMPLAZAMIENTO DEL EQUIPO................................................................................................................79 6.3. PERFORACIÓN..................................................................................................82 6.4. TESTIFICACIÓN GEOFÍSICA............................................................................83 6.4.1. Introducción...............................................................................................83 6.4.2. Parámetros geofísicos registrados............................................................84 6.4.3. Resultados obtenidos.................................................................................87 6.5. ENTUBACIÓN.....................................................................................................87 6.5.1. Introducción...............................................................................................87 6.5.2. Entubación de emboquille.........................................................................88 6.5.3. Operaciones de la entubación..................................................................90 6.6. ENGRAVILLADO.................................................................................................93 6.6.1. Introducción................................................................................................93 6.6.2. Diseño del engravillado..............................................................................95 6.7. LIMPIEZA Y DESARROLLO...............................................................................96 6.7.1. Introducción................................................................................................96 6.7.2. Métodos de desarrollo................................................................................98 6.7.2.1. Métodos mecánicos.........................................................................98 6.7.2.2. Métodos químicos..........................................................................102 6.7.2.3. Otros métodos................................................................................103 6.8. ACABADO FINAL Y RESTAURACIÓN DE LOS TERRENOS.....................104 7. EVALUACIÓN DE LA CAPTACIÓN..................................................................107 7.1. EVALUACIÓN CUANTITATIVA Y CUALITATIVA...................................107 7.1.1. Ensayos de bombeo..................................................................................107 7.1.1.1. Introducción..................................................................................107 7.1.1.2. Equipos a utilizar..........................................................................107 7.1.1.3. Desarrollo de la prueba.................................................................110 7.1.1.4. Análisis e interpretación de los datos obtenidos...........................112 7.1.2. Toma de muestras y análisis químicos...................................................115 7.1.2.1. Introducción..................................................................................115 7.1.2.2. Medidas “in situ”..........................................................................115 7.1.2.3. Análisis en laboratorios................................................................115 7.1.2.4. Evaluación de la calidad del agua............................................. ...116 7.1.3. Conclusiones y recomendaciones...........................................................116 7.2. CONTROL CONSTRUCTIVO CON REGISTRO ÓPTICO............................117

5

Pág. 8. INFORME FINAL..................................................................................................118 8.1. INTRODUCCIÓN..............................................................................................118 8.2. CONTENIDO DEL INFORME.........................................................................118 9. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD EN LAS OBRAS DE CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS .....................................................................120 9.1. INTRODUCCIÓN..............................................................................................120 9.2. FASE PREVIA A LA EJECUCIÓN DE LA OBRA.........................................121 9.2.1. Proyecto constructivo de la obra...........................................................121 9.2.2. Nombramiento de la Dirección Técnica de la obra.............................121 9.3. FASE DE EJECUCIÓN DE LA OBRA.............................................................122 9.3.1. Control operacional................................................................................122 9.3.2. Control de calidad de los materiales.....................................................126 9.4. CONTROL FINAL DE LA OBRA: REGISTRO ÓPTICO...............................128 10. OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN LAS OBRAS DE CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS......................................................................129 10.1. INTRODUCCIÓN...........................................................................................129 10.2. MARCO LEGAL APLICABLE A LAS OBRAS DE CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS ......................................................................................................129 10.2.1. Marco legal general............................................................................129 10.2.1.1. Construcción de pozos y sondeos..........................................129 10.2.1.2. Electrificación y equipamiento electromecánico de sondeos para captación de aguas subterráneas....................................130 10.2.1.3. Extracción de aguas subterráneas..........................................131 10.2.2. Ámbito sectorial legislativo aplicable a la actividad de ejecución y equipamiento de sondeos...................................................................132 10.2.3. Normativa aplicable respecto a la seguridad y salud y medioambiente...................................................................................135 10.2.4. Normativa aplicable referente al aprovechamiento del agua subterránea.........................................................................................137 10.2.5. Autorizaciones y tramitaciones necesarias para construir, equipar y extraer aguas subterráneas de un pozo o sondeo............................138 10.2.5.1. Introducción..........................................................................138 10.2.5.2. Propietario del terreno..........................................................139 10.2.5.3. Organismo autonómico competente en materia de minería.139 10.2.5.4. Organismo autonómico competente en materia de industria…………………………………………….......139 10.2.5.5. Ayuntamiento.......................................................................140

6

Pág. 10.2.5.6. Confederación Hidrográfica u Organismo Autonómico competente en materia de aguas...........................................140 10.2.5.7. Organismo Administrativo de Medioambiente....................141 10.2.5.8. Otros Organismos.................................................................142 10.3. SEGURIDAD Y SALUD DURANTE LA EJECUCIÓN DE SONDEOS .......................................................................................................143 10.3.1. Introducción........................................................................................ 143 10.3.2. Normativa de Seguridad y Salud aplicable a las obras de realización y equipamiento de sondeos para captación de agua subterránea...........................................................................................144 10.3.2.1 Normativa básica.....................................................................144 10.3.2.2 Normativa sectorial..................................................................145 10.3.3. Requisitos de seguridad generales de las empresas de perforación de sondeos........................................................................146 10.3.4. Implantación de las medidas de seguridad en obra .........................148 10.3.4.1. Control y supervisión de la obra..............................................149 10.3.4.2. Formación e información de los trabajadores..........................149 10.3.4.3. Condiciones de trabajo adecuadas...........................................150 10.3.4.4. Utilización de equipos de protección individual.....................154 10.3.4.5. Control de la maquinaria.........................................................157 10.3.4.6. Medidas de emergencia...........................................................159 10.3.4.7. Medidas de seguridad especiales.............................................159 10.3.5. Sistema de Gestión de la Seguridad y Salud en el trabajo.................160 10.4. PROTECCIÓN MEDIOAMBIENTAL............................................................161 10.5. ASPECTOS ECONÓMICOS............................................................................163 11. ÚLTIMAS TENDENCIAS EN LAS TÉCNICAS DE CAPTACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS...........................................165 11.1. INTRODUCCIÓN..........................................................................................165 11.2. DESARROLLO Y APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN PARA ACUÍFEROS PROFUNDOS..............................................................166 11.3. UTILIZACIÓN DE EQUIPOS DE PERFORACIÓN DE MAYORES CAPACIDADES.............................................................................................167 11.4. IMPLEMENTACIÓN DE AVANCES TÉCNICO EN LAS INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS DE BOMBEO......................170 11.5. EMPLEO DE NUEVOS MATERIALES Y EQUIPOS ................................171 11.6. ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD EN LAS CAPTACIONES E INSTALACIONES ........................................................................................173

7

Pág. 11.7. CUMPLIMIENTO DE LOS REQUISITOS LEGALES................................174 11.8. IMPLANTACIÓN EN OBRA DE MEDIDAS ADECUADAS DE SEGURIDAD Y SALUD Y PROTECCIÓN MEDIOAMBIENTAL….......174 11.9. TECNIFICACIÓN DE EMPRESAS..............................................................176 12. CASO PRÁCTICO:DISEÑO DE UNA CAPTACIÓN......................................177 13. BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................187 14. ANEXOS.................................................................................................................189 ANEXO 1.- ELABORACIÓN DEL PROYECTO CONSTRUCTIVO.................190 ANEXO 2.- CLASIFICACIÓN DE ACUÍFEROS................................................194

FOTOGRAFÍAS Foto n.º 1.- Sondeo surgente............................................................................................14 Foto n.º 2.- Equipo de sísmica de reflexión utilizado en una campaña geofísica para investigación hidrogeológica.......................................................................17 Foto n.º 3.- Mapa geológico editado por el Instituto Geológico y Minero de España (IGME)..........................................................................................................18 Foto n.º 4.- Fase de perforación, durante la ejecución de un sondeo..............................23 Foto n.º 5.- Ensayo de bombeo para la evaluación de la captación.................................24 Foto n.º 6.- Tubería de revestimiento de un pozo............................................................28 Foto n.º 7.- Realización de un sondeo de investigación hidrogeológica.........................30 Foto n.º 8.- Testigos del terreno obtenidos en un sondeo de investigación.....................31 Foto n.º 9.- Cabeza de rotación de sonda testiguera........................................................33 Foto n.º 10.- Coronas de perforación de diamante (concreción).....................................36 Foto n.º 11.- Coronas de widia........................................................................................36 Foto n.º 12. Equipo de investigación mixto, rotopercusión inversa-testigo continuo….38 Foto n.º 13.- Acabado en superficie de un sondeo de investigación...............................41

8

Pág. Foto n.º 14.- Muestras del terreno obtenidas durante la perforación de una captación...45 Foto n.º 15.- Bomba de impulsión de lodos.....................................................................47 Foto n.º 16.- Compresor montado sobre camión.............................................................47 Foto n.º 17.- Compresor de alta presión, sobre ruedas....................................................48 Foto n.º 18.- Realización de un pozo abierto con un equipo de hélice discontinua........51 Foto n.º 19.- Ejecución de un pozo abierto con un equipo de cuchara bivalva...............51 Foto n.º 20.- Equipo de perforación a percusión.............................................................54 Foto n.º 21.- Tricono utilizado como útil cortante en el sistema “rotary”.......................58 Foto n.º 22.- Equipo de perforación a rotopercusión, montado sobre camión................69 Foto n.º 23.- Martillo y tallantes de rotopercusión..........................................................70 Foto n.º 24.- Bombeo de agua durante la perforación a rotopercusión...........................73 Foto n.º 25.- Utilización de máquina retroexcavadora para la preparación de accesos y emplazamiento............................................................................79 Foto n.º 26.- Explanación y allanado del punto de ubicación del sondeo.......................80 Foto n.º 27.- Descarga de materiales en la zona de acopio del sondeo...........................80 Foto n.º 28.- Colocación en superficie de telas de material impermeable para evitar afecciones al sondeo.........................................................................81 Foto n.º 29 Implantación del vallado perimetral.............................................................81 Foto n.º 30 Construcción y llenado de la balsa de lodos.................................................82 Foto n.º 31 Perforación de un sondeo por el sistema de rotopercusión...........................82 Foto n.º 32 Perforación de un sondeo por el sistema de rotación a circulación inversa........................................................................................83 Foto n.º 33.- Equipo de testificación geofísica................................................................84 Foto n.º 34.- Acopio de tubería metálica en las inmediaciones de un pozo....................88 Foto n.º 35.- Cementación de la tubería de emboquille...................................................89 Foto n.º 36.- Tubería filtrante de puentecillo...................................................................92

9

Pág. Foto n.º 37.- Operaciones de entubación con el empleo de grúa auxiliar de gran tonelaje...........................................................................................93 Foto n.º 38.- Acopio de grava en las inmediaciones de un pozo.....................................94 Foto n.º 39.- Operaciones de engravillado de un pozo....................................................94 Foto n.º 40.- Muestras de terreno para análisis granulométrico......................................95 Foto n.º 41.- Limpieza de un pozo mediante bombeo con aire comprimido...................97 Foto n.º 42.- Desarrollo de un pozo mediante sobrebombeo...........................................99 Foto n.º 43.-Cabezal empleado para el desarrollo de pozo cerrado...............................101 Foto n.º 44.-Etapa de limpieza final en el desarrollo a pozo cerrado............................102 Foto n.º 45.-Cabezal utilizado en el desarrollo por acidificación..................................103 Foto n.º 46.-Acabado en superficie de un pozo.............................................................104 Foto n.º 47.-Aspecto de una balsa de lodos...................................................................105 Foto n.º 48.-Terrenos restaurados a la finalización de la obra.......................................106 Foto n.º 49.-Electrobomba sumergible..........................................................................108 Foto n.º 50.- Cuadro de protección y control de la instalación eléctrica.......................109 Foto n.º 51.-Aforador y tubo pitot para medición de caudales......................................109 Foto n.º 52.-Hidronivel utilizado para control en un sondeo piezométrico durante la realización de un aforo..............................................................................110 Foto n.º 53.-Dispositivo, con manguera flexible, para evacuación del caudal bombeado...................................................................................................110 Foto n.º 54.-Descarga directa a cauce superficial..........................................................111 Foto n.º 55.-Balsa de descarga revestida.......................................................................111 Foto n.º 56.-Limpieza de pozo durante la fase de aforo escalonado.............................112 Foto n.º 57.-Aparatos para la medición “in situ” de la calidad del agua bombeada......115 Foto n.º 58.-Cuadro de control de los parámetros de perforación.................................124 Foto n.º 59.- Operaciones de control de la viscosidad...................................................125

10

Pág. Foto n.º 60.- Operaciones de unión de tubería metálica mediante soldadura................125 Foto n.º 61.- Plomada para comprobación de la ubicación de la grava en el anular.....126 Foto n.º 62.- Acopio de la tubería de revestimiento de un pozo....................................127 Foto n.º 63.- Control de diámetro y espesor de la tubería de revestimiento..................127 Foto n.º 64.- Realización del registro óptico a la finalización de un pozo....................128 Foto n.º 65.- Ejecución de sondeo para captación de agua subterránea........................129 Foto n.º 66.- Operaciones de instalación del equipamiento electromecánico en un sondeo.......................................................................................................130 Foto n.º 67.- Extracción de agua subterránea en sondeo...............................................131 Foto n.º 68.- Inspección de seguridad, realizada por el organismo minero competente, en una obra de construcción de un sondeo...............................................134 Foto n.º 69.- Medidas de protección medioambiental...................................................135 Foto n.º 70.- Impermeabilización de las balsas de lodos para evitar impactos medioambientales.....................................................................................136 Foto n.º 71.- Manantial..................................................................................................138 Foto n.º 72.-Cauce público y zona de policía adyacente...............................................141 Foto n.º 73.- Suministro de agua a una balsa de perforación para la fabricación del lodo de perforación............................................................................................141 Foto n.º 74.- Realización de un sondeo para captación de agua subterránea en una zona próxima a una carretera………………………………………………….142 Foto n.º 75.- Obra de perforación de un sondeo para captación de agua subterránea...145 Foto n.º 76.- Equipos móviles para instalación electromecánica provisional, durante la realización de un ensayo de bombeo.......................................................145 Foto n.º 77.- Labores de acondicionamiento del acceso y emplazamiento de sondeo.150 Foto n.º 78.- Ubicación de sonda de perforación...........................................................150 Foto n.º 79.- Delimitación y señalización del recinto de una obra................................151 Foto n.º 80.- Delimitación de las balsas de lodos de perforación, dentro del recinto de una obra...............................................................................................152

11

Pág. Foto n.º 81.- Acopio de materiales y utillaje de perforación en el interior de un recinto de obra………………………………………...…………………………152 Foto n.º 82.- Señalización de la proximidad de la obra.................................................153 Foto n.º 83.- Ubicación de rejillas sobre el suelo para evitar resbalamientos...............153 Foto n.º 84.- Torres de iluminación para trabajos nocturnos………………………….154 Foto n.º 85.- Toma de tierra de un grupo electrógeno utilizado para realizar un ensayo de bombeo..................................................................................................154 Foto n.º 86.- Sondista equipado con los EPIs básicos...................................................156 Foto n.º 87.- Equipos de protección respiratoria, utilizados con una máquina a rotopercusión.............................................................................................155 Foto n.º 88.- Utilización de mascarillas durante las operaciones de manipulado de productos químicos…………………………...…………………………156 Foto n.º 89.- Equipos de protección individual utilizados durante las operaciones de acidificación..........................................................................................156 Foto n.º 90.-Utilización de fajas de protección dorso-lumbar.......................................157 Foto n.º 91.- Equipo de perforación montado sobre camión.........................................158 Foto n.º 92.- Detalle de sonda de perforación, montada sobre camión.........................158 Foto n.º 93.- Contenedor de recogida de residuos, ubicado en una obra de Perforación……………………………………………………………….161 Foto n.º 94.- Balsa de lodos impermeabilizada con material plástico………………...162 Foto n.º 95.- Máquina de perforación de gran capacidad, realizando un sondeo profundo para captación de aguas…………………………………….....168 Foto n.º 96.- Equipo de perforación mixto, rotación-rotopercusión, montado sobre camión………………………………………………..………………….169 Foto n.º 97.- Unidad de compresión “booster” utilizada para la perforación a rotopercusión……………………………………………………………170 Foto n.º 98.- Salida de la tubería de impulsión de un ensayo de bombeo con equipamiento de control automático de caudal y volumen extraído…….171 Foto n.º 99.- Tubería tipo “casing”, empleada para un sondeo profundo para captación de agua…………………………………………………………………...171

12

Pág. Foto n.º 100.- Filtro Johnson para entubación de pozo de agua destinada a suministro para consumo humano…………………………………………...…….172 Foto n.º 101.- Tubería filtrante roscada de PVC-U, utilizada para entubación de pozo de agua salobre destinada a suministro a planta desaladora…………...173 Foto n.º 102.- Delimitación y señalización de un recinto de perforación de una obra de perforación y equipamiento para captación de agua subterránea……………………………………………………175 Foto n.º 103.- Colocación de elementos absorbentes, bajo la maquinaria de perforación para evitar derrames y otros impactos negativos sobre el suelo y subsuelo…………………………………...…………………176

FIGURAS Figura n.º 1. - Etapas de un proyecto de captación de aguas subterráneas......................16 Figura n.º 2.- Esquema de instalación electromecánica en un sondeo de captación.......19 Figura n.º 3.- Diámetros de las electrobombas sumergibles en función de los caudales Extraíbles y de las alturas manométricas de impulsión..............................27 Figura n.º 4.- Esquema constructivo de un sondeo de investigación hidrogeológica......40 Figura n.º 5.- Procedimiento de arranque del terreno en una perforación.......................43 Figura n.º 6.- Sentido de circulación del fluido de perforación.......................................44 Figura n.º 7.- Esquema de equipo de hélice continua montado sobre camión................50 Figura n.º 8.- Funcionamiento del sistema de hélice discontinua....................................50 Figura n.º 9.- Esquema de equipo de percusión...............................................................53 Figura n.º 10.- Elementos de la sarta de perforación en un sondeo a percusión.............55 Figura n.º 11.- Esquema de equipo de perforación “rotary”............................................58 Figura n.º 12.- Esquema conceptual comparativo de los sistemas de perforación a rotación....................................................................................................59 Figura n.º 13.- Funcionamiento del sistema de perforación a rotación a circulación inversa......................................................................................................62 Figura n.º 14.- Distribución de los esfuerzos en la sarta de perforación a rotación........63

13

Pág. Figura n.º 15.- Funcionamiento del sistema de perforación a rotopercusión a circulación inversa......................................................................................................68 Figura n.º 16.- Registro de testificación de un pozo........................................................86 Figura n.º 17.- Trayectoria de la perforación de un pozo................................................86 Figura n.º 18.- Selección del tamaño de la grava de un macizo filtrante .......................96 Figura n.º 19.- Dispositivo empleado para el bombeo con aire comprimido................100 Figura n.º 20.- Curva característica correspondiente a un ensayo de bombeo..............113 Figura n.º 21.- Ajuste numérico de los descensos producidos a caudal constante........114 Figura n.º 22.- Ajuste numérico de los descensos residuales en recuperación..............114 Figura n.º 23.- Procedimiento para el aseguramiento de la calidad de las obras de construcción de sondeos para captación de aguas subterráneas ...........120 Figura n.º 24.- Plano del esquema constructivo de una captación.................................192

CUADROS

Cuadro 1. Tipo de tubos testigo, según normativa................................................................35 Cuadro 2. Diámetro de coronas (Sistema métrico convencional)........................................37 Cuadro 3. Diámetro de coronas (Sistema americano “wire-line”).......................................37 Cuadro 4. Resumen del procedimiento de selección del método de perforación para captaciones hidrogeológicas.................................................................................78 Cuadro 5. Espesores mínimos recomendables para entubaciones con chapa de acero al carbono (Profundidades menores de 200 m)...................................................91

14

1. INTRODUCCIÓN

Se pueden definir los sondeos de agua subterránea como perforaciones que se realizan en el terreno con el objetivo de proceder a la captación de aguas en el subsuelo y/o a la investigación hidrogeológica. Los sondeos cuyo objetivo es la captación de aguas subterráneas también se denominan en muchas ocasiones pozos de agua, reservando el término “sondeo” al sondeo de investigación hidrogeológica. Inicialmente se llamaban pozos exclusivamente a las excavaciones de gran diámetro y escasa profundidad efectuadas en terrenos blandos, fundamentalmente de forma manual, con el fin de extraer agua subterránea. El término sondeo correspondía a aquellas perforaciones, generalmente realizadas con maquinaria, con menor diámetro y mayor desarrollo en profundidad, independientemente de que se tratará de sondeos de investigación o de explotación. Como en la actualidad apenas se realizan pozos de forma manual y la maquinaria de sondeos permite ejecutar sondeos de diámetros cada vez mayores, la tendencia más generalizada es llamar pozo o “captación hidrogeológica” a aquellos sondeos que, una vez acondicionados y equipados permiten la extracción de aguas subterráneas. De esta forma los pozos tradicionales de gran diámetro realizados por métodos manuales o maquinaria se conocen con el nombre de “pozos abiertos”.

Foto n.º 1.- Sondeo surgente.

15

El objetivo de esta ponencia es exponer los distintos aspectos relativos a la construcción de sondeos que incluyen, además de las cuestiones técnicas, otras asociadas a las mismas como son las legales, de prevención de riesgos laborales, de protección medioambiental y económicas que forman un conjunto interconectado. Dentro del desarrollo de este curso en primer lugar se sitúa la construcción de sondeos en el contexto de un proyecto de captación de aguas subterráneas. Posteriormente en el capítulo 3 se presentan distintos aspectos a considerar dentro de la planificación y diseño de este tipo de obras. A continuación, en el capítulo 4 se presentan las características constructivas de los sondeos de investigación hidrogeológica. En el capítulo 5 se exponen los métodos de perforación de captaciones hidrogeológicas. En el capítulo 6 se recoge el proceso de ejecución de los sondeos de captación de agua subterránea para posteriormente, en el capítulo 7, describir la metodología para la evaluación cuantitativa, cualitativa y de control de la captación. En el capítulo 8 se recogen los aspectos relativos al informe final y en el capítulo 9 los condicionantes para el aseguramiento de la calidad en este tipo de obras. En el capítulo 10 se presentan otros aspectos relacionados con la construcción de sondeos como el marco legal aplicable, distintos aspectos de seguridad y salud, algunas consideraciones de tipo medioambiental y también de tipo económico de estas obras. Las últimas tendencias en las técnicas de captación y explotación de aguas subterráneas se presentan en el capítulo 11. Se completa la documentación con un caso práctico en el capítulo 12 y con una relación bibliográfica, que permita una mayor profundización en aspectos específicos que sean de interés, en el capítulo 13. Finalmente en el Anexo 1 se describe el contenido del proyecto constructivo de un sondeo, y en el Anexo 2 una clasificación de acuíferos en base a los valores de permeabilidad.

16

2. LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS EN EL MARCO DE UN PROYECTO DE CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

2.1.INTRODUCCIÓN La construcción de pozos y sondeos se sitúa como una fase más dentro de un proyecto de captación de aguas subterráneas. En la figura n.º 1 se establecen las etapas fundamentales que comprende un proyecto de esta naturaleza.

ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO

CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS

EQUIPAMIENTO ELECTROMECÁNICO

PUESTA EN SERVICIO

Figura n.º 1. - Etapas de un proyecto de captación de aguas subterráneas

Las dos primeras etapas corresponden tanto a sondeos de explotación como a los de investigación y las dos últimas son exclusivas de los sondeos de explotación. A continuación se describen de forma sintética cada una de estas fases.

2.2. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO

Esta etapa es básica y sin duda la más importante dentro de un proyecto de captación de aguas subterráneas. La calidad en estos estudios previos condiciona totalmente el éxito

17

en el conjunto del proyecto y, paradójicamente, en muchas ocasiones no recibe el tratamiento adecuado.

Los resultados obtenidos en este estudio son la base para realizar el diseño de la captación (ubicación, geometría de acuíferos, niveles piezométricos, caudales esperados, etc.). De hecho, estos resultados constituyen la justificación de la construcción de pozos y sondeos y nunca debería ejecutarse una obra de estas características sin la realización previa de un estudio hidrogeológico. La falta de estudio hidrogeológico puede dar lugar a realizar costosas inversiones en construcción de pozos con resultados negativos, cuando de estos estudios representan costes muy bajos con respecto a los presupuestos de una obra de captación de aguas subterráneas. Los trabajos realizados en un estudio hidrogeológico están constituidos por inventario de puntos de agua, piezometría, análisis químicos, reconocimientos geofísicos de superficie e incluso, en algunas ocasiones, por sondeos de investigación hidrogeológica. De esta forma a veces las distintas etapas del proyecto de una captación de agua subterránea que se han definido anteriormente se solapan entre sí (estudio hidrogeológico- construcción de sondeos de investigación).

Foto n.º 2.- Equipo de sísmica de reflexión utilizado en una campaña geofísica para investigación hidrogeológica. Como resultado del estudio hidrogeológico se obtienen una serie de datos de partida que sirven de base para la elaboración del proyecto constructivo. Entre estos datos cabe destacar: -

Ubicación del pozo o sondeo. Accesos, suministros de agua y energía y condicionantes territoriales (medioambientales, espacios naturales

18

-

protegidos, zonas húmedas, red eléctrica, vías de transporte, etc.). Columna litológica prevista y niveles productivos, indicando la profundidad recomendada. Estimación del caudal de agua y rendimiento específico de la captación. Previsión de las características hidroquímicas del agua. Consideraciones y recomendaciones para el diseño y seguimiento de la obra.

Foto n.º 3.- Mapa geológico editado por el Instituto Geológico y Minero de España (IGME).

2.3. ETAPA CONSTRUCTIVA Esta etapa se desarrollará con toda amplitud en los diversos capítulos de esta ponencia. Cabe destacar que para acometer esta etapa es imprescindible contar de partida con un estudio hidrogeológico adecuado sobre el que elaborar el proyecto constructivo de la

19

obra, tanto si se trata de sondeos de investigación como de sondeos de captación. Con el fin de obtener un rendimiento óptimo en la captación es imprescindible garantizar la calidad en la ejecución de la obra. El control de calidad deberá ser realizado por técnico competente con el objeto de garantizar que la realización de la misma sea acorde a las previsiones de diseño plasmadas en el proyecto constructivo, entre ellas la aplicación correcta del método de perforación seleccionado.

2.4.EQUIPAMIENTO ELECTROMECÁNICO El equipamiento del pozo de captación permite la extracción de agua subterránea hasta la superficie para su aprovechamiento efectivo. En la actualidad la mayoría de las captaciones se equipan con suministro eléctrico y bombas sumergibles, si bien en algunos casos se utilizan motores de combustión interna y bombas de eje horizontal y vertical.

Figura n.º 2.- Esquema de instalación electromecánica en un sondeo de captación Puesto que en los pozos se introducen bombas para la impulsión de agua subterránea, es necesario construir los pozos con diámetro suficiente para la correcta instalación de los equipos.

20

2.5.PUESTA EN SERVICIO Una vez realizadas correctamente todas las etapas anteriores dispondremos de un pozo de captación para suministro de agua subterránea, con la optimización de los recursos empleados.

21

3. PLANIFICACIÓN Y DISEÑO EN LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS 3.1. PLANIFICACIÓN Dentro de la planificación necesaria para la construcción de sondeos de explotación e investigación, podemos enumerar, acorde con la práctica habitual de este tipo de obras y la propia experiencia, una serie de actuaciones que se describen de forma sintética en este capítulo y que se desarrollan en sucesivos capítulos de la exposición. En concreto toda planificación deberá contemplar los siguientes aspectos:

-

Elaboración del proyecto constructivo.

-

Gestión de permisos y tramitación de documentación.

-

Nombramiento de la Dirección Técnica de la obra.

-

Ejecución de la obra.

-

Evaluación cuantitativa, cualitativa y constructiva de la captación.

-

Realización de informe final.

Todas estas etapas son comunes tanto para sondeos de captación de agua como para sondeos de investigación hidrogeológica, a excepción de la evaluación de la captación que sólo se realiza, de forma parcial, en algunos sondeos de investigación. Antes del comienzo de la obra es necesario elaborar un cronograma donde se presente el desarrollo de los trabajos en función del tiempo. El alcance, de forma resumida, de las actividades anteriores se presenta a continuación: 3.1.1 Elaboración del proyecto constructivo de la obra:

La elaboración del proyecto constructivo de la obra, constituye desde el punto de vista técnico una etapa fundamental en toda obra de pozos o sondeos, pero también es un requisito legal. Este proyecto es la referencia que permitirá el diseño y un control efectivo sobre la calidad constructiva de los pozos y sondeos. La base para la realización de todo proyecto constructivo es el estudio hidrogeológico previo, de donde se obtienen datos fundamentales para el diseño de la construcción. Dada la importancia de la realización del proyecto constructivo en esta ponencia se recogen el anexo-1 aspectos específicos para la elaboración del proyecto.

22

3.1.2 Gestión de permisos y tramitación de documentación: Todas las obras constructivas de pozos y sondeos están reguladas y sometidas a requisitos legales entre los que se encuentran, además de la realización de un proyecto constructivo, el nombramiento de Director Facultativo, la obtención de permisos de carácter privado y público y también la presentación en Organismos Públicos de diversa documentación. La ausencia de realización de estas obras acorde con la legislación vigente además de suponer el carácter ilegal de la misma puede dar lugar a la paralización de la obra, con imposición de multas e inmovilización de la maquinaria de perforación. En el apartado 10 de esta exposición se recoge una descripción del marco legal aplicable a las obras de perforación de pozos y sondeos.

3.1.3 Nombramiento de la Dirección Técnica de la obra: La Dirección Técnica de la obra es fundamental para garantizar la correcta ejecución de la obra, dentro del proceso de aseguramiento de la calidad que se describe en el capítulo 9 de esta comunicación. La Dirección Técnica está formada por: -

Director Facultativo.

-

Supervisor Hidrogeólogo.

-

Responsable de Seguridad.

La Dirección Técnica debe velar también por el cumplimiento de las normas de seguridad y salud y de protección medioambiental. Dada su importancia estos aspectos se desarrollan con detenimiento en el apartado 10 de esta exposición.

3.1.4. Ejecución de la obra: En los apartados 4 y 5 de esta comunicación se presentan las características constructivas de sondeos y pozos. El proceso constructivo se ajusta al siguiente esquema: -

Preparación de accesos y emplazamientos. Perforación. Testificación geofísica. Entubación. Engravillado. Limpieza y desarrollo. Acabado final y restauración de los terrenos.

23

En el caso de sondeos de investigación en muchos casos no se realizan todas las operaciones anteriormente descritas.

Foto n.º 4.- Fase de perforación, durante la ejecución de un sondeo. 3.1.5. Evaluación cuantitativa, cualitativa y constructiva de la captación: Una vez realizada la captación se procede a su evaluación desde el punto de vista de cantidad y calidad de agua. Esta evaluación se efectúa mediante un ensayo de bombeo o aforo. También se realiza un control constructivo con el empleo de un registro óptico de vídeo-TV. Desde el punto de vista cuantitativo el aforo de la captación permite conocer el rendimiento de la captación y aporta los datos del diseño el equipamiento electromecánico de la misma. Esta prueba de producción de la captación establece la curva de respuesta caudal (Q) - Altura de impulsión (H) del sistema. De esta forma se pueden diseñar los equipos de bombeo adecuados para la extracción de agua en la captación. Estos ensayos de bombeo se realizan habitualmente con bombas sumergibles que son las que generalmente se utilizan en pozos y sondeos para captación de agua. En estos ensayos también se obtienen datos muy importantes de los parámetros de hidrodinámica subterránea dentro del acuífero explotado como son la permeabilidad, coeficiente de almacenamiento, transmisividad, difusividad, radio de influencia, etc. La evaluación cualitativa de la captación se realiza mediante análisis químicos con muestras de agua tomadas en distintos momentos del aforo.

24

También es muy frecuente realizar la desinfección de la captación a la finalización de estos ensayos de bombeo.

Foto n.º 5.- Ensayo de bombeo para la evaluación de la captación. A la finalización del ensayo de bombeo se efectúa el control de la calidad constructiva de la obra mediante registro óptico de vídeo-TV, en el interior de la misma. El capítulo 7 describe las actividades a realizar en la etapa de evaluación de la captación.

3.1.6 Realización de Informe Final: La última etapa en la construcción de sondeos es la realización de un Informe Final de la obra, donde se recojan todos los trabajos realizados y los resultados obtenidos. Las actividades realizadas se plasmarán en un amplio reportaje fotográfico, ordenado de forma secuencial.

En este informe deben quedar patente las variaciones constructivas o modificados respecto con las características constructivas de la obra según proyecto original.

En el informe final se recogen también todos los datos obtenidos en la evaluación de la captación y que son fundamentales para el equipamiento y puesta en servicio de la misma.

El informe final constituye un documento de consulta fundamental sobre la obra efectuada y por tanto su elaboración tendrá en cuenta en todo momento dicha función.

25

3.2.CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO

Entre los parámetros básicos que se establecen en el proyecto se encuentran la definición de la profundidad y diámetro de la obra y la selección del método de perforación más adecuado para la realización de la misma. En el caso de sondeos de investigación los diámetros están estandarizados y el sistema de perforación que se adopta es el de testigo continuo por su propio carácter, tal y como se describe en el capítulo 4 de esta comunicación. Por lo tanto lo que sigue en este capítulo se refiere fundamentalmente a las obras de captación de agua.

3.2.1. Profundidad de la perforación La profundidad de la captación es un dato fundamental que se obtiene con la realización del estudio hidrogeológico y es función de la ubicación del acuífero objetivo, así como de la situación de los niveles piezométricos y de la transmisividad del sistema. A continuación se describen brevemente estos aspectos. Ubicación del acuífero: La profundidad de la captación debe de ser tal que permita interceptar, en principio en todo su espesor, al acuífero que queremos captar y no sobrepasar el material impermeable infrayacente, optimizando la longitud de perforación. Niveles piezométricos: Si se trata de un acuífero libre es necesario garantizar que se atraviesa el nivel freático y que la obra no quedará en seco durante su explotación, teniendo en cuenta que durante la extracción de agua el nivel del pozo en estático disminuirá hasta una posición dinámica, acorde con el caudal de extracción y el rendimiento específico de la misma. Si se trata de un acuífero confinado al alcanzar el techo del mismo interceptaremos el nivel piezométrico, siendo válido lo indicado respecto a los niveles dinámicos. En cualquier caso es necesario prever los descensos que podían producirse en el nivel regional a lo largo de la vida útil de la captación (del orden de los 10 años), a partir de los datos históricos obtenidos en el estudio hidrogeológico. Transmisividad del acuífero: La transmisividad de un acuífero es un parámetro hidrodinámico que establece la potencialidad del mismo (véase anexo 2). Viene definido como el producto de su permeabilidad por su espesor. En condiciones ideales la captación debería atravesar toda la potencia del acuífero, pero esto no siempre se consigue y en muchas ocasiones los pozos son parcialmente penetrantes. Bajo estas condiciones la transmisividad efectiva para los periodos de bombeo habituales corresponde al producto de la permeabilidad por el espesor atravesado, por lo que el desarrollo de la obra en profundidad redunda en un mayor rendimiento de la captación.

26

3.2.2. Diámetros de la captación

El diámetro de perforación de un pozo está directamente relacionado con la cantidad de agua que esperamos obtener de la captación, puesto que se debe permitir instalar la bomba con diámetro adecuado para que su capacidad de bombeo sea la prevista. Habitualmente los sondeos se equipan con electrobombas sumergibles y los caudales que se pueden extraer aumentan en función del diámetro de las bombas.

Por lo tanto los diámetros que hay que considerar en el diseño de una captación hidrogeológica son los siguientes (ver figuras n.os 2 y 3):

- Diámetro de la electrobomba sumergible.

- Diámetro de la tubería de revestimiento del pozo.

- Diámetro de perforación.

Electrobomba sumergible:

De acuerdo con la demanda prevista, en cuanto al caudal previsible y a los datos hidrogeológicos, en lo referente a los niveles dinámicos a considerar, se procede en la fase de diseño a una selección previa de la bomba a la que corresponderá un diámetro “DB”. Obviamente a la finalización de la construcción del pozo se realiza un ensayo de bombeo que permita ratificar estas previsiones antes del equipamiento definitivo. En la siguiente figura n.º5 se presenta una distribución de las características de las electrobombas sumergibles que habitualmente se utilizan para equipamiento de pozos de agua. Sobre este gráfico se ha presentado un ejemplo para el cálculo de la electrobomba sumergible “DB”. Si suponemos que necesitamos un caudal de 25 m3/hora con una altura manométrica de 250 m de altura manométrica será preciso seleccionar una electrobomba con un diámetro de 6 pulgadas (152,4 mm).

27

Figura n.º 3.- Diámetros de las electrobombas sumergibles en función de los caudales extraíbles y las alturas manométricas de elevación.

Revestimiento o entubación del sondeo: El revestimiento del sondeo se realiza habitualmente con tubería de acero al carbono soldada y su diámetro es función directa del diámetro de la bomba que se va a introducir por su interior. Esta operación debe realizarse con holgura suficiente. Para ello el diámetro interno de la entubación debe ser de, al menos, 100 mm superior al de la bomba “DB”. En algunos equipamientos, en especial para bombas pequeñas (4-6 pulgadas), el diámetro determinante para colocar la bomba con suficiente holgura no es el de la propia bomba sino el de la brida de unión de los diferentes tramos de la tubería de impulsión. Además de disponer de suficiente holgura, hay que verificar que el espacio anular entre bomba y tubería es tal que la velocidad de circulación del agua en el entorno de la bomba está comprendida entre 0.5 y 4 m/s. Velocidades superiores a 4 m/s causaría pérdidas de energía muy altas por rozamiento e incluso podría causarse cavitación en la bomba. Por otra parte si la velocidad fuera inferior a 0.5 m/s, podrían producirse problemas de refrigeración en la bomba. (Las velocidades de circulación en el interior de la tubería de impulsión se consideran entre 1,5-3 m/s). A partir del diámetro interno de la entubación (“DIE”) y teniendo en cuenta el espesor de la tubería obtendremos el diámetro exterior de la entubación (“DEE”).

28

Foto n.º 6.- Tubería de revestimiento de un pozo. Siguiendo con el ejemplo anterior el diámetro mínimo interior de la entubación (“DIE”) sería de 252,4 mm, es decir seleccionaríamos un diámetro de 250 mm. Si consideramos un espesor de pared de la tubería de 5 mm, el diámetro exterior de la entubación (“DEE”) sería de 260 mm. Es decir la tubería sería de diámetro 260x250 mm. Diámetro de la perforación: Una vez conocido el diámetro externo de la tubería de revestimiento se puede establecer el diámetro más adecuado de la perforación “DP”. Para terrenos detríticos donde es preciso ubicar un empaque de gravas habrá que considerar como espesor adecuado 100 mm, es decir habrá que aumentar “DEE“ en 200 mm. Si se trata de terrenos fisurados o karstificados en los que no se requiere instalar grava el diámetro de perforación deberá ser de al menos 50 mm superior al diámetro de entubación para sondeos poco profundos, aumentando este diámetro conforme aumenta la profundidad con el fin de poder realizar correctamente la entubación del pozo. Para finalizar el ejemplo anterior si nos encontramos en terrenos detríticos al colocar un empaque de grava de 100 mm diámetro la perforación debería tener un diámetro mínimo de 450 mm. Si además sucede, como es frecuente, que se producen cambios litológicos y/o hidrogeológicos que requieren realizar entubaciones y reducciones de diámetro conforme progresa la perforación, será preciso comenzar el pozo con diámetros superiores que tengan en cuenta estas contingencias.

3.2.3. Método de perforación La selección del método de perforación está relacionada, además de con la profundidad y diámetro de la perforación que ya se ha indicado, con la litología del terreno a perforar. Al igual que la profundidad de perforación, las características litológicas del terreno a atravesar son datos de partida que se obtienen como resultado del estudio hidrogeológico previo.

29

La litología del subsuelo no solamente determina las posibilidades hidrogeológicas en cuanto a la presencia o no de acuíferos explotables para captación de agua subterránea, sino que además condiciona totalmente el método a emplear en una obra de perforación, puesto que este método es función de la perforabilidad de los materiales a atravesar. Esta perforabilidad viene definida por ciertas características físicas de la roca entre las que destaca en primer lugar su resistencia mecánica así como otros parámetros tales como dureza, fracturación, carstificación, coherencia, etc. De entre todos los parámetros geomecánicos que nos proporcionan información sobre la perforabilidad de un terreno el más representativo es el de su resistencia mecánica caracterizada por el ensayo a compresión simple. En el apartado 5.8., una vez descritos los distintos métodos de perforación, se presenta en un cuadro comparativo el proceso de selección del sistema de perforación de un pozo de captación de agua subterránea. El dato de litología y estructura del terreno es doblemente interesante pues además de incidir en el proceso de selección del sistema de perforación también permite planificar en fase de proyecto los distintos entubaciones y reducciones de diámetro que se consideran necesarias para alcanzar la profundidad de diseño con el diámetro mínimo que permita instalar la bomba adecuada. Los factores de profundidad y litología son tan importantes para el diseño de un pozo en la fase de proyecto que si no están suficientemente definidos será preciso efectuar sondeos previos de investigación hidrogeológica. Las características constructivas de los sondeos de investigación se recogen en el siguiente apartado 4.

3.3. OTROS ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA FASE DE DISEÑO Además de las cuestiones analizadas anteriormente es preciso definir en la etapa de proyecto el esquema constructivo del pozo y toda la secuencia de operaciones de perforación, entubaciones auxiliares, reducciones del diámetro de perforación, etc. Durante la ejecución de la obra se irán adaptando todos estos parámetros, acorde con los resultados que se vayan obteniendo. En la fase de proyecto es necesario considerar todos los aspectos de seguridad y salud que se recogerán en el Documento o Plan de Seguridad y Salud, que se debe presentar a la autoridad competente, conjuntamente con el proyecto constructivo, para su aprobación previa al comienzo de las obras. En el proyecto debe figurar un cronograma de operaciones, desglosado según las distintas actividades, con el fin de adaptar y controlar la ejecución de las obras al plazo previsto. Una vez definido el sistema de perforación y el esquema constructivo se está en condiciones de definir en el proyecto el tipo de maquinaria que se requiere para la realización de la obra lo que permitirá disponer de un criterio técnico para la selección de la empresa contratista que realizará la perforación.

30

4. SONDEOS DE INVESTIGACIÓN HIDROGEOLÓGICA

4.1.INTRODUCCIÓN Los sondeos de investigación hidrogeológica se enmarcan dentro de los estudios hidrogeológicos, cuando aún no se tiene información suficiente, una vez aplicadas las técnicas clásicas en este tipo de estudios (inventario de puntos de agua, piezometría, hidroquímica, etc.). A veces también se realizan sondeos de investigación en zonas suficientemente conocidas pero en las que es necesario disponer de piezómetros de control de los niveles de las aguas subterráneas en el entorno próximo. Con la realización de estos sondeos se obtienen datos fundamentales para tomar decisiones en relación al acuífero estudiado, en particular respecto a la posterior ejecución de pozos de captación y a las características de los mismos. Estos sondeos se realizan preferentemente a testigo continuo y quedan acondicionados como piezómetros, con revestimiento de PVC, de manera que permitirán conocer el nivel piezométrico de las aguas subterráneas en la zona antes de realizar pozos de captación. También suministrarán datos posteriormente de las afecciones sobre las aguas subterráneas, por efecto del bombeo en los pozos que se pongan en servicio.

Foto n.º 7.- Realización de un sondeo de investigación hidrogeológica.

31

4.2.SISTEMAS DE PERFORACIÓN

4.2.1. Rotación con testigo continuo 4.2.1.1. Introducción Esta técnica de perforación es la más idónea y más utilizada en sondeos de investigación hidrogeológica, puesto que la recuperación del testigo de roca de forma continua permite obtener datos acerca de la geología, hidrogeología y otras condiciones del subsuelo, imposible de obtener con ningún otro método.

Foto n.º 8.- Testigos del terreno obtenidos en un sondeo de investigación.

La metodología de funcionamiento de una máquina tipo que utiliza este sistema de perforación es la siguiente:

La máquina hace girar el tren de perforación compuesto por una primera varilla llamada batería que tiene en su comienzo una corona de diamante o widia que es la que cortará la roca, alojándose ésta dentro del tubo portatestigo. La máquina posee una caja de cambios que hace rotar el varillaje a mayor o menor velocidad en función del tipo de roca que se atraviese durante la perforación.

32

A través del varillaje circula el fluido de perforación que, entre otras funciones, lubrica la corona y hace posible el corte de testigo. Para la circulación del fluido de perforación se necesita, por lo tanto, la utilización de una bomba de impulsión.

El útil de perforación propiamente dicho está constituido por una corona de diamante que según se profundiza el sondeo va cortando el testigo y alojándolo en el tubo portatestigo que tiene 3 m de longitud.

4.2.1.2. Equipo básico de perforación

Los elementos principales que componen un equipo de perforación a testigo continuo son los siguientes: -

Sonda.

-

Bomba de impulsión del fluido de perforación.

Sonda

La sonda está integrada por un motor diesel, accionado por gasoil, y los correspondientes elementos mecánicos que transmiten el movimiento a la cabeza de rotación y al cabrestante. La cabeza de perforación consta de un husillo con un plato de mordazas para sujetar el varillaje y transmitir el empuje al mismo. El empuje se consigue mediante un circuito hidráulico que consta de depósito-bomba, válvula de seguridad, distribuidor, válvula reguladora, etc. Las sondas testigueras pueden ir montadas sobre camión, sobre cadenas o apeadas sobre patín. En la siguiente foto n.º 9 se presenta una vista frontal de una sonda testiguera, montada sobre camión, donde pueden observarse todos los elementos de la cabeza de rotación.

33

Foto n.º 9.- Cabeza de rotación de sonda testiguera.

Bomba de impulsión del fluido de perforación Las funciones básicas del fluido de circulación son los siguientes: a) Refrigerar la corona. b) Expulsar al exterior los detritus producidos en la perforación. Para que el fluido pueda expulsar las partículas del terreno cortadas por la corona la velocidad del mismo debe de ser del orden de 40 cm/s. No es aconsejable trabajar con velocidades elevadas que podrían causar un desgaste excesivo en la matriz de la corona. Las bombas que habitualmente se utilizan en investigación permiten caudales de hasta 150 litros/minuto. Las bombas que más se emplean son de pistones y pueden ser de simple o doble efecto. Estas bombas, tienen sus camisas y vástagos de acero especial, con tratamiento térmico, para que puedan resistir bien el desgaste. Los lodos que se utilizan en estos sondeos están constituidos por bentonitas y/o polímeros a los que se añaden distintos aditivos para obtener el máximo porcentaje de

34

recuperación de testigo y evitar efectos indeseables como el hinchamiento de arcillas, la pérdida de lodos etc.

4.2.1.3. Sistema “wire-line” Este sistema apareció en 1965 y presenta la particularidad de que el tren de perforación esta formado por varillaje de casi el mismo diámetro que el tubo portatestigo de manera que se puede extraer el testigo por el interior del varillaje sin sacar la maniobra. Se puede decir que, en general, a partir de unos 100 metros de profundidad es más adecuado en cuanto a rapidez y recuperación perforar con “wire-line”. Entre las ventajas del sistema “wire-line” frente al sistema convencional destacan: -

Disminución del tiempo perdido en maniobras.

-

Mayor estabilidad del tren de perforación al aumentar su diámetro por emplear tubos en lugar de varillas.

-

Se puede perforar a mayor velocidad de rotación, aumentando, por tanto, la velocidad de perforación.

-

Se pueden emplear bombas pequeñas, por quedar menos espacio anular entre el tren de perforación y el agujero.

-

En zonas fracturadas y con cavidades la batería portatestigos puede ser extraída sin retirar todo el varillaje sin remover zonas de fractura o cavidades.

Y como inconvenientes: -

El testigo que se obtiene es sensiblemente más pequeño que con una perforación normal.

-

En terrenos en los cuales sea necesario perforar con lodo hay que tener mucho cuidado, pues un bloqueo del tren de perforación sería muy difícil de salvar.

-

La corona es mucho más cara por tener un espesor muy superior, con mayor desgaste y menor penetración en rocas duras.

-

El varillaje de “wire-line” es más delgado, teniendo una vida más corta y rompiéndose con mayor facilidad que el convencional.

-

La desviación en el sistema “wire-line” es superior debido a la mayor delgadez del varillaje y la mayor presión de perforación a utilizar.

-

Si la vida de la corona es corta la utilización de “wire-line” es poco atractiva.

35

4.2.1.4. Normalización de componentes Los diversos útiles de los sondeos a testigo han sido concebidos atendiendo a las exigencias de la perforación a realizar. Así existen diferentes varillajes, diferentes tubos de testigo, revestimiento, coronas, etc. Actualmente los útiles de sondeo se fabrican bajo normalización técnica en cuanto a parámetros y calidades. Las cuatro normas más extendidas en la fabricación de material de sondeos son: -

Norma métrica: Documento I.S.O./TAC 82/WG5.

-

Norma DCDMA: Diamond Core Drill Manufactures Association.

-

Norma CDDA: Canadian Diamond Drilling Association.

-

Norma BSI: British Standard Institution.

Las más utilizadas a nivel mundial son la métrica y la DCDMA. 4.2.1.5. Tubos testigo El tubo testigo es el receptor del material perforado a medida que la perforación avanza. En su parte inferior lleva la corona de corte. A continuación en el Cuadro 1 se realiza una clasificación sencilla en función de las normas más usuales, Norma Métrica y Norma DCDMA.

CUADRO 1. TIPO DE TUBOS TESTIGO, SEGÚN NORMATIVA. TUBOS TESTIGOS

MÉTRICA-ISO

DCDMA

Simples de pared delgada

B

G-T-M

Simples de pared gruesa

Z

Dobles de pared delgada

T-TT

Doble de pared gruesa

T6-K3

WT-WM

4.2.1.6. Coronas Las coronas constituyen el útil cortante en un sondeo de investigación a testigo continuo. Las coronas más utilizadas son las de diamante, empleándose también las de widia, en caso de terrenos blandos.

36

Las coronas de diamante son de dos tipos: Inserción y Concreción. Actualmente las más utilizadas son las de concreción o impregnación que utilizan fundamentalmente diamantes sintéticos. En las coronas de inserción los diamantes se muestran engarzados en una matriz compuesta principalmente por carbono de tungsteno y cobalto. En la de concreción el diamante, de menor tamaño que el anterior, se mezcla con la matriz.

Foto n.º 10.- Coronas de perforación de diamante (concreción).

La widia es un material sintético descubierto por Osram en 1925 y su dureza sólo es superada por el diamante. La widia es carburo de volframio con una pequeña proporción de cobalto. Este tipo de coronas tienen un coste muy inferior al diamante y su empleo sólo se realiza en el caso de rocas muy blandas como arcillas, yesos, etc.

Foto n.º 11.- Coronas de widia.

37

Los principales diámetros de las coronas se recogen en los siguientes cuadros 2 y 3:

CUADRO 2. DIÁMETRO DE CORONAS (SISTEMA MÉTRICO CONVENCIONAL).

CALIBRE

PERFORACIÓN φ mm

TESTIGO φ mm

36

36

22

46

46

32

56

56

42

66

66

52

76

76

62

86

86

72

101

101

84

116

116

86

131

131

101

146

146

116

CUADRO 3. DIÁMETRO DE CORONAS (SISTEMA AMERICANO “WIRE-LINE”).

CALIBRE

PERFORACIÓN φ mm

TESTIGO φ mm

AQ

48

27

BQ

60

36,5

NQ

76

47,6

HQ

96

63,5

PQ

122,6

85

4.2.2. Sistemas a destructivo 4.2.2.1.Introducción Como ya se ha indicado anteriormente el método más adecuado para la investigación hidrogeológica es el de rotación con obtención de testigo continuo, con pequeño diámetro. No obstante en ciertas ocasiones se utilizan sistemas de perforación no conservativos o destructivos, que no permiten obtener testigo sino un detritus de perforación. Entre estos sistemas cabe diferenciar los que son específicamente de investigación como es el caso de la rotopercusión inversa con pequeño diámetro y aquellos otros que no son

38

exclusivamente de investigación sino que constituyen una fase preliminar, con diámetro pequeño, en los pozos de explotación. A continuación se describen estos sistemas.

4.2.2.2. Rotopercusión a circulación inversa con pequeño diámetro Este sistema se emplea mucho en la investigación minera. Habitualmente se utilizan sondas mixtas que permiten perforar por este sistema y a testigo continuo, indistintamente. Los equipos mixtos suelen ser autotransportados y van montados bien sobre camión o sobre cadenas.

Foto n.º 12.- Equipo de investigación mixto, rotopercusión inversa-testigo continuo. Para perforar a rotopercusión es necesario el empleo de un compresor. El polvo producido con el material perforado, se recoge en un ciclón situado a la salida. Al tratarse de circulación inversa el material perforado circula por el interior del varillaje de perforación en lugar de por el espacio anular entre el varillaje y la pared de la perforación. Por esta razón las muestras extraídas no sufren decalaje ni contaminación y son representativas del material del subsuelo. La rotopercusión presenta una ventaja sobre el sistema de testigo continuo en los sondeos de investigación hidrogeológica que es la posibilidad de extraer agua con el aire de perforación y poder evaluar el acuífero en cantidad y calidad. Además al tratarse de rotopercusión inversa, y por las mismas razones que en el caso de los detritus, la muestra de agua obtenida es representativa del terreno atravesado.

39

En muchas ocasiones con el empleo de sondas mixtas se perfora una parte del sondeo a destructivo en una zona de superior de menor interés, por ser conocida, continuándose el sondeo a mayor profundidad con el empleo de testigo continuo.

4.2.2.3.Otros sistemas a destructivo Otros sistemas de perforación de investigación a destructivo lo constituyen aquellos métodos de perforación que se emplean para la realización de pozos de captación cuando se realizan con pequeño diámetro. Estos métodos se describen en el apartado 6 de esta comunicación. Constituyen en este caso perforaciones piloto o de preexplotación que se ensanchan al diámetro previsto como pozos de explotación, si el resultado es positivo, y se abandonan si es negativo. Esta es una práctica habitual en el caso de la rotopercusión de explotación (tanto a circulación directa como inversa) que inicialmente se realiza con pequeño diámetro y que, en función del caudal extraído, se decide su abandono, entubación o incluso ensanche posterior para entubar con mayor diámetro. En el caso de otros métodos que habitualmente se emplean para la realización de pozos de captación como son la percusión y la rotación a circulación inversa también es frecuente la realización de sondeos de preexplotación, si bien los datos que se obtienen para tomar decisiones no son tan concluyentes como los de la rotopercusión, especialmente la inversa.

4.3. ETAPAS CONSTRUCTIVAS

Las etapas constructivas de un sondeo de investigación hidrogeológica son, básicamente las siguientes: Perforación, acondicionamiento, limpieza, ensayos y acabado. Es imprescindible la presencia de un técnico hidrogeólogo, durante la ejecución de la obra, para la interpretación en continuo de los resultados y la toma de decisiones sobre la continuación del sondeo y las pruebas a realizar.

Perforación Como ya se ha indicado anteriormente los sondeos de investigación que más se emplean son los de testigo continuo por la calidad de los datos obtenidos. En algunas ocasiones durante la realización de una perforación de investigación se efectúan ensayos de inyección del tipo Lefranc o Lugeon que permiten evaluar la permeabilidad de las formaciones atravesadas.

Acondicionamiento En la siguiente figura se muestra un esquema constructivo de un sondeo de investigación. Estos sondeos se engravillan y cementan para lo cual es preciso que la

40

entubación se realice con PVC especial del tipo PVC-U que soporta el aumento de temperatura durante el fraguado y tiene la suficiente resistencia mecánica para permitir las operaciones de engravillado y limpieza posterior, por bombeo de agua con aire. El diámetro mínimo de entubación que habitualmente se utiliza es de 50 mm de interior para permitir la introducción de un hidronivel para medida de niveles de agua.

Figura n.º 4.- Esquema constructivo de un sondeo de investigación hidrogeológica. Limpieza y ensayos Una vez acondicionado el sondeo se procede a su limpieza mediante bombeo de agua con aire comprimido. Una vez limpio el sondeo se continúa el bombeo como prueba para evaluar las posibilidades hidrogeológicas del acuífero, tanto en lo referente a cantidad como a calidad mediante la toma de muestras de agua y para obtener datos previos de los parámetros hidrodinámicos del acuífero. En algunas ocasiones a la finalización del sondeo también se realizan ensayos específicos para calcular los parámetros hidrodinámicos entre los que cabe destacar el ensayo Gilg-Gavard, que en esencia consiste en llenar de agua el sondeo hasta una determinada cota y medir el posterior descenso de nivel, controlando la evolución temporal, hasta su estabilización. La interpretación de estos datos permite obtener, entre otros parámetros, los valores de permeabilidad.

41

Acabado final Una de las utilidades más interesantes de un sondeo de investigación es el servir de piezómetro o punto de observación de niveles de agua subterráneas para lo cual debe tener un acabado adecuado en superficie que garantice su duración y efectividad. En la siguiente foto n.º 13 se muestra el acabado en superficie de un piezómetro.

Foto n.º 13.- Acabado en superficie de un sondeo de investigación.

En superficie es preciso realizar una solera de hormigón con una ligera pendiente hacia el exterior para evitar la infiltración del agua de lluvia o de escorrentía. Sobre esta solera se ubica una placa identificativa del sondeo. En el tubo que sobresale en cabeza se suele colocar un tapón metálico roscado. Si se prevén problemas de vandalismo en la zona es preciso disponer de una arqueta de protección con llave de seguridad. En algunos casos de interés en los sondeos piezométricos se dejan instalados aparatos que permiten el registro en continuo de niveles. Incluso en algunos casos es posible enviar las señales a centros de control.

4.4.

DATOS OBTENIDOS

Como resultado de un sondeo de investigación hidrogeológica se obtienen una gran información referente a las posibilidades de captación de agua subterránea en la zona. En concreto se obtienen los siguientes datos fundamentales: -Litología: En función del conocimiento de la naturaleza de los materiales atravesados se puede establecer si los mismos constituyen un acuífero y si se trata de materiales con porosidad primaria o secundaria. De esta forma quedará definida la ubicación de los distintos acuíferos, definiendo sus límites, acorde con los substratos impermeables que se detecten.

42

-Geometría: Si se dispone de datos en distintos sondeos de investigación sobre la ubicación de los distintos acuíferos (situación de techo y muro), es posible conocer la geometría de los mismos. -Niveles piezométricos: Todo sondeo de investigación hidrogeológica debe ser utilizado posteriormente como piezómetro de registro de niveles piezométricos. De esta forma, conjuntamente con la geometría del acuífero, podremos cuantificar las reservas y conocer su evolución en función del tiempo. También tiene una gran utilidad como piezómetro para interpretar los ensayos de bombeo que puedan realizarse en sus proximidades. -Evaluación previa de las posibilidades del acuífero: Con los ensayos de bombeo con aire realizados a la finalización de los sondeos de investigación se puede obtener una evaluación previa del acuífero en cuanto a calidad y cantidad, dentro de las limitaciones que presenta el método de bombeo y los diámetros de que se dispone. - Perforabilidad: La perforación a testigo continuo es un método que en general es aplicable a todos los materiales pero no así los sistemas de perforación a destructivo con gran diámetro para captación de aguas subterráneas. El dato más importante para definir la perforabilidad de un material es el de la resistencia a compresión simple que tiene una relación directa con la litología del terreno observada en los testigos, por lo que no suele ser necesario realizar ensayos en laboratorio. - Diseño de la captación de aguas subterráneas: Con todos los datos anteriores se dispone de la mayor parte de los criterios de diseño de los pozos de captación de aguas subterráneas: Método de perforación, profundidad, entubaciones, engravillado, cementaciones, etc.

43

5.

MÉTODOS DE HIDROGEOLÓGICAS

PERFORACIÓN

DE

CAPTACIONES

5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PERFORACIÓN Los criterios que se utilizan para la clasificación de los sistemas de perforación están basados en los siguientes aspectos: 1. Simultaneidad de las operaciones de perforación del terreno y extracción de detritus. 2. Procedimiento de arranque del material perforado. 3. Sentido de circulación del fluido de la perforación. A continuación se describen estos criterios: Simultaneidad de las operaciones de perforación y extracción de detritus: Una primera clasificación de los métodos de perforación para la captación de aguas subterráneas atiende al criterio de considerar si el terreno que va siendo perforado es extraído a la superficie de manera continua o de forma discontinua respecto a las propias operaciones de profundización en el subsuelo. De esta forma los métodos de perforación se dividen en dos grandes grupos: Métodos continuos y métodos discontinuos. En el primer caso no es necesario parar la perforación para extraer el terreno perforado o “detritus” siendo ambas operaciones simultáneas, mientras que en el segundo la perforación y la extracción del terreno constituyen dos etapas diferentes. Procedimiento de arranque del material perforado:

ROTACIÓN

SARTA DE PERFORACIÓN

PERCUSIÓN

ÚTIL CORTANTE

Figura n.º 5 Procedimiento de arranque del terreno en una perforación (Fuente: Mining & Construction)

44

Sentido de circulación del fluido en el interior del varillaje: Si el sentido de circulación del fluido de perforación por el interior del varillaje que forma la sarta de perforación es descendente se denomina sistema de directa y si es ascendente sistema de inversa.

CIRCULACIÓN DIRECTA

CIRCULACIÓN INVERSA

Figura n.º 6 Sentido de circulación del fluido de perforación en el interior del varillaje. (Fuente: Mining & Construction). Para la descripción en los capítulos sucesivos de las distintas metodologías de perforación se aplica este criterio a los dos grandes grupos en los que se pueden dividir los pozos de captación de aguas subterráneas: Pozos abiertos y sondeos de explotación. De esta forma la clasificación quedaría establecida de la siguiente manera: Pozos abiertos: - Discontinuos: - Métodos tradicionales (pozos manuales). - Hélice discontinua. - Método de hinca con cuchara bivalva. - Continuos: - Hélice continua.

45

Sondeos de explotación: - Discontinuos: - Percusión - Continuos: - Rotación: - Circulación directa (“rotary”). - Circulación inversa. - Rotopercusión: .

- Circulación directa. - Circulación inversa.

Los sistemas continuos que se utilizan para pozos abiertos se basan en el empleo de medios mecánicos para la extracción del terreno perforado, mientras que los correspondientes a sondeos de explotación (o de investigación) se basan en el empleo de fluidos de perforación que transportan las partículas sólidas. Es de destacar que todos los métodos de perforación para obras de captación de agua son métodos destructivos del terreno atravesado y que por tanto durante su realización es necesario ir tomando muestras del “detritus” para control de la columna litológica (foto n.º 14). Por esta razón es imprescindible que en todos los pozos se realicen registros de testificación geofísica, previamente a su entubación, para un correcto diseño de los tramos filtrantes de la tubería de revestimiento. Ambas operaciones deben ser supervisadas por el hidrogeólogo en campo, asignado a la Dirección Técnica de la obra.

Foto n.º 14.- Muestras del terreno obtenidas durante la perforación de una captación.

46

5.2. UTILIZACIÓN DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN EN SONDEOS Los fluidos básicos de perforación que se utilizan normalmente son el agua y el aire a los que se le añaden, en ciertos casos, algunos aditivos para transformarlos en lodos y espumas. Para un determinado material perforado y un tamaño de fragmento dado, la velocidad ascensional que necesita un fluido para arrastrar hasta la superficie los terrenos perforados es función de la densidad y viscosidad del fluido empleado para la perforación. Este fenómeno está de acuerdo con la ecuación de Stockes que relaciona el radio, el peso específico de la partícula y la velocidad límite con la que cae dentro de un fluido de viscosidad conocida bajo la acción de la gravedad. Esta ecuación es: 2 (γs-γl)gr2 V= --------------------- (1) 9µ Siendo : V= Velocidad de caída de la partícula en cm/s. γs= Densidad de la partícula en gr/cm3. γl= Densidad del fluido en gr/cm3. g= Aceleración de la gravedad en cm/s2. r= Radio de la partícula en cm. µ =Viscosidad del líquido en poises. Además de la caída de la partícula bajo la acción de la gravedad, cuyo efecto se cuantifica en la ecuación de Stockes (1), hay que considerar que en las operaciones de extracción con fluidos de perforación la partícula también está sometida, además del movimiento por circulación ascendente del fluido, a un efecto de choque con las partículas líquidas en movimiento, que frenan la caída de los “detritus”. Habitualmente y a efectos prácticos se toman los siguientes órdenes de magnitud para la velocidad ascensional de los fluidos de perforación: - Lodo: 15-25 m/min. - Agua: 60 m/min. - Aire: 1.500 m/min. - Espumas: 100-120 m/min.

5.3. EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA CIRCULACIÓN DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN Para la realización de un sondeo de forma continua es necesaria la utilización de un equipo mecánico que produzca la circulación del fluido de perforación. Estos equipos mecánicos son las bombas y los compresores.

47

Bombas de impulsión: Las bombas de impulsión se utilizan básicamente en los sondeos perforados a rotación a circulación directa que emplean lodos de perforación y que no son adecuados para realizar sondeos hidrogeológicos, pero sí para los mineros y petrolíferos.

Foto n.º 15.- Bomba de impulsión de lodos. La circulación del lodo se produce desde la balsa de lodos a través del varillaje, hasta llegar al útil cortante que en este caso es un tricono, cerrando el circuito con la decantación de los detritus de perforación en la balsa situada en la superficie. Compresores: Los compresores suministran aire para permitir la circulación del fluido de perforación. El empleo de compresores para la perforación en sondeos para captación de agua se aplica en los métodos de perforación a rotación a circulación inversa y a rotopercusión (directa e inversa).

Foto n.º 16.- Compresor montado sobre camión.

48

Las características de un compresor vienen dadas por su presión y caudal de trabajo. En general la presión de un compresor está relacionada con la profundidad de un sondeo y el caudal con el diámetro de perforación. En los sondeos a rotación a circulación inversa se emplean compresores de media presión (del orden de 20 bares de presión nominal). La función del aire en este caso es formar una emulsión aire-agua que fuerce la circulación del fluido de perforación, pero el aire no se utiliza para accionar la herramienta de corte, en este caso tricono. En los sondeos a rotopercusión, el aire se emplea tanto para la circulación del fluido, como para el accionamiento de la herramienta de corte (martillo). Los compresores utilizados en rotopercusión son de alta presión (30 bares). Si es necesario en estos sondeos se emplean unidades de muy alta presión, como el equipo denominado “booster” (70 bares).

Foto n.º 17.- Compresor de alta presión, sobre ruedas.

5.4. PERFORACIÓN DE POZOS ABIERTOS 5.4.1 Introducción En general las características constructivas de este tipo de captaciones son las siguientes: - Se realizan en terrenos blandos detríticos que constituyen acuíferos superficiales (aluviales, eluviales, etc.). - Sus características geométricas vienen definidas por su gran diámetro (superior a 1 metro) y su limitada longitud (30-40 metros).

49

Las técnicas de perforación de pozos abiertos corresponden a los métodos manuales tradicionales y a aquellos otros que utilizan maquinaria de perforación y que están relacionados con tecnologías empleadas en la obra civil para realizar cimentaciones.

5.4.2 Sistemas manuales

Por razones de productividad y seguridad de las personas en la actualidad los sistemas manuales se emplean cada vez en menor medida para la realización de pozos abiertos, siendo sustituidos por los sistemas mecanizados que utilizan exclusivamente maquinaria de perforación. Los métodos tradicionales de perforación se caracterizan por el empleo de herramientas manuales, tornos ubicados en superficie para la elevación del material perforado y la necesidad de entibación y desagüe de la obra, mediante bombas. En este grupo de obras de captación pueden incluirse las galerías de captación y los colectores horizontales que se realizan en algunos pozos.

5.4.3. Sistemas que utilizan maquinaria

Respecto de los sistemas que emplean exclusivamente maquinaria de perforación los más utilizados son los de hélice, tanto continua como discontinua, y los que utilizan cuchara bivalva.

5.4.3.1. Método de la hélice La perforación en el subsuelo por este sistema se efectúa comunicando a la herramienta una velocidad de giro, una presión en cabeza y un par de rotación. La diferencia entre la hélice continua y la discontinua radica, como ya se ha indicado en el apartado anterior, en la necesidad de parar la perforación o no para la extracción del terreno atravesado. Los equipos de hélice van montados sobre camión (figura n.º 7). Además de para realizar pozos abiertos, es frecuente el empleo de estos sistemas como método auxiliar en la perforación de sondeos profundos, para atravesar formaciones superficiales inestables y poco consolidadas (aluviales, etc.), o bien como aplicación específica a algún método de perforación como es la rotación a circulación inversa. El sistema de hélice continua se aplica fundamentalmente en la obra civil y en minería para investigación de graveras y tiene menor aplicación en las obras de captación de aguas subterráneas. Su utilización principal está asociada a la perforación de sondeos a circulación inversa, para perforar los primeros metros que permitan alcanzar la sumergencia suficiente y poder utilizar el circuito de aire para extracción de detritus.

50

Figura n.º 7.- Esquema de equipo de hélice continua montado sobre camión. (Fuente: Procedimientos de sondeos).

El sistema de hélice discontinua, que es el que más se utiliza para construcción de pozos abiertos, permite un mayor diámetro de perforación al actuar la acción del par motor en una menor longitud de herramienta de corte (figura n.º 8 y foto n.º 18).

Figura n.º 8.- Funcionamiento del sistema de hélice discontinua. (Fuente: Construcción de pozos de agua y sistemas de perforación). En pozos para agua construidos por el sistema de hélice discontinua se emplea habitualmente el método de hinca. En este sistema la entubación del pozo se realiza simultáneamente a la perforación mediante el empleo de anillos de hormigón que descienden al interior del sondeo por su propio peso al ser socavado o descalzado el terreno infrayacente a los sucesivos anillos de hormigón, por la acción del útil cortante que actúa por el interior de los mismos. Generalmente la perforación finaliza cuando se equilibra la fuerza del peso de los anillos de hormigón con el rozamiento lateral de los mismos con las paredes del pozo. (En la práctica 20-30 metros).

51

Foto n.º 18.- Realización de un pozo abierto con un equipo de hélice discontinua.

5.4.3.2.Sistema de cuchara bivalva También es frecuente la perforación de pozos abiertos con el empleo de cuchara bivalva (foto n.º 19). Análogamente al sistema de hélice discontinua la entubación se realiza con anillos de hormigón por el método de hinca.

Foto n.º 19.- Ejecución de un pozo abierto con un equipo de cuchara bivalva.

52

5.4.3.3.Ventajas e inconvenientes de los sistemas de hinca de tubos La ventaja que presenta el método de hinca de anillos de hormigón tanto con hélice discontinua como con cuchara bivalva es la rapidez de ejecución, puesto que en menos de una jornada de trabajo puede quedar construida una captación en un aluvial que a veces llega a proporcionar un gran caudal de agua y con una capacidad adicional de almacenamiento en función de su gran diámetro. Su inconveniente principal es que, desde un punto de vista hidrogeológico estricto, su construcción no es muy adecuada por varios motivos: En primer lugar el anillo de hormigón queda muy próximo a la superficie del terreno y por tanto la captación en un acuífero detrítico no dispondrá de un macizo de grava filtrante de espesor adecuado. Por otra parte los pasos de agua al pozo se producen de forma localizada y no por todo el contorno de la captación. Por estas razones las captaciones realizadas con anillos de hormigón pueden presentar problemas de arrastres de finos con colmataciones en el propio pozo y daños a los equipos de bombeo. Estos daños pueden ser inmediatos si hay presencia de arena fina y poco consolidada en el acuífero a explotar. Además las pérdidas de carga pueden ser muy importantes por el esquema de flujo de agua subterránea condicionado por la disposición de los orificios de entrada. Por todo lo dicho anteriormente el sistema de pozos abiertos con anillos de hormigón no es recomendable salvo en los supuestos de obras de emergencia (por su rapidez) o de abastecimientos de carácter local en el caso de acuíferos pobres (por su capacidad de almacenamiento).

5.5. MÉTODO DE PERCUSIÓN

5.5.1. Introducción Es el método de perforación de sondeos más antiguo que se conoce, siendo el más extendido todavía y de aplicación prácticamente a cualquier tipo de terreno. Existen referencias históricas de 2.000 años a. C. relativas al empleo de este método en China con la utilización de cañas de bambú como útil de perforación y la aplicación de fuerza humana para la elevación de la herramienta. El primer pozo de petróleo, realizado en Pensilvania en 1.859, se efectuó por este sistema.

5.5.2. Sistema de perforación El método de perforación consiste, en esencia, en que un trépano colgado de un cable golpea sucesivamente el fondo del pozo a perforar al comunicársele al cable un movimiento alternativo mediante un balancín que es accionado por una excéntrica que se mueve a su vez mediante un motor de explosión. Las máquinas de percusión suelen ir montadas sobre un camión, como se muestra en la siguiente figura n.º 9.

53

Figura n.º 9.- Esquema de equipo de percusión. (Fuente: Procedimientos de sondeos). El método actúa por impacto de la masa del trépano y la barra de carga (4.000-7.000 Kg) sobre el material a perforar, por lo que el efecto será mayor sobre materiales de baja resistencia al impacto (resiliencia) como son las calizas, que frente a materiales plásticos, como las arcillas, que amortiguan, la caída libre del útil de perforación. Puesto que se trata de un método de perforación discontinuo, una vez que se ha perforado una cierta longitud de sondeo es necesario extraer los recortes arrancados del terreno para que el trépano golpee de nuevo sobre la superficie de roca sana. Por lo tanto es necesario extraer el trépano del fondo e introducir una campana o cuchara que, mediante un mecanismo de válvula situado en su parte inferior y aplicándole un movimiento alternativo con el cabrestante, se vaya llenando de los recortes del terreno y los extraiga a la superficie hasta que el pozo quede limpio y se introduzca otra vez en el mismo el trépano de perforación, repitiendo sucesivamente la operación para profundizar el sondeo. La sarta de perforación que se emplea en este método consta de los siguientes elementos (foto n.º 20 y figura n.º 10): - Cable. - Montera. - Tijera. - Barrón.

54

- Trépano.

Foto n.º 20.- Equipo de perforación a percusión.

La función de estas herramientas es la siguiente: -

Trépano: Es la herramienta que golpea directamente sobre la roca y consta de rosca, cuello, cuadrado de llave, cuerpo de trépano, canales de agua y boca. La superficie de desgaste de la boca se recarga con electrodos especiales. El ángulo de escape y penetración es variable en función del tipo de terreno que se perfore.

-

Barrón o barra de carga: Proporciona peso a la sarta de perforación, con el fin de disponer de más energía de impacto.

-

Tijera o destrabador: Está formado por dos eslabones engarzados con un juego libre de unos 30 centímetros. Su función es la de permitir el golpeo hacia arriba en el caso de enganche de la sarta de perforación.

-

Montera: Es el elemento de unión de la sarta con el cable.

-

Cable: Se enrosca a izquierdas para ser compatible con la rosca a derechas de los restantes elementos de la sarta de perforación. El tensado del cable produce un giro sobre sí mismo.

55

Figura n.º 10.- Elementos de la sarta de perforación en un sondeo a percusión. (Fuente: Procedimientos de sondeos).

El mecanismo de perforación permite variar la altura de caída del trépano entre 30 y 90 centímetros, mediante la longitud útil de la biela y se puede variar la frecuencia de golpeo entre 30 y 60 golpes por minuto. El sondista debe permanecer agarrado al cable durante la perforación pues este elemento le permitirá obtener información sobre el proceso de perforación del pozo, controlando que no se produzcan anomalías en el mismo (desviación, estriado, etc.). Como el cable está enroscado a izquierdas, si se le somete a tensión, levantando ligeramente la herramienta del fondo del pozo el cable debe girar libremente en el sentido contrario si el sondeo es vertical y no presenta estrías. Cuando se perfora a percusión, aunque no se utiliza fluido de perforación, es necesario añadir agua hasta que se alcanza el nivel freático. El objetivo de esta operación es conseguir un lodo en el fondo del pozo que mantenga en suspensión las partículas perforadas de tal manera que la energía del trépano no se emplee en triturar aún más los detritus del terreno en lugar de la roca sana. Cuando se ha alcanzado el nivel freático el control del lodo de suspensión se regula mediante la limpieza con la cuchara.

56

5.5.3. Aspectos hidrogeológicos

Durante la realización de un sondeo el método de perforación a percusión nos permite obtener bastante información de las características geológicas e hidrogeológicas de la formación atravesada. A diferencia de los métodos de perforación a rotación, que funcionan con la inyección continua de fluidos al interior del sondeo, que alteran la piezometría y calidad de las aguas subterráneas en el entorno de la perforación, durante la realización de un sondeo a percusión es posible conocer el nivel freático del acuífero y obtener, con el empleo de la cuchara de extracción, muestras de agua del acuífero que nos permitan realizar las correspondientes medidas “in situ” y análisis de las mismas. Incluso se pueden realizar pruebas de producción del pozo mediante la extracción de agua con la válvula (operación que se conoce con el nombre de “valvuleo”). La información que se obtiene respecto a las características del terreno también puede considerarse como buena puesto que, salvo desprendimientos dentro de las paredes del sondeo, las muestras que se obtienen en superficie corresponden a la profundidad perforada y por lo tanto no están afectadas de desfase significativo.

5.5.4. Ventajas e inconvenientes del método

Como ya se ha indicado la ventaja de este método es su versatilidad siendo aplicable a la práctica totalidad de las formaciones a perforar. Incluso es imprescindible en terrenos de tipo aluvial en los que se presenten materiales sueltos de alta granulometría y permeabilidad (bolos y gravas) que son problemáticos de perforar y que hacen prácticamente inviable la aplicación de cualquier otro sistema. Otra aplicación específica de este método es la de perforación de acuíferos calcáreos con dureza media y baja resistencia al impacto. En caso de grandes diámetros y profundidades de perforación en medios cársticos, con elevados aportes de agua, es prácticamente el único método recomendable. El sistema de percusión es prácticamente imprescindible para la perforación en la zona no saturada de materiales calcáreos carstificados, debido a la pérdida del lodo o fluido de perforación que se produce en los mismos y el riesgo de desviación de la sarta de perforación. Una ventaja muy importante de este sistema es que es el que mejor garantiza la verticalidad de un sondeo. También este método no presenta grandes requerimientos de agua, por lo que su empleo puede ser adecuado en zonas con escasez hídrica. El inconveniente de este sistema es que se trata de un procedimiento muy lento con rendimientos de perforación que en muchos casos son del orden de tan solo 100 metros/mes con lo que, en igualdad de circunstancias, no puede competir por razones

57

económicas con otros métodos, como por ejemplo el de circulación inversa, en el caso de tratarse de materiales blandos como los detríticos terciarios. Por estas razones de productividad el sector de empresas de perforación a percusión corresponde básicamente a pequeñas empresas locales de tipo familiar, con baja tecnificación.

5.6. SISTEMA DE ROTACIÓN

5.6.1. Introducción

El procedimiento de rotación a circulación directa (“rotary”) fue experimentado por primera vez en investigaciones petrolíferas en Texas en 1901. Su origen fue debido fundamentalmente a que el método de percusión que se utilizaba hasta entonces era poco apropiado para los terrenos a atravesar que eran blandos e inconsistentes. Se obtuvo muy buen resultado y el método tuvo una gran divulgación sobre todo en los campos de petróleo de California. Posteriormente la perforación “rotary” pasó de aplicarse de terrenos blandos a terrenos duros según se fueron empleando herramientas más duras con equipos de perforación con mayor capacidad. En la actualidad el método de perforación a circulación directa es el que se emplea habitualmente para los sondeos de petróleo, donde se alcanzan grandes profundidades, al ser el método de perforación que, en general, presenta mayor versatilidad en la realización de sondeos. Este método se encuentra muy tecnificado y su uso es también muy frecuente en investigación minera. Sin embargo este procedimiento, salvos casos excepcionales, no se debe emplear en sondeos para captaciones hidrogeológicas por las razones que a continuación se detallarán. Para realizar este tipo de perforaciones se emplea una variante del método original que es el de rotación a circulación inversa.

5.6.2. Sistema de perforación

El sistema de perforación a rotación, tanto a circulación directa como a circulación inversa, se basa en la aplicación desde superficie de un movimiento de rotación y un empuje al útil de perforación que se denomina tricono y que está situado en el fondo del sondeo para conseguir fracturar la roca (figura n.º 11 y foto n.º 21).

58

Figura n.º 11.- Esquema de equipo de perforación “rotary”. (Fuente: Procedimientos de sondeos). El peso que se ejerce sobre el útil de perforación es función de la dureza de la roca y del diámetro de perforación. El par aplicado a la herramienta viene definido por el empuje y también por el diámetro de perforación.

Foto n.º 21.- Tricono utilizado como útil cortante en el sistema “rotary”.

59

Para transmitir desde la superficie el peso y el movimiento giratorio al tricono se emplea el varillaje de perforación. Este varillaje es hueco y permite, de forma simultánea a la perforación, la circulación por su interior del fluido de perforación que tiene como misión, entre otras, limpiar el sondeo de los recortes de terreno conduciéndolos al exterior y depositándolos sobre balsas construidas a tal efecto. Como ya se ha indicado anteriormente, según el sentido de circulación del fluido por el interior del varillaje de perforación se habla de rotación a circulación directa o rotación a circulación inversa. En la figura 12 se presenta un esquema conceptual de ambos sistemas.

Figura n.º 12.- Esquema conceptual comparativo de los sistemas de perforación a rotación.

Como se observa en esta figura en el sistema a circulación directa el circuito de perforación viene definido por una balsa en superficie desde donde se inyecta lodo al interior del varillaje mediante una bomba de impulsión. Una vez que el lodo atraviesa los conductos de paso del tricono vuelve a la superficie arrastrando el “detritus”. Este recorrido de vuelta a la balsa se produce por el espacio anular entre el varillaje y la pared del sondeo. En el sistema de circulación inversa se utiliza un compresor que inyecta aire en el interior de la sarta por medio de un varillaje de doble pared. La inyección de este aire aligera la columna de lodo creando una depresión en el interior del varillaje que fuerza

60

la circulación desde el espacio anular entre la pared exterior y el varillaje hacia el interior del mismo. Entre ambos sistemas existe una diferencia fundamental que radica en que en la circulación directa el “detritus” de perforación sale a la superficie por el espacio anular comprendido entre la pared del sondeo y el varillaje y que en la circulación inversa los recortes ascienden por el interior del varillaje. Esta diferencia condiciona el hecho de que la circulación directa no se deba aplicar para sondeos de captación de agua subterránea, y que la práctica a emplear en estos casos sea la circulación inversa. Esto se debe a que en la práctica totalidad de los sondeos para captación de agua subterránea el diámetro de perforación es tal que la superficie del espacio anular entre la pared del sondeo y el varillaje de perforación tiene un área mayor que la superficie interior del varillaje. Puesto que el caudal que circula por un conducto viene determinado por: Q = V x S (2). Donde: Q = Caudal de circulación del fluido de perforación (m3/s). S = Sección del conducto (m2). Teniendo en cuenta lo anterior, resulta que para arrastrar los recortes producidos por el útil de perforación con una velocidad “V”, el caudal necesario del lodo de perforación es muy superior en circulación directa, con mayor superficie de paso, que en circulación inversa. En la práctica se requerirían bombas de impulsión de lodos muy dimensionadas lo que supondría el empleo de equipos con elevadas potencias instaladas que superan las capacidades de los equipos de perforación que habitualmente se emplean para captación de agua. La práctica a la que recurren los perforistas de circulación directa es la de emplear lodos artificiales preparados a partir de arcillas del tipo bentonita que aumentan notablemente la densidad y viscosidad y que por tanto presentan capacidades de arrastre de sólidos mayores frente a los lodos naturales y permiten trabajar con velocidades más bajas de circulación del fluido de perforación. Ahora bien, trabajar con lodos bentoníticos para la realización de un sondeo supone que durante la realización de una perforación para captación de aguas subterráneas se está inyectando un agente arcilloso que impermeabiliza el terreno que atravesamos, por lo que las captaciones así construidas tendrán un rendimiento muy inferior al previsto, en cuanto a obtención de caudales de agua y optimización de las inversiones realizadas en la obra de captación de agua subterránea. En definitiva el método de perforación a circulación inversa presenta las siguientes ventajas comparativas respecto de la circulación directa: -

Permite perforar con un mayor diámetro de perforación sin empleo de lodos bentoníticos.

61

-

Se obtienen muestras del terreno atravesados más representativas puesto que al ser la velocidad ascensional más elevada existe un desfase de tiempo menor entre el momento de la perforación y su ascenso a superficie. Además en circulación directa la muestra obtenida se contamina con el terreno de la pared del sondeo según va ascendiendo.

-

Las paredes del sondeo sufren una menor erosión pues las partículas son extraídas por el interior del varillaje

-

Menor coste energético al ser la potencia a emplear inferior.

A pesar de estos inconvenientes es preciso indicar que pese a que la circulación directa no debe emplearse en el caso de sondeos para captaciones hidrogeológicas es el método que habitualmente se utiliza en investigación petrolífera y minera donde no importa el uso de lodos bentoníticos y además se dispone de equipos de impulsión muy dimensionados. Esta utilización se fundamenta en la gran capacidad del método de circulación directa para la perforación de sondeos en general. Esta facultad de la circulación directa se basa precisamente en el empleo de lodos bentoníticos que permiten estabilizar adecuadamente las paredes. Además a estos lodos se les puede añadir, en su caso, una gran cantidad de aditivos para hacer frente a problemas específicos como es la pérdida de circulación y otras complicaciones del sondeo. Entre estos aditivos se encuentran los agentes densificadores, fluidificantes, colmatantes, descolmatantes, etc. Los elementos principales que componen un equipo de perforación a circulación inversa son los siguientes: - Cabeza o mesa de rotación. - Mástil y soporte. - Sistema de extracción. - Centrador. - Cabrestantes. - Equipo de soldadura. - Gatos hidráulicos estabilizadores. - Panel de mandos. - Compresor. - Motores. El montaje del chasis en el que van todos estos elementos suele realizarse sobre camión para su traslado (figura n.º 13).

62

La cabeza o la mesa de rotación es el elemento que trasmite el movimiento de rotación al varillaje de perforación. La tendencia actual es la de equipamientos hidráulicos que utilizan cabezas de rotación en lugar de mesa obteniéndose unos rendimientos sensiblemente superiores, del orden de 50-60 metros/día, frente a 15-20 m/día con el empleo de mesa de rotación con accionamiento mecánico. El sistema de extracción de la sarta de perforación es el que limita la capacidad de perforación del equipo. En la actualidad, por razones económicas, los equipos de mayor capacidad de perforación a circulación inversa existentes en el mercado se sitúan en profundidades máximas de 600-800 metros en terrenos blandos. Este tipo de terrenos requieren un menor peso de las barras de carga que actúan sobre el tricono, por lo que la capacidad de tiro de los equipos puede emplearse en la extracción de una mayor longitud de varillaje de perforación, lo que permite realizar pozos de mayor profundidad.

Figura n.º 13.- Funcionamiento del sistema de perforación a rotación a circulación inversa.

63

La sarta de perforación está formada por los siguientes elementos: - Útil de perforación. - Barras de carga o lastrabarrenas. - Varillaje. - Barra conductora o “kelly”. - Cabeza de inyección. El útil de perforación más utilizado es el tricono que está formado por tres piñas que giran libremente sobre sus ejes que no tienen una disposición simétrica para producir el arranque de material por rodadura y cizalla (ver fotografía n.º 21). Si la formación es blanda los dientes son más largos y espaciados. Las barras de carga permiten dar peso al tricono sobre la formación a perforar. Este peso es función de la dureza de la roca. Como se observa en el diagrama de esfuerzos (figura n.º 14), el punto neutro de la sarta debe situarse en esta barra, trabajando todo el varillaje y el 25% de dicha barra a tracción y el resto de la misma a compresión.

Figura n.º 14.- Distribución de los esfuerzos en la sarta de perforación a rotación.

Las varillas se unen entre sí mediante rosca y deben trabajar a tracción para evitar su rotura y la desviación del sondeo. En el procedimiento de la circulación inversa hay dos tipos de varillaje: Varillaje de doble pared y varillaje de pared simple. El varillaje doble conduce el aire desde el compresor hasta el interior de la sarta donde se mezcla con el lodo natural para aligerar la columna. La cabeza de inyección suspende la columna de perforación, permitiendo la rotación y proporcionando la conexión a la manguera de aire comprimido y a la de descarga a la balsa. La barra conductora transmite el movimiento de rotación a todo el varillaje.

64

El lodo que se utiliza en circulación inversa es lodo natural. Durante la perforación deben controlarse las características de densidad, viscosidad, cake, filtrado, pH y contenido en arena, entre otras. Si se producen variaciones de estos parámetros fuera de los límites admitidos es preciso proceder a su control mediante el aclarado de los lodos y limpieza de las balsas. Las funciones del fluido de perforación son las siguientes: - Evacuar el “detritus” producido en la perforación. - Refrigerar el tricono. - Mantener la estabilidad de las paredes del sondeo. - Impedir la salida de agua de los distintos acuíferos atravesados durante la perforación.

5.6.3 Aspectos hidrogeológicos

Durante la realización de un sondeo por el método de rotación a circulación inversa no es posible obtener información sobre los niveles piezométricos y la calidad del agua del acuífero explotado, dado que el nivel de agua observado en el interior del sondeo es el de la balsa y el agua es mezcla, en proporción variable, entre la aportada a la perforación y la del acuífero atravesado. Con este método de perforación sí se obtiene una buena información litológica del terreno atravesado puesto que los recortes obtenidos ascienden a gran velocidad por el interior del varillaje de perforación por lo que el desfase es muy pequeño y además no hay contaminación con el material de las paredes del sondeo.

5.6.4. Ventajas e inconvenientes del método

El método de perforación a circulación inversa es ideal para efectuar obras de captación hidrogeológica en formaciones no consolidadas (arenas, limos, arcillas, etc.) con elevados rendimientos. Este tipo de terrenos corresponde a las grandes áreas detríticas españolas como son las cuencas del Duero, Tajo y Guadalquivir. Por este sistema, llevando un adecuado control del peso sobre el tricono, es posible garantizar la verticalidad del pozo dentro de unos límites admisibles. Este sistema no es recomendable a partir de materiales de dureza media (calizas, dolomías, areniscas compactadas, etc.) debido a que las capacidades de extracción de los equipos convencionales empleados para la captación de aguas no permiten utilizar las barras de carga con peso suficiente, acorde con la dureza del terreno a perforar. En este caso es más conveniente el empleo de otros sistemas de perforación como el de percusión o rotopercusión.

65

Un inconveniente importante que presenta este método es que, incluso en el caso de terrenos blandos, no se debe emplear en formaciones que sean muy permeables y/o muy inestables, características que en la práctica suelen aparecer conjuntamente. Si las formaciones son muy permeables se producen grandes pérdidas del lodo de perforación y descenso de los niveles del mismo en el sondeo con el peligro de hundimiento de la obra. Cuando los terrenos son muy inconsistentes causan problemas de estabilidad de las paredes con frecuentes derrumbes. Debido a las pérdidas de lodo tampoco el sistema es apropiado en el caso de perforación de zonas no saturadas en acuíferos calcáreos carstificados. Estos problemas en circulación directa suelen ser solventados con el empleo de aditivos sobre los lodos bentoníticos. Sin embargo la capacidad de respuesta en circulación inversa es muy limitada y frente a los problemas anteriores hay que pensar en realizar entubaciones auxiliares que complican la realización de la obra pues implican reducciones de los diámetros de perforación previstos que pueden comprometer la instalación de los equipos de bombeo diseñados. Al utilizar tubería auxiliar existe también la posibilidad de no poder recuperar estas tuberías que son ciegas y que sellarían zonas productivas. Por otra parte la operación de entubación auxiliar no garantiza que algunos metros de perforación más abajo de la entubación vuelva a producirse el mismo problema. Cuando se producen pérdidas de lodos otra alternativa frente la entubación es la cementación, que permite mantener el diámetro del pozo, pero es una operación laboriosa, con resultados a veces inciertos, que dilatan enormemente los ritmos de perforación.

5.7 MÉTODO DE ROTOPERCUSIÓN

5.7.1 Introducción

El método de rotopercusión neumática con martillo en fondo (más conocido como rotopercusión) es el sistema de perforación más moderno de todos los que se utilizan en la perforación de sondeos para captación de aguas subterráneas. Este sistema surgió a partir de las técnicas de perforación empleadas en las explotaciones mineras de exterior para la perforación de barrenos para voladuras. A diferencia de los equipos de rotopercusión hidráulica con martillo en cabeza, que son los que más se emplean en la actualidad en la perforación de sondeos en canteras, en el sistema de rotopercusión neumática con martillo en fondo el martillo se sitúa en el fondo del sondeo y es accionado con el empleo de aire comprimido. Análogamente al sistema de rotación en la rotopercusión se emplean dos modalidades, la rotopercusión directa y la rotopercusión inversa con gran diámetro, cuyas denominaciones se basan en criterios coincidentes con los correspondientes a los de la

66

rotación en cuanto al sentido de circulación del fluido de perforación, el aire en rotopercusión, por el interior del varillaje. A diferencia de la rotación ambas modalidades se pueden emplear para la perforación de captaciones hidrogeológicas. El sistema que se emplea habitualmente es la rotopercusión directa, pues por el sistema a rotopercusión inversa con gran diámetro, aunque es el más moderno de todos los métodos para captación de agua subterránea, existen muy pocos equipos que operen en nuestro país utilizando esta tecnología. Hay también alguna empresa nacional que dispone de equipos de rotopercusión inversa con pequeño diámetro que se utilizan en trabajos de investigación minera e hidrogeológica, como se describe en el apartado 4 de esta comunicación. Las prestaciones para las captaciones hidrogeológicas de los equipos de rotopercusión inversa con pequeño diámetro son inferiores a las de los equipos a circulación directa en cuanto a diámetros y similares en cuanto a profundidades.

5.7.2. Sistema de perforación

El método de rotopercusión consiste básicamente en que el aire suministrado por un compresor circula por dentro del varillaje de la sarta de perforación y acciona el martillo neumático situado en el fondo del sondeo y ese mismo aire es utilizado para la extracción del detritus, mientras la sarta de perforación gira lentamente mediante la aplicación en superficie de un movimiento de rotación y un empuje. Es aplicable a la técnica de perforación en rotopercusión el mismo esquema conceptual indicado en la figura 12, en cuanto a la circulación del aire en un sentido u otro. Para trasponer este esquema hay que considerar también que el útil de perforación en rotopercusión es un martillo y el fluido de circulación es aire. Tanto en circulación directa como en circulación inversa para mejorar la capacidad del aire como vehículo de arrastre de detritus se le inyecta un espumante con lo que se consigue operar con velocidades menores de circulación de aire. 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, dado el requerimiento de caudal de aire. Es posible paliar esta carencia mediante la utilización de dos compresores conectados en paralelo, mediante un sistema tipo “Y”, permitan aumentar el caudal de aire, manteniendo la presión de los compresores conectados. La rotopercusión a circulación inversa con gran diámetro, de la que no existen muchas experiencias en nuestro país, permite obtener mayores diámetros de perforación que en circulación directa con otras ventajas añadidas, algunas ya se han comentado para el caso de la rotación, como son:

67

-

Obtener muestras del terreno y del agua más representativas, evitando desfases y contaminaciones con la pared del sondeo, al extraerse los detritus de perforación por el interior del varillaje

-

Las paredes del sondeo sufren una menor erosión que en circulación directa, pues se evita que el aire de perforación actúe sobre los estratos más blandos del sondeo erosionándolos y provocando hundimientos.

-

Se evitan las pérdidas de aire, que en el caso de circulación directa puede suponer la caída de materiales con peligro de atrapamiento del martillo de perforación.

Equipo de perforación a rotopercusión: El equipo básico de una sonda de rotopercusión neumática con martillo en fondo, tanto a circulación directa como a circulación inversa debe contar con los siguientes elementos (ver figura 15):

-

La cabeza de rotación que está movida por un circuito hidráulico.

-

La torre o mástil de la máquina de perforación abatible y elevable.

-

Un cilindro hidráulico, que se utiliza para elevar la torre desde la posición horizontal a la vertical, dejándola dispuesta para perforar.

-

El conjunto del motor diesel, refrigerado por aire, con el compresor de alta presión y alto caudal de aire.

-

El panel de mandos.

-

Un sistema de empuje y extracción regulables hasta las máximas capacidades.

-

El carrusel que es un conjunto portador de varillaje que se utiliza para colocar nuevas varillas en la sarta, conforme se va profundizando el sondeo.

-

Un cabrestante auxiliar para recoger las varillas y las tuberías de revestimiento.

-

Los gatos hidráulicos de nivelación del equipo para la perforación.

-

Una bomba para introducir el espumante dentro del circuito de aire a presión.

-

Un equipo de soldadura y corte.

-

Sistema de alumbrado general para poder trabajar por las noches.

68

Figura n.º 15.- Funcionamiento del sistema de perforación a rotopercusión a circulación inversa.

El montaje del chasis en el que van todos elementos suele realizarse sobre camión para su traslado (foto n.º 22).

Sarta de perforación: La sarta de perforación de un equipo de rotopercusión está formada por los siguientes elementos:

69

-

Un martillo con adaptador roscado. La boca o tallante del martillo es de botones de carburo de tungsteno (ver foto n.º 23).

-

En el caso de la circulación inversa es necesario el empleo de un inversor de flujo y de un estabilizador.

-

Adaptador o conexión roscada a la cabeza giratoria.

-

Las varillas que están conectadas a la cabeza de rotación. En el caso de la circulación directa el varillaje es liso y en el caso de la circulación inversa es de doble pared.

Foto n.º 22.- Equipo de perforación a rotopercusión, montado sobre camión.

70

Hay que lubrificar el martillo con aceite especial con alta película lubrificante, buena adhesión, viscosidad estable y alto punto de encendido. Una vez perforado el sondeo se puede ensanchar con diversos útiles, todos ellos denominados genéricamente “ensanchadores”.

Foto n.º 23.- Martillo y tallantes de rotopercusión.

Compresor: La función del compresor en el sistema de rotopercusión es suministrar aire, como fluido de perforación, con el caudal y la presión requerida. El compresor es un elemento fundamental, desde el punto de vista técnico y económico, en el sistema de perforación a rotopercusión, tanto a circulación directa como a inversa. A diferencia del sistema de perforación a rotación, 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.

71

La presión de trabajo del compresor es determinante a la hora de establecer la profundidad teórica de perforación que es posible alcanzar. Los compresores que se utilizan en rotopercusión suelen ser de alta presión (25-30 Kp/cm 2), Cuando se requiere aumentar la presión de un compresor es necesario el empleo de un “booster”, conectado en serie. Un “booster” actúa como un “compresor de compresores” que, colocado a la salida de un compresor de, por ejemplo 25 Kp/cm 2, permite elevar la presión de trabajo hasta unos 50-60 Kp/cm 2. Este aumento de presión en el aire produce una disminución del volumen del mismo durante el paso por el “booster” por lo que para mantener el caudal nominal de aporte a la perforación, es necesaria la utilización de varios compresores conectados en paralelo a la entrada de la alimentación del “booster”. En rotopercusión a circulación inversa es necesario un mayor suministro de presión que en directa al ser los conductos de paso del aire (varillaje) más estrechos y por lo tanto con mayores pérdidas de aire. Por el contrario en rotopercusión directa los requerimientos de caudal son mayores, pues conforme aumenta el diámetro de perforación, y por tanto las secciones de paso, es necesario un mayor aporte de caudal para garantizar la velocidad de circulación de aire que permita la extracción de los detritus de perforación. Para perforar con diámetro grande en circulación directa es preciso el empleo de dos compresores conectados en paralelo. Las funciones del aire en la perforación a rotopercusión son las de accionar el martillo en fondo, enfriar y limpiar la boca de perforación y conducir el “detritus” al exterior. Del total de la potencia dada por el compresor al menos un 20 % se emplea en el accionamiento del martillo en fondo. La presión de trabajo del compresor empleado es fundamental para determinar la profundidad máxima de perforación, bajo el nivel de agua, de un equipo de perforación a rotopercusión, tanto a circulación directa como a circulación inversa. Si disponemos de un compresor con una presión nominal de “P” Kp/cm2 y consideramos que las pérdidas de carga en el circuito y la caída de presión por accionamiento del martillo suponen un total de un 30 % (en circulación inversa pueden ser superiores), la profundidad máxima que se puede perforar con ese compresor, por debajo de un nivel de agua estable, es de (0.7xPx10) metros. Es preciso destacar que a veces, durante la perforación del sondeo, la acción del propio compresor con el arrastre de aire provoca un descenso del nivel de agua. Este último fenómeno ocurre en formaciones poco productivas y por lo tanto en estos casos se puede perforar a mayores profundidades que si estamos en presencia de un buen acuífero. Los compresores de mayor presión que se utilizan son de 25-30 Kp/cm2, por lo tanto con estos equipos no se deben planificar sondeos con profundidades superiores a 200 metros bajo el nivel de agua en acuíferos de potencial medio. Como ya se ha indicado este problema podría solventarse con el empleo de compresores conectados con un

72

“booster”.Pero antes de su empleo hay que considerar que este procedimiento, que no se utiliza habitualmente, resulta costoso y su utilización tampoco es muy recomendable puesto que, por otra parte, la rotopercusión presenta en muchas ocasiones problemas de verticalidad que se pueden acentuar conforme aumenta la profundidad de los sondeos. Otro aspecto condicionante del compresor viene definido por el caudal de aire, que afecta fundamentalmente a los equipos que operan por circulación directa, que son la práctica totalidad de los existentes en el mercado nacional. Aunque el uso de espumantes biodegradables inyectados en el aire permite disminuir las velocidades de arrastre de detritus desde 1.500 m/min a 100-120 m/min, existen grandes limitaciones en cuanto a los diámetros de perforación que se obtienen por este sistema.

En concreto para los compresores de mayor capacidad empleados en rotopercusión (30 m3/min), el diámetro de perforación no suele superar, en sondeos no muy profundos, los 320 mm al que corresponde un diámetro de entubación de 250 mm, siempre y cuando se trate de terrenos compactos en los que no sea necesario acondicionar un empaque de grava. De esta forma queda también limitado el diámetro de la electrobomba sumergible que se va a instalar en el mismo, a un valor máximo de 8 pulgadas. En el caso de sondeos más profundos lo habitual es perforar con diámetro de 220 mm para entubar con 180 mm. En estas condiciones los equipos que se suelen instalar son de 4-6 pulgadas de diámetro, lo que supone una seria limitación en cuanto a la potencia de las electrobombas equipadas en estos sondeos, para la extracción de agua subterránea.

Para afrontar estas limitaciones, en cuanto a diámetro, a veces se pueden conectar en paralelo dos compresores. Los fabricantes recomiendan resolver los problemas de mayor diámetro del sondeo con el empleo de un varillaje también de mayor diámetro que disminuya el espacio anular entre el varillaje y la pared del sondeo, y por lo tanto los caudales necesarios. Ocurre que en este caso sí que habría una gran dependencia de la capacidad de extracción del equipo debido al mayor peso de la sarta de perforación.

Las dificultades de diámetro de perforación en circulación directa pueden resolverse mediante el empleo de la circulación inversa con gran diámetro, si bien en nuestro país este procedimiento se utiliza en escasas ocasiones, y tiene un coste energético elevado.

Para finalizar con la descripción de este sistema cabe destacar dentro del método de rotopercusión el sistema ODEX que permite el empleo de la técnica de perforación en terrenos sueltos mediante el procedimiento de entubación simultánea, aunque la profundidad habitualmente está restringida a unos 30-40 metros por el rozamiento lateral de la tubería sobre el terreno atravesado.

5.7.3. Aspectos hidrogeológicos El sistema de rotopercusión es el procedimiento más idóneo desde el punto de vista de la información hidrogeológica que se obtiene durante la realización de la perforación,

73

puesto que con la circulación del aire que suministra el compresor se efectúa un bombeo del agua existente en el interior del sondeo y que es aportada por los niveles acuíferos atravesados (foto n.º 24).

Foto n.º 24.- Bombeo de agua durante la perforación a rotopercusión.

De esta forma este sistema es el único que permite “a priori” una estimación de los caudales de agua subterránea a extraer de la captación antes de la finalización de la perforación, pudiendo tomar decisiones a la vista de los resultados sobre la conveniencia del ensanche y entubación del sondeo o incluso de la necesidad de realizar pozos con gran diámetro por otros sistemas, como la percusión. También es posible obtener muestras de agua del acuífero a explotar y se puede proceder a realizar medidas “in situ” e incluso análisis que permitan conocer la hidroquímica del agua del agua y detectar, en su caso, problemas tales como contaminaciones o calidades inadecuadas para los usos previstos. Sobre la base de esta información se pueden tomar decisiones sobre el diseño final de la captación. Como en el caso del sistema de rotación, la información litológica que se obtiene por el método de circulación inversa es mejor que la aportada en la circulación directa puesto que en circulación inversa los desfases son pequeños y no existen contaminaciones con las paredes de la perforación. Esta es la razón de que en investigación minera se utilice este sistema, con pequeño diámetro, con el objeto de obtener muestras representativas. La capacidad de perforación en terrenos inestables es mayor en perforación a rotopercusión en circulación inversa. No obstante el precio de perforación a circulación directa es muy inferior, al disponerse de mayor número de equipos en el mercado. En

74

teoría el sistema de rotopercusión inversa presenta claras ventajas sobre la rotopercusión directa cuando aumenta el diámetro y la profundidad del sondeo.

5.7.4. Ventajas e inconvenientes del método

El sistema de rotopercusión tiene la gran ventaja de la rapidez de ejecución de las perforaciones y de ser el sistema que permite obtener una mayor información hidrogeológica durante la realización de los sondeos. Puesto que por este sistema se obtienen rendimientos que superan los 80 m/día se puede saber muy rápidamente si una determinada perforación es adecuada como captación hidrogeológica. En la práctica 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. Es decir la propia realización de la captación constituye una etapa más de la investigación hidrogeológica. Este método de perforación, junto con la percusión, es el sistema más adecuado para rocas duras. En el caso de calizas carstificadas la pérdida de aire por las cavidades puede ser un problema si el aire no arrastra el “detritus” y por tanto quedan depositados en el fondo de la perforación. El método de rotopercusión es el único recomendable para abastecimientos puntuales que se localicen en formaciones muy duras y con pocas posibilidades para la extracción de agua. Entre este tipo de formaciones se encuentran las rocas ígneas y las metamórficas, que son zonas desfavorables para la captación de aguas subterráneas. El inconveniente fundamental de utilizar la rotopercusión como método para realizar captaciones hidrogeológicas radica en el hecho de que este sistema tiene su funcionamiento óptimo en aquellas circunstancias que no son favorables desde el punto de vista hidrogeológico: Terrenos duros, consistentes, con poca presencia de agua. Otra limitación del sistema de rotopercusión es que este método 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 que presenta unas bajas posibilidades de estabilización de las paredes de la perforación. Incluso la utilización del aire como fluido de perforación agrava el problema de la inestabilidad de las paredes del sondeo al provocar su erosión, debido a su elevada velocidad de circulación. Además en terrenos sueltos la rotopercusión no es el sistema de perforación más adecuado debido a la baja efectividad del golpeo del martillo en terrenos blandos. Por otra parte las captaciones hidrogeológicas realizadas en estas formaciones requieren el acondicionamiento de empaques de grava que no pueden efectuarse con las limitaciones de diámetro del sistema de rotopercusión, al menos en circulación directa.

75

En el sistema de rotopercusión no se suele controlar la distribución de esfuerzos en la sarta de perforación como en el caso del sistema a rotación, garantizando el trabajo a tracción de una parte importante de la sarta, por lo que es muy frecuente tener problemas con la verticalidad del sondeo, especialmente en el caso de formaciones heterogéneas que presenten buzamientos. Las desviaciones que se produzcan en la perforación de una captación hidrogeológica pueden comprometer su posterior entubación y equipamiento electromecánico. La única forma de poder disminuir la desviación del sondeo es limitar la presión trasmitida en cabeza a la sarta de perforación, aún a costa de tener un menor rendimiento en la perforación. Finalmente cabe destacar que los equipos de perforación a rotopercusión tienen un coste económico elevado y los consumibles son muy altos.

5.8. SELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN

Una vez que se han caracterizado los sistemas de perforación que habitualmente se utilizan para captaciones hidrogeológicas, y se han establecido sus ventajas e inconvenientes, se pueden establecer los criterios de selección que con carácter general es preciso considerar para la elección del sistema de perforación más adecuado para efectuar una determinada captación hidrogeológica.

En el cuadro 4 se presentan estos criterios de selección que no tienen un carácter exhaustivo sino orientativo, pues son muchos los factores a considerar a la hora de realizar dicha selección. En este cuadro se observa que los parámetros que intervienen básicamente son litología (dureza, en función de la resistencia a compresión), profundidad y diámetro de perforación, de acuerdo con los criterios establecidos en el apartado 4.3.

Respecto a la clasificación de diámetros como “grande” o “pequeño” a que se refiere el cuadro, podemos fijar en unos 300 mm el diámetro límite entre ambos. Análogamente en lo referente a la longitud de la captación la barrera entre captación superficial y profunda la podemos establecer en unos 100 m.

Entre los sistemas de perforación que se recogen en el cuadro 4 no se ha incluido la perforación a rotación a circulación directa por ser un procedimiento que en rigor no debe ser aplicado en captaciones hidrogeológicas, por el empleo de lodos bentoníticos y otros aditivos.

A continuación se describen los distintos criterios a considerar para cada tipo de roca:

76

-

Rocas muy duras:

Podemos considerar como rocas muy duras aquellas cuya resistencia a compresión es superior a 2.000 Kp/cm2. Como ejemplo de estas rocas podemos citar las pizarras, cuarcitas, granitos, basaltos, etc. Además de su dureza estas rocas se caracterizan generalmente por su consistencia y por sus escasos aportes de agua a las captaciones, por lo que en principio es muy adecuado el empleo del sistema de rotopercusión. Teniendo en cuenta que en estos materiales, con casi nulas posibilidades hidrogeológicas, no tiene sentido realizar captaciones de gran diámetro o profundidad. Podemos concluir que el sistema más idóneo es el de rotopercusión a circulación directa, con carácter de investigación previa.

-

Rocas duras:

En este grupo incluiremos a las rocas que presentan una resistencia a compresión comprendida entre 800 y 2.000 Kp/cm2. Dentro de este grupo pueden incluirse las calizas y areniscas duras. Los sistemas de perforación aplicables son los de rotopercusión y percusión. Si el diámetro es pequeño la perforación se realizará a rotopercusión directa o inversa, puesto que en la técnica de percusión los trépanos que habitualmente utilizan los equipos disponibles en el mercado suelen ser de diámetros iguales o superiores a 400 mm. Si se trata de mayores diámetros en el caso de sondeos poco profundos se pueden utilizar básicamente tanto el método de percusión como de rotopercusión directa. También podría plantearse el empleo de la rotopercusión inversa, si bien el empleo de este sistema supone unos costes de puesta en obra que probablemente no sean asumibles para sondeos cortos en la mayoría de los casos. Si, tratándose de captaciones de diámetro grande, los sondeos son más profundos hay que pensar en la percusión, con el inconveniente de su lentitud lo que implica periodos de tiempo muy elevados para la ejecución de la captación. Otra alternativa es la rotopercusión inversa con gran diámetro cuya problemática corresponde a sus elevados costes y cierta incertidumbre en sus resultados al ser una práctica de empleo poco frecuente.

-

Rocas de dureza media:

En este grupo consideramos a las rocas que presentan una resistencia a compresión comprendida entre 200 y 800 Kp/cm2. Dentro de este grupo pueden incluirse las calizas y areniscas.

77

Para este grupo de rocas es aplicable lo expuesto en el apartado anterior (rocas duras) si bien se ha considerado también la posibilidad de utilizar la rotación a circulación inversa pero con muchas reservas, en función de la consistencia y dureza de la roca.

-

Rocas blandas:

En este grupo incluimos a las rocas que presentan una resistencia a compresión comprendida inferior a 200 Kp/cm2. Pueden considerarse en este conjunto las arenas, limos, arcillas y margas, entre otras.

Para realizar captaciones de gran diámetro, si son de poca profundidad, se construirán pozos abiertos (máximo unos 30 metros), o se realizarán sondeos de percusión o circulación inversa. Si la profundidad aumenta y se requiere un diámetro grande lo más adecuado es emplear la circulación inversa puesto que la percusión, aunque se puede utilizar, quizás no resulte competitiva desde el punto de vista económico.

En el caso de pequeños diámetros lo más adecuado es considerar la rotación a circulación inversa.

-

Rocas de diversa naturaleza y consistencia:

Cuando el sondeo atraviese distintas formaciones será preciso realizar un análisis global que permita una solución óptima, compatibilizando todos los criterios anteriores.

En muchos casos será necesario el empleo de sistemas de perforación mixtos, definiéndose un método de perforación hasta una determinada profundidad y continuándose el sondeo por otra técnica, en función de la litología.

Finalmente, una vez seleccionado el método de perforación más adecuado y considerando las características geométricas en cuanto a profundidad y diámetro del sondeo, se puede proceder a la estimación de las capacidades requeridas de los equipos de perforación y elementos auxiliares para, conjuntamente con otros criterios como el económico, proceder a seleccionar a la compañía de perforación más adecuada que lleve a cabo la ejecución de la captación.

78

Es de destacar que la última tendencia de los fabricantes de equipos de perforación para captaciones de agua subterránea es la de poner en el mercado equipos multisistema que disponen de compresores, varillaje liso, varillaje de doble pared, etc., de manera que puedan realizar perforaciones mixtas tanto a rotación a circulación inversa como a rotopercusión con un mismo equipo.

CUADRO 4 RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN PARA CAPTACIONES HIDROGEOLÓGICAS

DUREZA

MUY DURA Resistencia a compresión >2.000 Kp/cm2

CAPTACIÓN (pequeño <300 mm) SUPERFICIAL (<100 m)

LITOLOGÍA

DIÁMETRO

Ejemplos: Pizarras Cuarcitas Granitos Basaltos

Grande

Pequeño

Grande DURA

Ejemplos: Calizas duras

Resistencia a compresión entre 800-2.000 Kp/cm2

Areniscas duras Pequeño

MEDIA

Ejemplos: Calizas Areniscas

Grande

Resistencia a compresión entre 200-800 Kp/cm2

BLANDA

Resistencia a compresión menor que 200 Kp/cm2

Pequeño

Ejemplos Arenas Limos Margas Arcillas

Grande

Pequeño

CAPTACIÓN PROFUNDA

X

X

- Rotopercusión directa

X

- Percusión - Percusión - Rotopercusión - Rotopercusión inversa directa (inversa ?) - Rotopercusión - Rotopercusión directa directa (inversa ?) - Percusión - Percusión - Rotopercusión - Rotopercusión inversa directa - Rotación a (inversa?) c. inversa (?) - Rotación a c. inversa (?) - Rotopercusión - Rotopercusión directa directa (inversa ?) - Rotación a - Rotación a c. inversa (?) c. inversa (?) - Pozos abiertos (?) - Rotación a - Percusión (?) c. inversa - Rotación a - Percusión (?) c. inversa - Rotación a - Rotación a c. inversa c. inversa

79

6.

EJECUCIÓN DE SUBTERRÁNEAS

SONDEOS

DE

CAPTACIÓN

DE

AGUAS

6.1. INTRODUCCIÓN La ejecución de los pozos de captación de agua subterránea se efectúa de acuerdo con una serie de etapas que se van a describir a continuación: Preparación de accesos y emplazamiento del equipo, perforación, testificación geofísica, entubación, engravillado, desarrollo y limpieza y acabado final. Es fundamental realizar correctamente todas estas etapas con el fin de garantizar la calidad de la obra de captación. En el apartado 9 de esta comunicación se describe la sistemática que permite el aseguramiento de la calidad en estas obras. 6.2. PREPARACIÓN DE ACCESOS Y EMPLAZAMIENTO DEL EQUIPO

La primera fase en la ejecución del sondeo es la preparación del acceso de la máquina de perforación, así como del emplazamiento de la maquinaria.

Foto n.º 25.- Utilización de máquina retroexcavadora para la preparación de accesos y emplazamiento.

El carril de acceso de la máquina debe de ser de anchura adecuada, esto es de, al menos 1.5 veces la anchura de la máquina y con pendiente adecuada a las características mecánicas del vehículo portador de la sonda de perforación. La superficie del terreno debe estar completamente llana para verificar así que el mástil del equipo de perforación está colocado verticalmente, antes del comienzo de la perforación. De esta forma se evitan posibles accidentes, así como problemas con la

80

sarta de perforación y efectos de desvío de la trayectoria del sondeo durante la perforación

Foto n.º 26.- Explanación y allanado del punto de ubicación del sondeo. En las inmediaciones del sondeo es necesario habilitar una zona de descarga y acopio de materiales, que permita colocar de forma adecuada los distintos productos que se utilizan para la construcción del sondeo (tuberías, grava, cemento, impermeabilizantes, combustibles, aceites, etc...).

Foto n.º 27.- Descarga de materiales en la zona de acopio del sondeo.

81

Es necesario proteger la superficie del suelo mediante material impermeable y telas adsorbentes con el fin de evitar impactos sobre el medio que puedan ser debidos a derrames y vertidos.

Foto n.º 28.- Colocación en superficie de telas de material impermeable para evitar afecciones al terreno. Antes del comienzo dela perforación el recinto de trabajo debe ser convenientemente acotado y señalizado con el fin de evitar el accidentes, por acceso de personal ajeno a la obra.

Foto n.º 29.- Implantación del vallado perimetral.

82

Previamente al comienzo de la perforación es necesario preparar una balsa para recogida de detritus. Si el método a emplear es el rotación a circulación inversa es necesario también proceder al llenado de la misma con agua.

Foto n.º 30.- Construcción y llenado de la balsa de lodos.

6.3. PERFORACIÓN Una vez que el entorno de ubicación del sondeo está en condiciones adecuadas, se puede comenzar la perforación del sondeo. Durante la realización de la perforación se recogerán los detritus producidos, que serán analizados por el hidrogeólogo supervisor y que podrán establecer en cada momento la columna litológica del terreno atravesado.

Foto n.º 31.- Perforación de un sondeo por el sistema de rotopercusión.

83

Durante la fase de perforación también se llevará un riguroso control del detritus o lodo de la perforación y de los valores de los parámetros mecánicos de la perforación (peso, rotación, par, etc...), de manera que se puedan adoptar las correspondientes medidas correctoras en caso necesario.

Foto n.º 32.- Perforación de un sondeo por el sistema de rotación a circulación inversa.

6.4.

TESTIFICACIÓN GEOFÍSICA

6.4.1. Introducción La testificación geofísica es una herramienta básica e imprescindible para la ejecución de captaciones hidrogeológicas, puesto que, permite el diseño de la columna de entubación de los pozos y también verificar la calidad constructiva referente a la verticalidad de la perforación. Con relación al diseño de la columna de entubación, como se ha indicado en el apartado anterior, los sistemas constructivos de los pozos de agua son métodos destructivos en cuanto al terreno atravesado, por lo que es preciso una toma continua del “detritus” de perforación para su caracterización. Esta operación debe ser realizada por el hidrogeólogo en campo y habitualmente se toman muestras cada metro de perforación. Para una correcta definición de la columna de entubación, los datos geológicos deben ser contrastados con la testificación geofísica para completar la información. En concreto, de cara a la definición de la entubación, la testificación geofísica permite: -

Corregir los efectos de decalaje y de contaminación de las muestras de “detritus” de perforación que se producen en su ascenso por el pozo desde el arranque con el útil cortante.

-

Obtener un registro continuo de la pared del sondeo.

84

-

Disponer de información que corresponde también a un dominio lateral del terreno adyacente a la perforación.

-

Obtener datos no sólo geológicos sino también hidrogeológicos y de calidad del agua subterránea.

Foto n.º 33.- Equipo de testificación geofísica.

Los datos relativos a la verticalidad de la perforación permiten comprobar que la desviación se encuentra dentro de los límites admisibles para la posterior entubación y equipamiento electromecánico del pozo. Habitualmente estos límites se suelen establecer en un desvío de 2 veces el diámetro interior de la entubación en cada 100 m de profundidad. Este límite suele corresponder en la práctica a una desviación del 1%, respecto de la vertical. La testificación geofísica se realiza una vez finalizada la perforación del sondeo y antes de proceder a la entubación del mismo. La testificación se debe efectuar lo antes posible para no poner en peligro el sondeo por paradas en el mismo, que puedan afectar a su estabilidad. Una vez obtenidos los distintos registros se procede en obra a su análisis e interpretación, conjuntamente con los registros geológicos, y se define el diseño de la entubación, con la determinación de los tramos filtrantes del revestimiento del sondeo. 6.4.2. Parámetros geofísicos registrados Los parámetros geofísicos que habitualmente se recogen en la testificación de un pozo para captación de agua subterránea se pueden clasificar, acorde con sus objetivos, en los siguientes grupos:

85

-

Litología y diseño de la entubación metálica: Gamma natural, potencial espontáneo y resistividad.

-

Calidad del agua subterránea y modelo hidrogeológico: Conductividad y temperatura del fluido (también potencial espontáneo).

-

Control de la ejecución de la perforación: Registro de la trayectoria de un sondeo.

En la siguiente figura n.º 16 se recogen los registros geofísicos de un pozo que corresponden a los parámetros correspondientes a la litología y el diseño de la columna de entubación.

En los registros geofísicos estos parámetros vienen representados en función de la profundidad del pozo. Para el análisis de estos registros de entubación se compararán los resultados geofísicos obtenidos con los del control geológico del pozo, sobre la base de la observación del “detritus” de perforación obtenido.

Es frecuente observar ciertas diferencias entre los datos geofísicos y geológicos.

Por lo tanto una vez finalizada la testificación se procede de forma inmediata, a pie de sonda, al estudio de los datos obtenidos conjuntamente con el hidrogeólogo de campo de la Dirección Técnica y el contratista de la obra de perforación, de manera que se pueda optimizar, desde un punto de vista técnico y económico, la definición de la columna de entubación.

Los registros de conductividad y temperatura del fluido vienen dados, como en el caso anterior, en función de la profundidad de perforación.

Con el fin de que los registros de conductividad sean comparables con otros registros de conductividad de otros sondeos y con registros de conductividad de ese mismo pozo pero obtenidos en otras épocas, es necesario que se recalculen sus datos para una temperatura de fluido de 25 ºC.

86

Figura n.º 16.- Registro de testificación de un pozo. La verticalidad y acimut de la trayectoria del sondeo se presenta en proyección estereográfica, como se recoge en la siguiente figura n.º 17. Se obtiene también cuantificada la desviación de la perforación respecto de la profundidad.

Figura n.º 17.- Trayectoria de la perforación de un pozo.

87

6.4.3. Resultados obtenidos

Todos los resultados obtenidos en la testificación geofísica contribuyen a garantizar la calidad en la realización de los pozos y por lo tanto esta técnica debe ser empleada sistemáticamente durante la realización de este tipo de obras. En primer lugar el diseño de la entubación permite garantizar el empleo de recursos económicos de la manera más racional posible puesto que los tramos filtrantes, que son notablemente más caros que los de tubería ciega, sólo se colocarán en aquellos tramos de la columna del sondeo en los que la geofísica haya puesto de manifiesto su productividad y en los que no existan problemas de calidad química. Análogamente se podrá garantizar que no se quedan tramos productivos sin entubación filtrante, garantizando así el máximo rendimiento y producción de la obra. El conocimiento de la desviación del sondeo y su cuantificación en función de la profundidad además de permitir conocer si la calidad de la obra se ajusta a las especificaciones contractuales nos suministra información relativa a la problemática que se pudiera presentar a la hora de proceder a la entubación y el equipamiento electromecánico del pozo y, en su caso tomar las medidas correctoras oportunas. La información obtenida referente a litología, conductividad y temperatura a lo largo de la profundidad de la obra proporcionan datos muy valiosos para el conocimiento del funcionamiento hidrogeológico del acuífero explotado (niveles acuíferos, zonas de circulación, gradientes geotérmicos, etc.) que permiten establecer estrategias en la gestión de los recursos hídricos subterráneos a nivel global y pautas de diseño de nuevas obras de captación en la zona.

6.5.

ENTUBACIÓN

6.5.1. Introducción

Una vez terminada la fase de perforación, o incluso durante la propia perforación, es preciso proceder a su entubación para impedir que se produzcan efectos negativos por desprendimientos y derrumbes del terreno. También a veces durante la perforación del sondeo se utilizan tuberías para evitar la pérdida de fluido de perforación. Las tuberías que se emplean durante la perforación se denominan auxiliares y se extraen a la finalización del sondeo.

Existen terrenos con gran estabilidad en los cuales no es necesario realizar entubaciones durante la perforación y en los que tampoco sería preciso efectuar entubación definitiva si no se instalaran equipos de bombeo. Sin embargo y a diferencia de otras perforaciones, en el caso de los pozos se instalará una bomba y otros elementos electromecánicos para la extracción de agua, lo que dará lugar a circulación hidráulica

88

en el subsuelo que producirá una mayor inestabilidad de los terrenos. Si los pozos de agua no se entubarán, al menos en la zona comprendida desde la superficie hasta donde se instale la cámara de bombeo, la circulación de agua podría producir desprendimientos y derrumbes que afectarían al equipamiento electromecánico, poniendo en peligro la inversión realizada en la obra.

Además existen también unas razones preventivas de higiene que hacen necesario realizar entubaciones de emboquille con tubería ciega cementada para evitar contaminaciones en el pozo por entrada de aguas más superficiales, en general de peor calidad.

El tipo de material que habitualmente se utiliza para la entubación definitiva de un pozo de agua suele ser el acero al carbono (foto n.º 34), el acero inoxidable y el PVC-U roscado, según figure en proyecto. Basándose en los datos obtenidos en el control geológico y geofísico, en la columna definitiva se sitúan unos tramos filtrantes en la zona correspondiente a los niveles acuíferos detectados.

Foto n.º 34.- Acopio de tubería metálica en las inmediaciones de un pozo.

En el caso de la tubería auxiliar, que es la que se utiliza durante la perforación del pozo y que se extrae una vez efectuada la entubación definitiva, el material empleado es el acero al carbono. 6.5.2. Entubación de emboquille Como se puede observar en las figuras n.os 4 y 16, en los pozos de agua se realiza una entubación de emboquille, con un diámetro superior al resto de la perforación. Este emboquille se entuba con tubería ciega y posteriormente se cementa.

89

La primera función que cumple el emboquille en un pozo es estabilizar la zona superior del terreno, que suele estar suelta y es muy inestable, para permitir la perforación posterior del pozo. Además esta tubería cementada permitirá servir como sello aislante frente a contaminaciones superficiales durante el posterior funcionamiento del pozo. Finalmente otra función que cumple la tubería de emboquille es servir de soporte, mediante los elementos de sujeción adecuados de la tubería definitiva que en muchas ocasiones, para evitar efectos de pandeo, se coloca suspendida sin apoyar en el fondo del pozo.

La longitud de la tubería de emboquille suele variar entre 10-30 metros, en función de las condiciones específicas de cada pozo.

Habitualmente el espacio anular entre la perforación y la tubería de emboquille se rellena con lechada de cemento con una densidad de 1,7 gr/cc, lo que corresponde a una dosificación de unos 30 litros de agua por cada 50 kilogramos de cemento (foto n.º 35).

Foto n.º 35.- Cementación de la tubería de emboquille.

90

Posteriormente la tubería definitiva también se cementa en el mismo tramo que la tubería de emboquille. En caso de presentarse tramos que pudieran tener efectos negativos sobre el agua captada se procede a su cementación en la tubería definitiva. Si existe presencia de yesos o anhidritas en las zonas a cementar será preciso el empleo de cementos resistentes del tipo “SR” (sulforesistentes).

6.5.3. Operaciones de entubación

Selección de la tubería a emplear El programa de las operaciones de entubación viene establecido inicialmente por las características recogidas en el proyecto constructivo. En primer lugar hay que definir el tipo de tubería a emplear. En general la tubería que se utiliza es la de acero al carbono. Para pozos de aguas minerales o cuyas aguas captadas sean destinadas a procesos de la industria alimentaria se utiliza la tubería de acero inoxidable, puesto que además de la potabilidad del agua se puede garantizar también la constancia de las características físico-químicas del agua captada. La tubería de PVC-U se emplea para entubación en ambientes agresivos como pueden ser los salinos cuando se captan aguas salobres. El diámetro interior de la tubería debe ser de unos 100 mm superior al de la bomba a instalar en el pozo (ver apartado 3.2.2.). Respecto del espesor de la tubería, recordando el concepto de presión de rotura (Pr) en una tubería de material homogéneo como aquella presión hidráulica interior que produce una tracción circunferencial en el tubo igual a la tensión nominal de rotura a tracción (σr ), del material de que esta fabricado, y viene definida por: 2e Pr = -------- σr (3) D Donde : Pr = Presión de rotura, en Kp/cm 2 . e = Espesor de la tubería, en mm. D = Diámetro de la tubería, en mm. σr = Tensión nominal de rotura a tracción, en Kp/cm 2 . En un análisis previo la expresión (3), que es directamente aplicable al caso de la tubería de impulsión que se instale, podría extrapolarse a la tubería de revestimiento teniendo en cuenta de que se trataría de presiones en lugar de tracciones. Estas presiones son debidas a la acción del peso de los terrenos y la diferencia de contrapresión del agua durante el bombeo. Este efecto es creciente, en general, conforme aumenta la profundidad del pozo.

91

Por lo tanto, acorde con (3), para un determinado tipo de material (σr ), será preciso incrementar el espesor de la tubería conforme aumente la profundidad del pozo y el diámetro de la entubación. En el siguiente cuadro 5 se recogen, a título orientativo, los espesores mínimos recomendables para chapa de acero, para profundidades menores de 200 m. CUADRO 5 ESPESORES MÍNIMOS RECOMENDABLES PARA ENTUBACIONES DE POZOS CON CHAPA DE ACERO AL CARBONO (Profundidades menores de 200 m). Diámetro interior (mm) Hasta 350 De 350-500 Más de 500

Espesor de pared (mm) 5 6 7-8

Para profundidades superiores a las indicadas en el cuadro 5 se toma el espesor de chapa inmediatamente superior. Sobre la base de los datos obtenidos en el control geológico de los “detritus” en la perforación, y de los registros geofísicos del pozo se pueden establecer los niveles acuíferos donde deberán situarse los tramos filtrantes en la columna de entubación. Los tipos de tubería filtrante que se utilizan habitualmente son los de filtro de puentecillo (foto n.º 36), para acuíferos detríticos y las de tubo ranurado para acuíferos consistentes, con porosidad secundaria como pueden ser los acuíferos calcáreos y aquellos que corresponden a pozos realizados en terrenos metamórficos e ígneos. Otro tipo de filtros, que son menos utilizados son los de tipo Johnson y los de persiana. El diseño de las aberturas de los filtros de puentecillo está relacionado con la granulometría de la grava a emplear de tal manera que se pueda combinar, de forma óptima impidiendo la entrada de arenas al pozo y al mismo tiempo la menor pérdida de carga posible. Para ello se utiliza la siguiente expresión que relaciona la granulometría de la grava del empaque y la abertura del filtro de puentecillo: 2 df ≤ dg ≤ 4 df (4). Donde: df = Abertura de los filtros de la tubería. dg = Diámetro de la grava del empaque. Es decir la granulometría de la grava a emplear en el empaque debe estar comprendida entre 2 y 4 veces la abertura del filtro a utilizar en el tramo filtrante. Por ejemplo si la grava a utilizar en el empaque está comprendida entre 3 y 6 mm la dimensión óptima del filtro de puentecillo será de 1,5 mm.

92

Foto n.º 36.- Tubería filtrante de puentecillo.

Colocación de la tubería en el pozo

La introducción de la tubería en el pozo debe hacerse con el cabrestante de la máquina o con una grúa auxiliar (foto n.º 37), suspendiendo la tubería mediante abrazadera o collar, evitando la perforación de la chapa de la tubería, lo que debilitaría la misma. A tal fin se dispone en la tubería de unos anillos soldados, tal y como puede observarse en la foto n.º 36. La tubería de revestimiento del pozo debe estar en perfecto estado y no presentar ningún tipo de defectos tales como rebabas, abolladuras, ni señales de corrosión. Una vez definida la columna de entubación se procede a la numeración de cada tramo, comenzando desde el fondo del pozo con pintura en el interior y exterior de cada tubo, para realizar el control de la entubación Con el fin de evitar el debilitamiento mecánico de la columna no se debe de colocar más de tres tramos seguidos de tubería filtrante. Los tramos de tubería ciega serán soldados helicoidalmente, lo que presenta unas mayores características de resistencia. En muchas ocasiones la tubería de revestimiento queda suspendida desde la superficie para evitar efectos de pandeo en la columna, hormigonándose el anular entre está tubería y la de emboquille.

93

Foto n.º 37.- Operaciones de entubación con el empleo de grúa auxiliar de gran tonelaje.

6.6.

ENGRAVILLADO

6.6.1. Introducción Cuando se perfora un sondeo de explotación en un acuífero detrítico, después de la entubación del mismo, es necesario proceder al relleno de grava del espacio anular que queda entre el diámetro de perforación del pozo y el diámetro exterior de la entubación (foto n.º 38). La dimensión de la grava a utilizar viene determinada por la granulometría del acuífero interceptado. En los acuíferos con porosidad secundaria no es imprescindible el engravillado, aunque también se realiza en algunas ocasiones.

94

Foto n.º 38.- Acopio de grava en las inmediaciones de un pozo.

Las funciones fundamentales del macizo de grava son: -

Estabilizar el terreno. Evitar el bombeo de arenas. Aumentar la permeabilidad en el entorno de las rejillas.

La grava que se utiliza para el empaque debe ser de naturaleza silícea con clastos subredondeados, con la granulometría que se determine y coeficiente de uniformidad (Cu = d60/d10) inferior a 2,5. Las operaciones de engravillado tienen que ser controladas de forma continua y una vez comenzadas no deben interrumpirse hasta su finalización (foto n.º 39). El control realizado debe asegurar que en ningún momento queden en el espacio anular paredtubería huecos sin rellenar de grava lo que puede dar lugar posteriormente a asientos bruscos de grava con peligro de colapso de la tubería.

Foto n.º 39.- Operaciones de engravillado de un pozo.

95

Hay que evitar que se produzcan asentamientos bruscos o “golpes de grava”, tanto durante las propias operaciones de engravillado como en el ensayo de bombeo posterior.

6.6.2. Diseño del engravillado

Para definir las características de la grava a utilizar en el empaque de gravas es necesario hacer un análisis granulométrico a partir de distintas muestras del acuífero atravesado obtenidas durante la perforación del pozo. Cada una de estas muestras se recoge en una bolsa de plástico y se envía a un laboratorio homologado (foto n.º 40).

Foto n.º 40.- Muestras de terreno para análisis granulométrico. Una vez obtenido el análisis granulométrico existen varios procedimientos para la elección de la grava. Todos ellos tienen su base en pruebas experimentales llevadas a cabo por diferentes firmas comerciales de filtros y otros organismos, no existiendo diferencias sustanciales entre los resultados que se obtienen utilizando la mayor parte de los métodos. Un criterio ampliamente utilizado que resulta de sencilla aplicación, y con el que se obtienen buenos resultados, consiste en que una vez efectuado el análisis granulométrico de los terrenos muestreados y dibujada la curva granulométrica se separa el 10 % del material más fino (d10) y el 30 % más grueso (d70). Se determina de esta forma el diámetro medio del 60 % restante, resultando que la composición del macizo de grava vendría determinado por los siguientes límites: -

Límite superior: Seis veces el diámetro medio del 60 % anteriormente definido. Límite inferior: Tres veces el diámetro medio del citado 60 %.

Con este criterio se consigue eliminar en el posterior desarrollo un porcentaje elevado de finos, aumentando la permeabilidad, y se retienen suficientemente los elementos de mayor granulometría. Posteriormente los tamaños calculados se ajustarán a los disponibles comercialmente.

96

En la siguiente figura se muestra un ejemplo del proceso comentado de selección del tamaño de grava. A partir de la curva granulométrica se determinan los valores d10=0.40 mm y d70=1.8 mm. Por lo tanto el valor medio del 60 % restante es de 1,1 mm. Con lo que los límites teóricos de la grava corresponden a 3,3 y 6,6 mm respectivamente y los tamaños comerciales más adecuados serían de 3 y 7 mm respectivamente.

% QUE PASA

Figura n.º 18.- Selección del tamaño de la grava de un macizo filtrante.

6.7. LIMPIEZA Y DESARROLLO

6.7.1. Introducción Una vez que el pozo está engravillado es preciso limpiarlo y desarrollarlo, con el fin de obtener el mayor caudal especifico posible, lo que se traduce en la práctica en obtener la mayor rentabilidad de la inversión realizada.

97

Inicialmente en la operación de limpieza (foto n.º 41), se consigue extraer del propio pozo todos los restos de los lodos de perforación, así como de los “detritus” producidos durante la propia perforación. La forma más utilizada para la limpieza es la de inyección de agua limpia en el interior del pozo mediante un varillaje introducido en el mismo. A través de este varillaje se inyecta agua hasta que se observa que el agua de retorno está suficientemente limpia. Cuando se perfora con compresor la circulación de agua se realiza mediante la inyección de aire comprimido. En algunas ocasiones para la limpieza se añaden agentes dispersantes, como los polifosfatos que favorecen la extracción de las arcillas.

Foto n.º 41.- Limpieza de un pozo mediante bombeo con aire comprimido. Las operaciones de desarrollo tienen como objetivo acondicionar el propio acuífero en un entorno del pozo para obtener la mayor productividad en cuanto a los caudales de agua bombeados, disminuyendo las pérdidas de carga y aumentando por tanto los rendimientos específicos en l/s/m, y la vida útil de la obra. En la práctica las operaciones de limpieza y desarrollo se realizan en muchas ocasiones de manera conjunta. Las operaciones de desarrollo se fundamentan en la mejora de la permeabilidad en las proximidades de la captación y por lo tanto persiguen básicamente, además de la extracción de los lodos que hayan podido introducirse en la perforación, la eliminación adecuada de finos del acuífero en el caso de terrenos detríticos con porosidad primaria y en el aumento de los huecos y fisuras, en el caso de los acuíferos con porosidad secundaria.

98

6.7.2. Métodos de desarrollo Los métodos de desarrollo se pueden clasificar en: -

Mecánicos: - Sobrebombeo. - Bombeo con aire comprimido. - Pistoneo. - Sistema de pozo cerrado. - Chorro de agua a alta presión.

-

Químicos: - Acidificación.

-

Otros: - Explosivos. - Nieve carbónica.

6.7.2.1.Métodos mecánicos Los métodos de desarrollo mecánicos se aplican fundamentalmente en terrenos detríticos en los que se ha colocado un empaque de grava. Para que estos desarrollos sean efectivos se debe cumplir que existan las relaciones que se han descrito anteriormente entre la granulometría del acuífero, la granulometría del empaque de grava y el tamaño de abertura del filtro de puentecillo. Lo que se persigue en todos los casos es extraer los restos de lodo que hayan podido penetrar en la formación durante la perforación, pero sobre todo actuar sobre el propio acuífero en un entorno del pozo extrayendo los materiales más finos de la formación. En todos los casos lo que se realiza es un movimiento de agua para el arrastre de finos con velocidades de circulación, y por tanto caudales, superiores a los que se utilizarán durante la explotación del pozo. Con el fin de que durante las operaciones de desarrollo no se produzcan puentes de grava, que como en el caso de las operaciones de engravillado, pudieran producir asientos posteriores de la grava con peligro de colapso de la tubería, es preciso alternar el movimiento de circulación del agua periódicamente. En cualquier caso en los periodos de extracción los movimientos deben ser de mayor velocidad para que la componente resultante de circulación del agua para la extracción de finos sea hacia el pozo. A continuación se describen los procedimientos de desarrollo mecánico que se utilizan con mayor frecuencia. En algunas ocasiones estas operaciones de desarrollo se realizan sobre tramos seleccionados del acuífero que se aíslan entre sí mediante el empleo de obturadores o “packers”.

99

Sobrebombeo: Este procedimiento, con el empleo de bomba, consiste en alternar las operaciones de bombeo de agua y parada, con el fin de provocar los efectos descritos en el apartado anterior (foto n.º 42).

Foto n.º 42.- Desarrollo de un pozo mediante sobrebombeo. Esta operación suele realizarse en las primeras etapas de la fase del ensayo de bombeo de un pozo. El inconveniente más grande es que se produce un gran desgaste de los equipos de bombeo por arrastre de partículas. Bombeo con aire comprimido: El fundamento de este sistema es similar al del sobrebombeo pero utilizando aire comprimido para la extracción del agua subterránea, de manera análoga a la limpieza que se indica en la foto n.º 41. En la siguiente figura se indica el dispositivo que se emplea para el bombeo de agua subterránea con aire comprimido donde existen dos conductos en cabeza, uno para la inyección del aire comprimido y otro para la extracción del agua bombeada.

100

Figura n.º 19.- Dispositivo empleado para el bombeo con aire comprimido. (Fuente: Procedimientos de sondeos). Pistoneo: Para la realización del desarrollo mediante pistoneo se utiliza una máquina de percusión como la que se recoge en la figura n.º 18 de esta comunicación. Para realizar el desarrollo se sustituye el trépano por un cilindro formado por una serie de discos. El movimiento transmitido por el cable al pistón da lugar a un movimiento alternativo del émbolo que a su vez se traduce en un flujo de agua de sentido alternante pozo-acuífero, que permite la extracción del material más fino del acuífero. Obviamente los finos extraídos quedan en el pozo por lo que es necesario proceder a la limpieza, una vez finalizadas las operaciones de pistoneo. Sistema de pozo cerrado: Este desarrollo se efectúa con aire comprimido y su funcionamiento conceptual es similar al del pistoneo, con la ventaja de que el aire permite realizar también la limpieza final del pozo. En este método es el propio aire inyectado con un compresor de alta presión el que realiza la función del émbolo del caso anterior. Para ello se dispone de un dispositivo semejante al indicado en la figura n.º 19, con la diferencia de que en este caso los dos conductos son de entrada de aire.