manual técnico para la ejecución de pozos

Manual tcnicopara la ejecucinde pozos

Manual tcnicopara la ejecucin

de pozos

Mayo, 2012

1. Edicin: Mayo de 2012

Promotores: El Manual Tcnico de Ejecucin de Pozos ha sido promovido por la Direccin

General de Industria del Gobierno de Canarias en colaboracin con la empresa Interra, Ingeniera y Recursos S.L.U.

Direccin: ngel Morales Gonzlez-Moro (Ingeniero de Minas).

coorDinacin: Germn Hernndez Durn (Ingeniero de Minas).

autores: Israel Hernndez Rodrguez (Licenciado en Ciencias Geolgicas). Susana M Timn Snchez (Doctora en Ciencias Geolgicas). Eva Mara Arroyo Anll (Doctora en Neuropsicologa). Alberto Castao Torres (Licenciado en Derecho e Ingeniero Informtico). Rafael Juan Lario Bscones (Ingeniero de Minas).

colaboracin (Edicin): Mythagos (www.mythagos.com).

imPresin y encuaDernacin: Trafotex Fotocomposicin, S. L. (www.trafotex.com).

Depsito legal: TF. 542-2012

ndice Presentacin ................................................................................................. 7Prlogo ......................................................................................................... 9

Conceptos Generales .................................................................................. 111. introDuccin ........................................................................................ 13

1.1. Modelo hidrogeolgico de una isla volcnica ............................... 131.1.1. Naturaleza geolgica del subsuelo ................................... 131.1.2. Comportamiento hidrogeolgico de la zona saturada .... 13

1.2. Breves nociones de hidrogeologa. ................................................. 161.2.1. Acuferos, definiciones y conceptos ................................. 161.2.2. Flujo de agua en un pozo .................................................. 181.2.3. Funcionamiento de los acuferos costeros ....................... 19

1.3. Obras de captacin de agua subterrnea. Tipos de captaciones ...... 221.3.1. Tipos de captaciones .......................................................... 221.3.2. Las captaciones de agua subterrnea de Canarias ........... 24

2. los Pozos De caPtacin De aguas ....................................................... 252.1. Pozos tradicionales canarios. ......................................................... 25

2.1.1. Descripcin general y caractersticas ................................ 252.1.2. Perforacin de pozos ......................................................... 262.1.3. Instalaciones en un pozo tradicional canario .................. 27

2.2. Pozos sondeo. .................................................................................. 302.2.1. Descripcin general y tipologas de sondeos. .................. 302.2.2. Instalaciones de un sondeo de captacin de aguas .......... 32

Detalles Tcnicos ......................................................................................... 331. Perforacin De Pozos .......................................................................... 35

1.1. Perforacin mecnica. Sondeos ...................................................... 351.1.1. Tipos de sondeos para captacin de aguas ....................... 351.1.2. Sondeos a percusin por cable .......................................... 391.1.3. Ventajas y limitaciones generales de la perforacin a per-

cusin .................................................................................. 451.1.4. Terminacin de sondeos .................................................... 451.1.5. Medidas de seguridad ........................................................ 53

1.2. Excavacin de pozos mediante perforacin y voladura .............. 591.2.1. Mtodos para la excavacin de pozos con explosivos .... 601.2.2. Equipos de perforacin en pozos ..................................... 601.2.3. Explosivos y accesorios ..................................................... 631.2.4. Diseo de voladuras ........................................................... 731.2.5. Desescombro ...................................................................... 811.2.6. Sostenimiento o fortificacin ............................................ 821.2.7. Medidas de seguridad ........................................................ 83

2. instalaciones auxiliares ..................................................................... 872.1. Ventilacin ...................................................................................... 87

2.1.1. Aspectos normativos ......................................................... 882.1.2. Esquemas de ventilacin. Criterios de seleccin ............. 892.1.3. Clculo del caudal de aire necesario ................................. 912.1.4. Ventiladores ........................................................................ 932.1.5. Tuberas de ventilacin ...................................................... 942.1.6. Clculo de la instalacin .................................................... 962.1.7. Aspectos muy importantes en la instalacin de ventila-

cin ...................................................................................... 982.1.8. Medidas de seguridad ........................................................ 100

2.2. Aire comprimido ............................................................................. 1002.2.1. Compresores ...................................................................... 1002.2.2. La instalacin de aire comprimido ................................... 1042.2.3. Medidas de seguridad ........................................................ 106

2.3. Instalacin elctrica ..................................................................................................... 1082.3.1. Potencia elctrica necesaria ............................................................................ 1092.3.2. Suministro en alta tensin .............................................................................. 1092.3.3. Suministro en baja tensin ............................................................................. 1112.3.4. Cuadro elctrico de mando y proteccin...................................................... 1122.3.5. Acometida al motor ........................................................................................ 1142.3.6. Medidas de seguridad ..................................................................................... 114

2.4. Equipos de bombeo ..................................................................................................... 1172.4.1. Tipos de bombas empleadas para la elevacin del agua ............................... 1172.4.2. Conceptos bsicos de hidrulica de bombas ................................................ 1182.4.3. Bombas centrfugas ......................................................................................... 1202.4.4. Seleccin del grupo motobomba sumergible ................................................ 1232.4.5. Curvas caractersticas de electrobombas sumergibles ................................. 1252.4.6. Curva caracterstica de la tubera de impulsin ............................................ 1262.4.7. Funcionamiento de bombas en serie o en paralelo sobre una misma tubera . 1262.4.8. Adaptacin de una bomba a las condiciones de servicio ............................. 1272.4.9. Tuberas de impulsin ..................................................................................... 128

2.4.10. Cabezal del pozo-sondeo ............................................................................... 1292.4.11. Recomendaciones ............................................................................................ 130

2.5. Instalacin de extraccin ............................................................................................ 1312.5.1. Cabrestantes .................................................................................................... 1332.5.2. Prtico .............................................................................................................. 1342.5.3. Jaulas, cubas y plataformas ............................................................................. 1362.5.4. Cables y dispositivos de amarre y suspensin .............................................. 1362.5.5. Medidas de seguridad ..................................................................................... 142

Aspectos generales de seguridad ............................................................................................ 1451. Atmsfera de la obra subterrnea ...................................................................................... 147

1.1. Composicin del aire atmosfrico ............................................................................. 1471.2. Modificacin de las condiciones atmosfricas .......................................................... 1471.3. Valores lmite en las labores mineras ......................................................................... 151

2. Equipos de deteccin de gases ............................................................................................. 1532.1. Sistemas de deteccin .................................................................................................. 1532.2. Equipos de deteccin de gases ................................................................................... 157

3. Equipos de respiracin autnomos ..................................................................................... 1583.1. Autorrescatadores ....................................................................................................... 158

4. Medidas bsicas de seguridad ............................................................................................. 1604.1. Los EPI ........................................................................................................................ 1604.2. Protecciones colectivas ............................................................................................... 1624.3. Medidas de seguridad contra el fuego ....................................................................... 1644.4. Sustancias txicas y gases ........................................................................................... 164

5. Proteccin sanitaria de las obras de captacin ................................................................... 1656. Abandono y sellado de pozos .............................................................................................. 1667. El decreto 232/2008, de 25 de noviembre .......................................................................... 176

Anexos ....................................................................................................................................... 1811. normativa bsica ............................................................................................................... 183

1.1. Minera .......................................................................................................................... 1831.2. Aguas ............................................................................................................................ 1841.3. Otra normativa ........................................................................................................... 184

2. referencias ......................................................................................................................... 1852.1. Bibliografa .................................................................................................................. 1852.2. Pginas web de inters ................................................................................................ 186

2.2.1. Organismos y entidades oficiales .................................................................. 1862.2.2. Otras webs ....................................................................................................... 186

3. agraDecimientos ................................................................................................................ 1874. glosario .............................................................................................................................. 189

Presentacin

La escasez de recursos hdricos superficiales en Ca-narias ha obligado a nuestros habitantes a tener que obtenerla del subsuelo, para poder abastecer la deman-da agrcola y la creciente demanda turstica y pobla-cional. Gracias al ingenio y sacrificio de muchas per-sonas se ha conseguido obtener un recurso vital para el bienestar de esta sociedad, que de otra forma hubiese visto limitado su progreso. Las obras de captacin de aguas subterrneas, pozos y galeras, han tenido tal de-sarrollo en las islas que es difcil encontrar una zona de nuestro territorio donde no estn presentes estas infraestructuras.

La Direccin General de Industria tiene como uno de sus objetivos bsicos en materia de minas, contri-buir a un mayor conocimiento por parte de empresa-rios, tcnicos y trabajadores de las recomendaciones y actuaciones dirigidas a la prevencin de riesgos labora-les en las obras de captacin de aguas subterrneas. Por ese motivo se ha considerado de gran inters elaborar y editar este Manual Tcnico de Ejecucin de Pozos, como actuacin dentro del Plan de Seguridad Minera desarrollado en el mbito de la Comunidad Autnoma de Canarias.

No queremos dejar pasar por alto que, con la en-trada en vigor del Decreto 232/2008, de 25 de noviem-bre, por el que se regula la seguridad de las personas en las obras e instalaciones hidrulicas subterrneas de Canarias; se complementa el marco normativo actual en materia de seguridad minera, establecindose las condiciones y requerimientos bsicos para garantizar la seguridad de las personas que acceden a estas insta-laciones. Uno de los objetivos del Decreto es poner fin a situaciones de inseguridad que se producen cuando las estructuras son abandonadas en condiciones inade-cuadas, y quedan sin vigilancia y al alcance de perso-nas que realizan actividades al aire libre y en la natura-leza. En este manual se exponen de forma extensa las variaciones que sufre la atmsfera de una obra subte-rrnea por causas naturales, relacionadas o no con la actividad volcnica, y el indudable riesgo que supone el acceso a estas instalaciones sin la adecuada forma-cin y equipamiento.

La Direccin General de Industria quiere contribuir con esta publicacin a la difusin de las peculiaridades

de los sistemas de captacin de agua subterrnea de nuestras islas y su modo de ejecucin, aportando valiosa informacin sobre aspectos que ataen a la seguridad, con la conviccin de que cuanto mayor es el conocimiento sobre las labores llevadas a cabo en una actividad, ms fcil es disminuir el riesgo que supone su desempeo. Por ello nos complace presen-tarles este Manual, que puede guiar a los profesionales del sector proporcionando una visin de conjunto de las labores de ejecucin de nuestras obras de captacin.

Juan antonio len robainaDirector General de Industria, Gobierno de Canarias

Prlogo

El agua es un elemento imprescindible para la vida y la base para el nacimiento y desarrollo de cualquier civilizacin. El nivel de desarrollo de nuestro archipilago sera impensable sin el buen oficio de las personas de la industria del agua, que han sido capaces de extraer este tesoro del interior de nuestras islas, a costa en algunos casos, incluso de su propia vida o salud.

La captacin mediante pozos es el mtodo de captacin ms extendido en todo el mundo para el aprovechamiento de las aguas subterrneas. No obstante, la singularidad geolgica de nuestro archipilago hace que este sistema de captacin se haya tenido que adaptar a estas circunstancias, con dimetros, profundidades y combinaciones con otros sistemas de captacin, que justifican su denominacin de pozos canarios. Aun as, como cada vez ms se utilizan mtodos de perforacin con la tcnica de sondeos, tambin se ha contemplado en el contenido del manual este sistema de perforacin.

El presente Manual Tcnico de Ejecucin de Pozos tiene un doble objetivo, proporcionar a los usuarios una visin general de las tcnicas e instalaciones de captacin de aguas subterrneas de Canarias y ofrecer una serie de detalles tcnicos, cuyo conocimiento se considera imprescindible para la correcta ejecucin de estas obras. El manual no pretende ofrecer nada nuevo, sino que ms bien adapta y aprovecha contenidos dispersos en otras publicaciones tcnicas, para elaborar un gua de uso eminentemente prctico.

El contenido y la estructura del manual se adapta a los dos objetivos propuestos, dividindose en una primera parte de Conceptos Generales, destinada al pblico interesado en conocer aspectos de nuestros sistemas de captacin de aguas y una segunda parte de Detalles Tcnicos, destinada a los profesionales del sector.

Los aspectos especficos de seguridad se abordan desde cada uno de los captulos dedicados a la ejecucin e instalaciones, contemplndose un bloque exclusivo de Aspectos Generales de Seguridad. Por su novedad, ste manual dedica un apartado a explicar los cambios que establece el Decreto 232/2008 de 25

de noviembre y sus ITC de desarrollo; haciendo especial hincapi en las novedades en cuanto a la sealizacin exterior y control de accesos, responsabilidades del titular de la explotacin y la creacin de la figura del Encargado de Seguridad.

Queremos agradecer la colaboracin de las entidades y organismos que han cedido desinteresadamente sus conocimientos y experiencia para la elaboracin de este manual. Sin su aportacin no hubiera sido posible completar todos los contenidos y aspectos que se recogen en el mismo.

Con la publicacin de este manual se espera contribuir a la divulgacin de un conocimiento que est en posesin de las personas vinculadas a la dura tarea de la ejecucin de pozos de captacin de agua, para que pueda ser de utilidad tanto para tcnicos que se inicien en este campo, como para los profesionales que a da de hoy mantienen un vnculo laboral con este sector de actividad.

ngel morales gonzlez moroJefe de Servicio de Minas

Parte 1

Conceptos Generales

manual tcnico para la ejecucin de pozos

13i conceptos generales

1. Introduccin

1.1. MODELO HIDROGEOLGICO DE UNA ISLA VOLCNICA

1.1.1. Naturaleza geolgica del subsuelo

Es sobradamente conocido que las Islas Canarias tienen un origen volcnico, y han crecido desde el fondo del ocano Atlnti-co hasta elevarse por encima del nivel del mar. Si hay algo que caracterice el subsuelo de una isla volcnica es su extraordinaria heterogeneidad, que es la responsable di-recta de la irregularidad con que se verifica la circulacin del agua subterrnea.

Foto 1.1.1.1. Barranco con un arroyo permanente.

Las heterogeneidades ms patentes son las de pequea escala, como las que en-cuentra una misma galera durante su avan-ce a travs de la zona saturada; en donde, de manera alternante, se puede pasar de un tramo completamente seco a otro con fuerte caudal y flujo generalizado de agua en techo, repisa y hastiales. Estas variacio-nes se deben a diferencias en el grado de permeabilidad de los elementos litolgicos individuales que componen el subsuelo. As, en distancias cortas, coexisten tipos de roca que carecen de huecos interconecta-dos (como diques enteros, lavas muy com-pactas, brechas de matriz arcillosa, etc.) junto a otros elementos muy porosos y permeables (como diques fracturados, zo-nas escoriceas sin compactar, etc.).

Casi como principio general puede afir-marse que las diferencias mencionadas son mayores en los terrenos jvenes que en los

antiguos, pues stos han experimentado una alteracin y compactacin que atena los contrastes de porosidad, al mismo tiempo (y por la misma razn) que la permeabili-dad tiende a ser menor cuanto ms antiguo es un terreno.

A gran escala es decir, si consideramos una Isla globalmente la heterogeneidad persiste pero por otras causas, y es bien conocido que ciertas reas tienen gran pro-ductividad mientras que otras adyacentes slo proporcionan caudales exiguos. Esta heterogeneidad de gran escala, ms difcil de percibir, se debe a que los elementos que integran el subsuelo (terrenos jvenes o viejos, diques, brechas de gran potencia, etc.) no estn distribuidos al azar sino que se organizan segn ciertas pautas que re-flejan las vicisitudes del lento proceso de construccin de cada isla.

1.1.2. Comportamiento hidrogeolgico de la zona saturada

El modelo en capas de permeabilidad de-creciente

El crecimiento del relieve de una isla volcnica se realiza por acumulacin pro-gresiva de materiales (lavas, piroclastos, etc.), pero la actividad volcnica que los ha generado no es ni constante ni idntica a lo largo del tiempo, sino que existen fluctua-ciones de intensidad y cambios en la com-posicin de los productos emitidos. Todo ello da lugar a la existencia de unidades es-tratigrficas que difieren en composicin, edad y grado de alteracin y compactacin, de modo que se comportan de manera di-ferente ante el flujo del agua subterrnea, por lo que pueden ser consideradas como grandes unidades hidrogeolgicas.

En las islas ms jvenes donde existe actividad volcnica reciente que prevalece sobre los fenmenos erosivos, estas uni-dades estratigrficas se encuentran super-puestas y suavemente inclinadas hacia el mar en cada vertiente. Esta situacin per-mite, como primera aproximacin, conce-bir un modelo en capas de permeabilidad



decreciente hacia abajo, si bien no todas ellas son internamente homogneas ni tampoco se extienden a la totalidad del mbito de una Isla.

Figura 1.1.2.1. Secciones hidrogeolgicas de Tenerife (PHI).

La existencia de unidades estratigrfi-cas da lugar a una estructura en capas su-perpuestas. La conductividad hidrulica se hace progresivamente menor con la pro-fundidad hasta alcanzar un valor muy bajo o nulo en el zcalo impermeable, que coin-cide de manera ms o menos aproximada con los materiales ms antiguos de cada isla.

La configuracin de la superficie fre-tica est controlada por la presencia del zcalo impermeable. El espesor de la zona saturada es mayor o menor segn la per-meabilidad de la unidad estratigrfica que aloja el agua y la cota a la que se sita la zona impermeable.

El modelo anterior queda interrumpido en zonas de intrusin filoniana (diques) in-tensa. En las islas ms jvenes coincide con los denominados ejes estructurales, que son zonas ms o menos alineadas donde se ha concentrado la actividad volcnica. La intrusin de diques origina una modifica-cin del comportamiento hidrogeolgico de las diferentes unidades estratigrficas, incluida la zona o zcalo impermeable.

Los fenmenos erosivos, interrupcio-nes y reactivaciones de la actividad vol-cnica, y grandes deslizamientos en masa; complican el funcionamiento del modelo bsico de permeabilidad decreciente. Des-

de un punto de vista simplificado se consi-dera que las islas tienen un acufero nico heterogneo y anistropo. Este concepto debe ser entendido a efectos de la transmi-sin a muy largo plazo de ciertas perturba-ciones que se producen en el acufero, por ejemplo, descensos globales. No obstante, a corto plazo, dadas las diferentes caracte-rsticas hidrolgicas e hidrogeolgicas de las distintas zonas la respuesta del acufero es diferente en cada una de ellas Las distin-tas zonas tienen mayor o menor grado de conexin entre s. Esta conexin se eviden-cia en que los descensos del nivel fretico por sobreexplotacin, tambin se notan en zonas que no han sido intensamente explo-tadas por obras de captacin.

Aunque en la mayora de las islas los acuferos coinciden con materiales volc-nicos, en algunas zonas tambin los mate-riales de origen sedimentario tienen la su-ficiente entidad para constituir acuferos.

El flujo del agua subterrnea.

La zona saturada

Las aguas subterrneas de las islas con-forman un sistema hidrulico extraordina-riamente complejo. Prescindiendo de algu-nos acuferos colgados, que se encuentran muy cerca de la superficie topogrfica y deben su presencia a la momentnea deten-cin de las aguas de infiltracin sobre ho-rizontes poco o nada permeables, la gran masa de las reservas hdricas se encuentra en una zona saturada general, comprendi-da entre dos superficies irregulares:

a. La superficie fretica (real o virtual), que establece el lmite superior del sistema y reproduce, a grandes ras-gos, la topografa de la Isla; con al-tura mxima en la nona de cumbres desde donde desciende gradualmen-te hasta alcanzar la cota 0 en la fran-ja litoral.

b. El zcalo impermeable, que es el l-mite inferior del sistema, por debajo del cual ya no hay reservas hdricas significativas.



Foto 1.1.2.1. Arroyo del Cedro, La Gomera.

Factores que controlan el flujo del agua subterrnea.

La recarga del acufero se realiza por medio de las precipitaciones, que por lo ge-neral son ms abundantes en las zonas de cumbre y en las vertientes norte de las islas. El agua que no se evapora o discurre por la superficie se infiltra, y alcanza la zona satu-rada o es retenida en niveles ms superficia-les debido a la aparicin de niveles imper-meables, dando lugar a acuferos colgados.

Una vez alcanzada la zona saturada, el agua fluye desde la zona central hacia la costa, pero este flujo est condicionado enormemente por la naturaleza geolgica del subsuelo, que implica a su vez un com-portamiento hidrogeolgico diferente.

El ascenso y la emisin de magma se realiza a travs de conductos que una vez solidificado el magma dan lugar a los di-ques. stos se concentran en los denomina-dos ejes estructurales, que son franjas que atraviesan verticalmente el bloque insular. Se manifiestan en superficie por ser zonas de concentracin de aparatos volcnicos, mientras que en el subsuelo estn confor-madas por una densa malla de diques a la que se asocia una fracturacin intensa.

Figura 1.1.2.2. Flujo del agua subterrnea

En las franjas correspondientes a los ejes, la permeabilidad es elevada a causa de la fracturacin abierta y desaparece el z-calo impermeable. La permeabilidad alcan-za un valor mximo en los sentidos vertical y longitudinal (paralelo a los ejes), pero transversalmente (sentido cumbre-mar) se hace muy baja por la presencia de diques impermeables.

Tanto los diques como las fracturas crean un medio anistropo al poseer una direccionalidad preferencial (paralela a la directriz general del eje en que se encuen-tran). El flujo longitudinal del agua subte-rrnea encuentra pocos obstculos, pero en sentido transversal, por el contrario, la difusividad del acufero se reduce conside-rablemente.

Las consecuencias de este hecho son notables:

1. la superficie fretica queda sobre-elevada y aumenta el espesor de la zona saturada,

2. el perfil transversal de aquella se hace escalonado, con una pendiente media muy superior a la que corres-ponde a la permeabilidad de la roca de caja, y

3. al hacer estimaciones globales de los parmetros hidrogeolgicos, se encuentran permeabilidades muy bajas y coeficientes de almacena-miento altos.

Foto 1.1.2.2. Naciente, La Palma.

De manera natural, la erosin que se produce por la accin de las aguas superficiales,



o eventualmente por deslizamientos gra-vitacionales, deja al descubierto la zona saturada. En aquellos lugares en los que la topografa corta la zona saturada se produ-cen surgencias de agua (manantiales), co-nocidos localmente como nacientes.

En estas condiciones el acufero est en equilibrio, el agua infiltrada circula por el subsuelo hasta llegar a la costa y eventual-mente se drena a travs de manantiales. Al ser el agua de manantiales escasa (salvo ca-sos excepcionales como el de La Gomera), las necesidades de consumo han obligado a captar las aguas de manera artificial, rom-piendo el equilibrio existente.

1.2. BREVES NOCIONES DE HIDROGEOLOGA

1.2.1. Acuferos, definiciones y conceptos

Concepto de acufero

Se define un acufero como aquella for-macin geolgica capaz de almacenar y transmitir agua susceptible de ser explota-da en cantidades econmicamente aprecia-bles para atender diversas necesidades.

En funcin de las caractersticas de las rocas, se puede hacer la siguiente clasifica-cin:

Acufugo: No posee capacidad de circulacin ni de retencin de agua.

Acucludo: Contiene agua en su inte-rior, incluso hasta la saturacin, pero no la transmite.

Acuitardo: Contiene agua y la trans-mite muy lentamente.

Acufero: Almacena agua en los po-ros y circula con facilidad por ellos.

Zonas de un acufero

Si admitimos que los acuferos reciben agua de la precipitacin (aunque puede recibirla por otras vas), se pueden de-finir tres zonas: zona de alimentacin o

recarga, zona de circulacin y zona de descarga.

La zona de alimentacin es aquella donde el agua de precipitacin se infiltra. La zona de descarga es la zona donde el agua sale del acufero, como puede ser un ma-nantial o la descarga al mar o a un ro. La zona de circulacin es la parte compren-dida entre la zona de alimentacin y la zona de descarga.

Tipos de acuferos

Segn las caractersticas litolgicas: detrticos, carbonatados, etc.

Segn el tipo de huecos: poroso, krs-tico, fisurado.

Segn la presin hidrosttica: libres, confinados y semiconfinados

Acuferos libresTambin llamados no confinados o fre-

ticos. En ellos existe una superficie libre y real del agua encerrada, que est en contacto con el aire y a la presin atmosfrica. Entre la superficie del terreno y el nivel fretico se encuentra la zona no saturada.

Figura 1.2.1.1. Esquema de un acufero libre.

El nivel fretico define el lmite de sa-turacin del acufero libre y coincide con



la superficie piezomtrica. Su posicin no es fija sino que vara en funcin de las pocas secas o lluviosas. Si perforamos to-tal o parcialmente la formacin acufera, la superficie obtenida por los niveles de agua de cada pozo forman una superficie real: superficie fretica o piezomtrica, que coinciden.

Acuferos confinados

Tambin llamados cautivos, a presin o en carga. El agua est sometida a una presin superior a la atmosfrica y ocupa totalmente los poros o huecos de la for-macin geolgica, saturndola totalmente. No existe zona no saturada.

Si perforamos, el nivel de agua asciende hasta situarse en una determinada posicin que coincide con el nivel de saturacin del acufero en el rea de recarga.

Figura 1.2.1.2. Esquema de un acufero confinado.

Si la topografa es tal que la boca del pozo est por debajo del nivel del agua, el pozo es surgente o artesiano; si no es as el nivel del agua ascender hasta el nivel co-rrespondiente, pero no ser surgente.

La superficie piezomtrica es una su-perficie ideal resultante de unir todos los

niveles en diferentes perforaciones que capten el acufero.

Acuferos semiconfinadosEl muro y/o techo no son totalmente

impermeables sino que son acuitardos y permiten la filtracin vertical del agua y, por tanto, puede recibir recarga o per-der agua a travs del techo o de la base. Este flujo vertical slo es posible si existe una diferencia de potencial entre ambos niveles.

Figura 1.2.1.3. Esquema de un acufero semiconfinado.

Un mismo acufero puede ser libre, con-finado y semiconfinado segn sectores.

Acuferos colgados

Se producen ocasionalmente cuando, por efecto de una fuerte recarga, asciende el nivel fretico quedando retenida una porcin de agua por un nivel inferior im-permeable.

Acuferos multicapa

Son un caso particular (y frecuente) de acuferos en los que se suceden niveles de distinta permeabilidad.



1.2.2. Flujo de agua en un pozo

Suponiendo un acufero libre cuya su-perficie fretica es horizontal. Cuando se empieza a bombear agua desde un pozo, el agua del acufero comienza a fluir radial-mente hacia l. Transcurrido un tiempo la superficie fretica habra adquirido la for-ma de la figura denominada cono de de-presin o de descensos.

El nivel piezomtrico en equilibrio (ni-vel esttico), sufre una modificacin de su posicin hasta el denominado nivel din-mico, que depende de las caractersticas hidrogeolgicas del acufero, de la propia captacin y del caudal bombeado.

Figura 1.2.2.1. Cono de depresin o de descensos producido por el bombeo en un pozo (Margat, 1962)

La forma del cono de depresin se de-termina a partir de los niveles en el propio pozo, y de piezmetros o captaciones si-tuadas a su alrededor. La forma del cono es convexa ya que el flujo necesita un gra-diente cada vez mayor para circular por secciones cada vez menores.

Figura 1.2.2.2. Niveles y radio de influencia de un cono de depresin.

En acuferos libres la superficie fretica toma la forma del cono de descensos. En acuferos confinados la superficie piezo-mtrica es la que adopta la forma.

El ensayo de bombeo es el mtodo cientfico utilizado para determinar las ca-ractersticas hidrodinmicas de una capta-cin, a partir de las que se obtiene el caudal ptimo de explotacin.

Figura 1.2.1.4. Relaciones entre acuferos.



La prueba consiste en bombear duran-te un cierto tiempo, a caudal constante o a caudal variable, y observar la evolucin del nivel del agua, tanto en el propio sondeo como en otros relacionados con l.

Respecto al pozo, informan sobre la calidad de la construccin, las prdidas de carga, el caudal de bombeo ms aconseja-ble y el lugar de colocacin de la bomba.

Q CaudalR Radio de influenciar radio del pozox distancia al piezmetrob espesor del acuferosp descenso dinmicohs nivel dinmico

El anlisis de los datos obtenidos nos suministra asimismo informacin sobre el acufero: permeabilidad, transmisividad, coeficiente de almacenamiento, presencia de barreras o bordes impermeables, bordes de recarga, etc.

Permite conocer tambin elementos tales como el radio de influencia del pozo y amplitud de la zona de llamada de la captacin, que puede ser determinante para el establecimiento de permetros de proteccin.

1.2.3. Funcionamiento de los acuferos costeros

Buena parte de los pozos de captacin de agua se ejecutan en zonas relativamente cercanas a la costa para aprovechar las de-nominadas aguas basales, interponindose

al flujo de agua subterrnea que se descar-ga en el mar. Al situarnos en una isla, toda la franja perimetral se ve influenciada por el mar, e incluso en islas con un relieve de poca altura como es el caso de Fuerteven-tura, la influencia del mar se nota incluso en los pozos del interior de la isla. Es por ello que creemos necesaria la inclusin de un apartado dedicado a las peculiaridades de los acuferos costeros.

Introduccin

Los acuferos costeros presentan al-gunas peculiaridades que tienen notable incidencia en su rgimen hidrodinmico, en su modo de explotacin, en los riesgos potenciales de contaminacin y en las pre-cauciones que deben tomarse para su pre-servacin.

Sin duda, su carcter de costeros tiene su principal definicin en que se encuen-tran en contacto con el mar, pero tambin existen otras caractersticas asociadas que les confiere habitualmente (no siempre) es-peciales condiciones.

Estas caractersticas son: Suelen recibir alimentacin lateral

subterrnea. La demanda hdrica suele ser elevada

debido a que se desarrolla intensa ac-tividad agrcola o turstica.

El mar representa un lmite de poten-cial constante (cero).

El flujo se dirige aproximadamente normal a la lnea de costa.

La explotacin suele provocar des-censos piezomtricos bajo el nivel del mar. Como consecuencia de lo ante-rior, son frecuentes las situaciones de salinizacin por intrusin marina.

Conviene apuntar que los acuferos costeros pueden ser de muy diversa natu-raleza, tanto en rocas consolidadas como no consolidadas (acuferos detrticos) y que tambin pueden ser libres, confinados o semiconfinados. En cada caso, depen-diendo de sus parmetros hidrodinmicos



y de su litologa, algunos mecanismos tan-to dinmicos como qumicos pueden ser de mayor relevancia.

Figura 1.2.3.1. Relacin agua dulce salada en un acufero costero

Sin duda alguna, de todas las caracte-rsticas mencionadas, la salinizacin por intrusin marina es la ms notable y la ms especfica, por lo que a este tema se le pres-ta a continuacin especial atencin.

Generalidades sobre la intrusin marinaEn el caso de los acuferos costeros,

uno de los procesos de contaminacin ms frecuentes es la salinizacin de sus aguas por el avance del agua de mar tierra aden-tro, fenmeno que se conoce con el nom-bre de intrusin marina. En estos acuferos costeros que vierten sus aguas directamen-te al mar, se crea un estado de equilibrio entre el flujo de agua dulce y el flujo de agua salada, que slo sufre modificaciones naturales a muy largo plazo debidas a cam-bios climticos o movimientos relativos de la tierra y el mar.

Cuando se modifican las condiciones naturales, bien por incremento del flujo de agua dulce debido a fuertes lluvias o a recargas inducidas (recarga artificial, rie-go con aguas superficiales, etc.), bien por disminucin de ese mismo flujo debido esencialmente a bombeos en el acufero, el equilibrio agua dulce-agua salada, se des-plaza en un sentido u otro.

La intrusin se produce en este lti-mo caso, cuando las extracciones de agua subterrnea hacen disminuir el flujo de agua dulce y el agua de mar invade la zona

terrestre. Desde el punto de vista hidro-dinmico, la intrusin marina tiene lugar bsicamente cuando los niveles dinmicos y/o estticos en la zona terrestre se sitan por debajo del nivel del mar. La experien-cia demuestra que una vez que se produce el aumento de la salinidad, el proceso evo-luciona con extrema rapidez y su vuelta al estado de equilibrio puede requerir mucho tiempo.

El trmino intrusin marina es el pro-ceso de movimiento temporal o permanen-te del agua salada tierra adentro desplazan-do al agua dulce, cuando este proceso es consecuencia de la disminucin del flujo de agua dulce hacia el mar, debido a la in-tervencin humana, es decir, a la intensa explotacin del acufero por bombeos. Es un proceso esencialmente contaminante y que deteriora grandes volmenes de agua, que experimentan un notable incremento de la salinidad.

Una caracterstica esencial de los acu-feros costeros es la coexistencia de dos fases fsicoqumicas diferentes: agua dul-ce y agua salada. Son fluidos de densidad, temperatura y viscosidad diferente y, desde luego, muy diferente composicin qumi-ca. Se debe presumir la existencia de un lmite de separacin entre ambas, denomi-nado interfase, si bien la miscibilidad entre el agua dulce y el agua salada no permite que esta interfase sea neta, sino que, real-mente, da lugar a una zona de mezcla, de difusin o de transicin, de anchura varia-ble que depende esencialmente de las va-riaciones del nivel piezomtrico, del espe-sor del acufero y de la permeabilidad del entorno costero.

Figura 1.2.3.2. Relacin entre nivel piezomtrico y nivel del mar.



Con esta premisa, y en situaciones esta-cionarias normales, la masa de agua salada adquiere la forma de cua, apoyada en la base del acufero y con el vrtice dirigido tierra adentro.

Estudio de la interfase

La separacin, en el seno del acufero, del agua dulce y salada se establece me-diante la denominada interfase que, debido a la miscibilidad entre ambas fases acuosas, puede tener anchura variable, dando lugar a una zona de contacto, de mezcla o de di-fusin.

La localizacin de la interfase puede hacerse a partir de medidas piezomtricas o bien por medidas directas.

Basadas en la piezometra

La determinacin de la posicin de la interfase se lleva a cabo, tradicionalmente, a partir de medidas piezomtricas, aplican-do frmulas ms o menos restrictivas cuya aplicabilidad depende de la infraestructura disponible para la obtencin de datos b-sicos.

Las frmulas ms utilizadas son las de Ghyben-Herzberg, Hubbert y Lusczinsky.

Medidas directas

Las medidas de determinados parme-tros (conductividad, temperatura, etc.) a lo largo de sondeos penetrantes en el sustrato salino, pueden aportar mejor informacin si la estratificacin hidroqumica en el son-deo se corresponde con la del acufero.

Es, sin duda, el mtodo ms apropiado y generalmente se lleva a cabo mediante logs de conductividad. En este caso hacen falta ciertas condiciones en el sondeo de observacin como es que tenga suficiente profundidad y que se encuentre totalmen-te ranurado, de manera que la distribucin de salinidades en el sondeo corresponda a la que existe realmente en el acufero.

El control peridico en estos pozos de observacin puede aportar informacin

suficiente no slo para la determinacin de la interfase sino tambin para conocer las variaciones de la posicin de la interfase y, por tanto, la sensibilidad del acufero fren-te a los estmulos.

Forma de la interfaseLos ejemplos que se han considerado

hasta ahora se han referido a acuferos cos-teros libres, homogneos e istropos, en los que es asumible una geometra de la inter-fase ms o menos regular. Sin embargo, la heterogeneidad y la anisotropa suelen ser caractersticas generales en los acuferos. De hecho esta es la norma general, de modo que la heterogeneidad del acufero determi-na una interfase de geometra muy irregular.

Figura 1.2.3.3. Situaciones de equilibrio en acuferos no homogneos

Cualquiera que sea el caso considerado, a grandes rasgos, la invasin continental del agua de mar tiene lugar por dos meca-nismos distintos: avance de la interfase en la horizontal, cuando la explotacin cubre un rea amplia y ascenso vertical (upco-ning) de la interfase bajo puntos de bom-beo intensivos.

Figura 1.2.3.4. Avance vertical de la interfase.



1.3. OBRAS DE CAPTACIN DE AGUA SUBTERRNEA. TIPOS DE CAPTACIONES

1.3.1. Tipos de captaciones

Una captacin de agua subterrnea es toda aquella obra destinada a obtener un cierto volumen de agua de una formacin acufera concreta, para satisfacer una de-terminada demanda.

La eleccin del tipo de captacin ven-dr condicionada en esencia por los si-guientes factores:

Caractersticas hidrogeolgicas de la zona.

Caractersticas hidrodinmicas de los materiales acuferos que se pretenda captar.

Volumen de agua requerido. Distribucin temporal de la demanda. Coste de las instalaciones de explo-

tacin y mantenimiento de la capta-cin.

En definitiva se trata de conseguir un equilibrio entre los aspectos tcnicos y econmicos. Los tipos de captaciones ms frecuentes son las siguientes:

Galeras Zanjas drenantes Pozos excavados Sondeos

Galeras de captacin

Una galera es una excavacin en forma de tnel generalmente de suave pendiente y seccin apreciable (2 x 2 metros), con un ni-vel de agua libre que discurre por su fondo.

La funcin de una galera es doble ya que, adems de actuar como elemento de captacin de agua, sirve tambin como me-dio de transporte de esta.

La mayora de los manantiales utilizados para cualquier tipo de uso, disponen de ga-leras mediante las que se ha tratado de op-timizar la captacin, reuniendo surgencias

dispersas en un solo punto y facilitando el drenaje de la formacin permeable.

En la actualidad la construccin de ga-leras es un sistema muy utilizado en Ca-narias, pese a sus condicionantes tcnicos y al elevado coste econmico. La construc-cin de una galera se realiza normalmente por medio de explosivos.

El principal inconveniente que pre-sentan este tipo de captaciones es el nulo poder de regulacin ejercido sobre los recursos hdricos, ya que actan como manantiales normales, con caudales muy reducidos durante el estiaje, incluso pue-den llegar a desaparecer, y caudales muy importantes durante las pocas hmedas, cuando las demandas solicitadas son muy reducidas o inexistentes, lo que da lugar a la prdida irremediable de los volmenes de agua drenados.

Foto 1.3.1.1. Entrada a galera de extraccin de agua

Existen diferentes tipos de galeras de-pendiendo de sus caractersticas construc-tivas y del aprovechamiento que realizan. El Plan Hidrolgico Insular de Tenerife establece los siguientes tipos bsicos de galeras.

Galeras - naciente. Son el tipo ms primitivo de captacin. En su ma-yor parte se han perforado en reas donde existan nacientes naturales con objeto de mejorar el rendi-miento de stos. El agua drenada no



procede de las reservas, sino de acuferos colgados cercanos a la su-perficie topogrfica, por lo que su caudal flucta con los cambios cli-mticos.

Galeras convencionales. Son per-foraciones profundas que drenan o han drenado aguas de la zona satu-rada general. Su longitud supera por lo general los 2 km.

Socavones. Son galeras de corta longitud (algunos centenares de me-tros) que nunca han dado agua y en las que no se proyecta continuar la perforacin.

Galeras-pozo o en trancada. Son obras de pequea longitud (500 m) que para aprovechar las aguas alum-bradas requieren de elevacin por bombeo, ya que son captadas (me-diante pozo de gran dimetro o zan-ja longitudinal) a menor cota que su bocamina.

Zanjas y drenesSe trata de excavaciones lineales de es-

casa profundidad, que actan a modo de colector, realizados generalmente sobre materiales permeables poco consolidados, donde el nivel de agua se haya prximo a la superficie.

Dentro de estas zanjas, se instala una tubera filtrante con ranuras apropiadas al material que lo rodea, y/o bien se procede al relleno con grava o piedras que permitan el libre paso del agua.

La evacuacin del agua se realiza nor-malmente por gravedad, aunque el agua puede ser conducida en ltimo trmino a pozos desde donde ser extrada mediante bombeo.

Pozos excavadosSon obras de perforacin excavadas a

mano o mediante explosivos, con un di-metro mnimo de 1,5 metros.

En Canarias los pozos excavados reci-ben la siguiente denominacin en funcin de sus caractersticas.

Ordinarios Convencionales o canarios

Pozos ordinarios. Son perforacio-nes verticales de una decena escasa de metros que alcanzan el nivel sa-turado en la misma lnea de costa, o bien explotan algn acufero colga-do sedimentario.

Pozos convencionales o canarios. Se caracterizan por un dimetro grande, de unos 3 metros, y por el sistema tradicional de perforacin vertical empleado. La amplitud de su seccin transversal (3 m) permi-te realizar galeras horizontales de fondo en el contacto con la zona saturada; stas aumentan la super-ficie drenante e inducen una depre-sin menor del nivel para un mismo caudal de bombeo, lo cual atena la posible intrusin marina en caso de acuferos costeros.

Foto 1.3.1.2. Pozo convencional o canario.

Sondeos

Un sondeo es una perforacin excava-da por medios mecnicos, preferentemente vertical, de dimetro inferior a 1,5 metros, aunque los ms usuales se encuentran entre los 150 y los 700 mm.



Presentan la ventaja de que pueden al-canzar grandes profundidades y tienen un coste normalmente inferior a cualquier otro tipo de captaciones.

Los sistemas ms comunes utilizados en perforacin son:

Percusin Rotacin Rotopercusin

Figura 1.3.1.1. Representacin de un pozo excavado y un sondeo de captacin de aguas.

1.3.2. Las captaciones de agua subterr-nea de Canarias

El sistema de captacin ms empleado en cada una de las islas depende fundamen-talmente de su comportamiento hidrogeo-lgico y de su orografa. As en las islas orientales como Lanzarote y Fuerteventu-ra el sistema de captacin predominante es el pozo, debido a que la superficie del nivel fretico se encuentra casi a nivel del mar y las islas no tienen grandes elevaciones. Por el contrario, la abrupta orografa de Tene-rife y La Palma ha determinado que el tipo de captacin imperante sea la galera ho-rizontal de unos 2 x 2 metros de seccin. En Gran Canaria, aunque existen muchas galeras, el sistema de captacin predo-minante es el pozo, ya que se aprovechan muchos acuferos colgados en materiales sedimentarios.

POZOS Y SONDEOS GALERASLANZAROTE 32 8FUERTEVENTURA 2.720GRAN CANARIA 2.954 413TENERIFE 395 1.111GOMERA 132 7LA PALMA 75 162EL HIERRO 37 12

Tabla 1.3.2.I. Nmero de pozos y galeras en las Islas. (Fuente Consejos Insulares de agua

de las Islas).

Figura 1.3.2.1. Captaciones de agua subterrnea en las islas

Foto 1.3.2.3. Pozo convencional donde se observa su prtico.



El elevado nmero de captaciones que existen en las islas de Tenerife y Gran Ca-naria se refleja en las siguientes figuras, donde se observa que no hay porcin de la isla que no cuente con alguna obra de extraccin de agua subterrnea.

Figura 1.3.2.2. Captaciones de agua subterrnea de Tenerife.

GRAN CANARIAPUNTOS DE CAPTACIN DE AGUA SUBTERRNEA

Figura 1.3.2.3. Puntos de captacin de agua subterrnea de Gran Canaria.

La infiltracin que alimenta el acufero no es capaz de compensar lo que de l ex-traen las captaciones, de modo que el volu-men de agua drenado durante dcadas de explotacin ha provocado el vaciado par-cial de las reservas hdricas del subsuelo, cuya peculiar configuracin resulta muy

favorable para la lenta acumulacin de una cantidad extraordinaria de aguas subterr-neas. Pero estas reservas no son inagotables y en las dos ltimas dcadas se han venido manifestando sntomas alarmantes, como la tendencia a la disminucin del caudal total extrado (a pesar de que las galeras siguen avanzando y aumenta el nmero de pozos) o el empeoramiento de la calidad del agua.

2. Los pozos de captacin de aguas

2.1. POZOS TRADICIONALES CANARIOS

2.1.1. Descripcin general y caractersticas

Su gran dimetro, del orden de los 3 metros, los singulariza frente a los pozos ordinarios de la Pennsula. En muchos de ellos se construyen catas laterales o de ga-leras de fondo, destinadas a aumentar su cono de absorcin.

Su ubicacin se localiza en cotas ms bajas que las galeras, por debajo de las zonas de medianas y en terrenos normal-mente agrcolas.

Su perforacin se realiza mediante ex-plosivos, lo que lo hace un mtodo cos-toso y no exento de riesgos. Este tipo de pozos ha sido el ms utilizado en Canarias debido a la baja permeabilidad de muchos terrenos volcnicos y fundamentalmente a la gran heterogeneidad de los materiales. Un gran dimetro adems de aumentar la superficie de drenaje en terrenos poco per-meables, ofrece mayores garantas de xito al aumentar la probabilidad de intersectar terrenos permeables. La eleccin de este mtodo ha de ser estudiada en detalle ya que su coste es muy superior al de un son-deo, lo que permite realizar varios intentos en este ltimo mtodo con costes mucho menores que un pozo tradicional.

Cuando disminuye la productividad de un pozo, o la misma es menor a la espe-rada, es frecuente que se construyan catas



transversales o galeras. El fondo del pozo est a la cota de la galera, que est total-mente inundada, salvo cuando se producen sobrebombeos para poder trabajar en ella.

Figura 2.1.1.1. Planta y alzado de un pozo tradicional canario con galera de fondo.

Los pozos con galera de fondo en los que el acufero no se alcance a lo largo de la perforacin vertical sino en la galera, se denominan galeras en trancada. En este caso el pozo no es la obra de captacin sino el acceso a la misma; y su fondo se suele ex-cavar por debajo de la cota de emboquille de la galera para hacer de depsito regula-dor y alojar la bomba de impulsin.

Existen tambin casos particulares de galeras, al fono de las cuales se excava un

pozo. En este caso la obra productiva es el pozo y la de acceso la galera.

2.1.2. Perforacin de pozos

La excavacin de este tipo de pozos se lleva a cabo mediante explosivos. La per-foracin de los barrenos se realiza con un martillo neumtico, y suele utilizarse agua para refrigerar la boca de perforacin y evitar la generacin de polvo.

La carga de barrenos suele hacerse con explosivos tipo goma (GOMA 1 o GOMA 2ECO), y accionamiento de la pega elc-trica. En las voladuras de pozos los barre-nos llevan una carga de explosivos superior a una voladura de exterior, e incluso que en una galera, ya que la carga de escombros ha de hacerse a mano, y los fragmentos tie-nen que ser pequeos.

Foto 2.1.2.1. Revestimiento de las paredes de un pozo con ladrillo y cemento.

Una vez se ha realizado la voladura se evacan los gases y polvo mediante un sis-tema de ventilacin, y el desescombro se lleva a cabo cargando a mano el material en



una cuba o cacharrn suspendido de un ca-ble, que es izado hasta el exterior del pozo mediante un cabrestante.

Normalmente, y sobre todo en terre-nos poco consolidados, es necesario reves-tir la obra con objeto de evitar el derrumbe de las paredes, para ello se utiliza piedra, ladrillo, cemento o anillos de hormign encofrados in situ. Este refuerzo se reali-za por lo general en los primeros metros, quedando el resto de las paredes del pozo construidas en terreno natural. En los ca-sos en los que por tratarse de terrenos poco consolidados, haya de reforzarse hasta el fondo del pozo, se construyen drenes o mechinales en las paredes de hormign para permitir el flujo del agua.

2.1.3. Instalaciones en un pozo tradicio-nal canario

Las instalaciones ms relevantes de un pozo tradicional canario son:

Instalacin elctrica Instalacin de extraccin Ventilacin Instalacin de aire comprimido Sistema de impulsin

La instalacin elctrica tiene como fun-cin principal la alimentacin de la elec-trobomba sumergible y equipos de venti-lacin; y el resto de equipos que pueden ser de accionamiento elctrico como ca-brestantes, o equipos de aire comprimido.

En pozos excavados con explosivos, la iluminacin durante su ejecucin puede no ser necesaria hasta alcanzar cierta profundi-dad, y donde se requiere una mejor ilumina-cin es en el fondo del pozo o en los tramos que se estn reforzando con hormign.

Los elementos que pueden demandar energa elctrica son los siguientes:

Electrobomba sumergible Ventilador

Cabrestante Hidrocompresor Instalaciones para el personal y cuar-

tos de maquinaria Iluminacin del pozo

Figura 2.1.3.1. Instalaciones de un pozo con suministro elctrico por medio de un grupo

electrgeno.

Figura 2.1.3.2. Instalaciones de un pozo con suministro elctrico por medio de una acometida.



Para el suministro de energa elctrica existen dos alternativas:

Un grupo electrgeno Acometida elctrica

Una acometida elctrica es lo ms re-comendable, en el caso de que por las cercanas pase una lnea de suministro. El coste derivado del consumo es mucho me-nor, aunque ha de instalarse un transfor-mador entre la lnea de alta tensin y las zonas de consumo. El grupo electrgeno ha de tener un suministro de combustible

continuo, y el coste de mantenimiento es mayor.

La instalacin de extraccin la cons-tituyen todos aquellos elementos nece-sarios para el transporte vertical lo largo del pozo, que sirven de comunicacin entre el fondo del pozo y la superficie exterior. Tiene la finalidad de subir o bajar al personal, material, equipos o es-combros.

La instalacin de extraccin est cons-tituida por los siguientes elementos:

Figura 2.1.3.3. Elementos de la instalacin de extraccin de un pozo.



Cabrestante Prtico Jaulas y cubas Elementos de amarre y suspensin

Aquellos elementos de la instalacin de extraccin provistos de motores se alojan dentro de una caseta. En ocasiones esta ca-seta o cuarto de maquinas del pozo alberga tambin el propio brocal y el prtico.

Foto 2.1.3.1. Cabrestante instalado en un pozo

La instalacin de ventilacin y de aire comprimido se utilizan cuando el pozo est en fase de avance.

La ventilacin es necesaria para expul-sar los gases y el polvo tras la voladura, y es un elemento imprescindible para con-seguir un ambiente de trabajo saludable. Por lo general los pozos no suelen tener problemas de emanaciones de gases como ocurre en el caso de las galeras. Esto es debido principalmente a que suelen estar ubicados por lo general alejados de las zonas volcnicas con mayor actividad, y a que su profundidad permite mejores condiciones de ventilacin natural. No obstante, en algunos pozos suele ser ne-cesaria la ventilacin durante su fase de explotacin, por presencia de gases en el propio pozo o en sus galeras de fondo. La instalacin de ventilacin suele ser so-plante y el ventilador de accionamiento elctrico.

La instalacin de aire comprimido se utiliza en las labores de perforacin de

barrenos, y consta de un compresor, un caldern (depsito de aire a presin), y las conducciones. Las conducciones suelen ser tuberas rgidas hasta la salida de la caseta de motores, y mangueras flexibles hasta el fondo del pozo.

Para elevar el agua desde el fondo del pozo hasta la superficie se utiliza una bom-ba. De los diferentes tipos de bombas exis-tentes, la ms utilizada en los pozos es la electrobomba sumergible. Un equipo elec-trobomba sumergible es un conjunto com-puesto por un cuerpo de bomba centrfuga vertical, accionada por un motor elctrico construido especialmente para funcionar totalmente sumergido en el agua del pozo de bombeo.

Figura 2.1.3.4. Interior de una electrobomba sumergible.



2.2. POZOS SONDEO

2.2.1. Descripcin general y tipologas de sondeos

Como ya se ha comentado, un sondeo es una perforacin excavada por medios mecnicos, cuyos dimetros ms usuales estn entre los 150 y los 700 mm. Su proli-feracin se justifica por su rapidez de eje-cucin y su bajo coste.

Para llevar a cabo una perforacin me-cnica es necesario un elemento de rotura del terreno accionado por un motor, un sistema de eliminacin de detritus y un sostenimiento de las paredes de la obra.


Percusin Rotacin Rotopercusin

Percusin

Basa su tcnica en la fracturacin y tri-turacin de la roca por la accin de golpeo de un instrumento pesado.

Figura 2.2.1.1. Esquema de una pequea mquina de perforacin a percusin.

El mtodo de perforacin ms utilizado en Espaa es el denominado percusin por cable, que en esencia consiste en el golpeo repetido de una herramienta pesada (trpa-no), que est suspendida de un cable desde una torre de perforacin. El golpeo verti-cal sobre el terreno a modo de mortero, se realiza gracias a un movimiento de vaivn generado por un mecanismo denominado balancn. La roca o material disgregado se

elimina con un elemento denominado cu-chara, que tambin ha de ser bajado e izado desde el fondo del sondeo mediante un ca-ble. Para lograr eliminar los detritos se uti-liza el agua existente en el propio sondeo, o aadida por la boca del mismo. El sondeo se va entubando a medida que avanza con una tubera provisional para evitar que se derrumben las paredes.

Rotacin

Se centra en la accin de arrancar par-tculas por medio de un elemento cortante sometido a una fuerza giratoria y, que pro-voca una rotura de la roca por compresin. El instrumento de corte (boca o barrena), se acciona a travs de un varillaje cuyo giro es proporcionado por la mquina de per-foracin que se encuentra en superficie. La eliminacin del detrito de perforacin se realiza con agua y bentonita (arcilla ex-pansiva), y en funcin del sentido de circu-lacin del fluido de limpieza se distinguen dos sistemas:

Foto 2.2.1.1. Elemento de corte, tricono.

Circulacin directa: el fluido es in-yectado por el interior del varillaje y asciende a la superficie a travs del espacio anular dejado entre ste y la pared del sondeo, arrastrando los de-tritos de perforacin en su ascenso.

Circulacin inversa: los lodos, des-pus de sufrir una decantacin en una balsa situada en la superficie, descien-den por gravedad a travs del espacio anular hasta el fondo del sondeo, para



regresar a la superficie cargados de detritus por el interior del varillaje. Este sistema requiere la ayuda de una bomba de aspiracin, lo que limita la utilizacin de este sistema a profun-didades mayores de 130 m.

Figura 2.2.1.2. Esquema de perforacin a rotacin con circulacin inversa.

El sistema de perforacin por rotacin es el que mayores rendimientos ofrece en terrenos blandos.

Rotopercusin

La rotopercusin se basa en la com-binacin de las dos tcnicas anteriores, y es aquella a la que al efecto de golpeo se superpone una accin de giro del til de perforacin.

Utiliza un martillo de fondo, accionado por la inyeccin de aire comprimido, que se encuentra sometido al mismo tiempo a un efecto de giro transmitido por el varilla-je desde la superficie, cuyo accionamiento es por lo general hidrulico. El aire al salir por las lumbreras de escape del martillo asciende por el espacio anular del sondeo arrastrando los detritus de perforacin.

El martillo de fondo se encuentra uni-do al elemento de corte o boca y le confie-re a sta un efecto de golpeteo a modo de martillo neumtico.

Este sistema tiene avances muy rpidos en rocas duras, pero sus dimetros de per-

foracin son pequeos y suelen tener pro-blemas con la presencia de agua.

De los tres mtodos expuestos con an-terioridad, el ms empleado en Canarias es el de Percusin con cable, ya que es el que ofrece mayores dimetros y se adapta me-jor tanto a las condiciones litolgicas como a las limitaciones de permeabilidad de los terrenos volcnicos.

Terminacin de sondeos

Para poner un sondeo en funcionamien-to ha de retirarse la tubera que de forma provisional se ha colocado para contener las paredes del mismo, y sustituirla por una tubera definitiva. Esta tubera ser ranurada en la zona productiva del acufero, de mane-ra que permita la circulacin del agua; y cie-ga en aquellos tramos que pretendemos ais-lar o proteger. Como medida complemen-taria para aislar tramos del sondeo, bien sea para proteger el acufero de contaminacin superficial, o para aislar zonas con aguas de mala calidad, se utiliza hormign entre la tu-bera ciega y las paredes del sondeo.

En los tramos productivos suele colo-carse tambin un engravillado o empaque de grava a modo de filtro, entre las paredes del sondeo y la tubera ranurada, que ayu-da a conseguir una granulometra idnea alrededor del sondeo que aumenta el ren-dimiento del mismo.

Figura 2.2.1.3. Esquema de un sondeo.



Antes de la puesta en funcionamiento del pozo se realizan labores de limpieza y desa-rrollo de sondeos, que consisten bsicamente en operaciones fsicas o qumicas que tienen por objeto tratar de estimular la productivi-dad de los sondeos, mejorando la permeabili-dad y estabilizando las formaciones acuferas situadas alrededor de cada tramo filtrante.

2.2.2. Instalaciones de un sondeo de cap-tacin de aguas

En un sondeo de captacin de aguas subterrneas las instalaciones que de ma-nera definitiva son necesarias son las si-guientes:

Instalacin elctrica Instalacin de impulsin

Al tratarse de una obra no visitable las ins-talaciones necesarias son mucho ms sencillas. La instalacin elctrica solo ha de proporcio-nar energa a la motobomba sumergible, y al igual que en un pozo tradicional el suministro puede realizarse mediante una acometida y un transformador o un grupo electrgeno.

Figura 2.2.2.1. Instalaciones bsicas de un sondeo de captacin de aguas subterrneas.

La electrobomba sumergible en el caso de un sondeo tiene limitaciones debido a su reducido dimetro, de manera que la tipologa de bomba escogida ha de adap-tarse a estas condiciones. Las labores de mantenimiento de la bomba han de hacer-se en el exterior, de manera que para sol-ventar cualquier avera ha de ser extrada del pozo mediante una gra.

Foto 2.2.2.1. Instalacin provisional en un sondeo para ensayo de bombeo.

Los armarios elctricos suelen estar alojados en una caseta, aunque sus dimen-siones son ms reducidas que en un pozo tradicional. En ocasiones esta caseta cubre tambin la boca del propio sondeo, con el fin de protegerlo contra la contaminacin o el vandalismo. Aunque en ocasiones di-cha caseta no existe, sino que los armarios se colocan en un pequeo foso aislado de la humedad, y que no causa impacto vi-sual alguno.

Parte 2

Detalles Tcnicos


35ii detalles tcnicos

1. Perforacin de pozos

1.1. PERFORACIN MECNICA. SONDEOS

En Espaa los sondeos son las obras que con mayor frecuencia se realizan para el aprovechamiento de las aguas subte-rrneas; aunque en el caso particular de Canarias, debido principalmente a la baja permeabilidad de la mayora de las forma-ciones acuferas, no se ha extendido tanto como otros sistemas de captacin como son las galeras y pozos excavados.

Un sondeo es una perforacin excava-da por medios mecnicos, preferentemente vertical, de dimetro inferior a 1,5 metros, aunque los ms usuales se encuentran entre los 150 y los 700 mm.

Presentan la ventaja de que pueden al-canzar grandes profundidades y tienen un coste normalmente inferior a cualquier otro tipo de captaciones.

Para la ejecucin de un sondeo se re-quiere:

Un elemento de rotura del terreno. Un motor de accionamiento. Un sistema de eliminacin de detri-

tus. Un sistema de mantenimiento de las

paredes de la obra.


Percusin Rotacin. Rotopercusin

La percusin basa su tcnica en la frac-turacin y trituracin de la roca por la ac-cin de golpeo de un instrumento pesado.

La rotacin se centra en la accin de arrancar partculas por medio de un ele-mento cortante sometido a una fuerza gi-ratoria y, que provoca una rotura de la roca por compresin.

La rotopercusin se basa en la com-binacin de las dos tcnicas anteriores, y es aquella a la que al efecto de golpeo se superpone una accin de giro del til de perforacin.

1.1.1. Tipos de sondeos para captacin de aguas

Perforacin a percusinEn esencia, el sistema se basa en el gol-

peo repetido de la roca con una herramienta pesada, hasta lograr la rotura en el caso de materiales rgidos (roca), o disgregacin, en el caso de materiales de menor cohesin (se-dimentos, rocas alteradas). Dentro de este sistema se han desarrollado dos variantes en funcin del dispositivo que transmite el movimiento a la herramienta de golpeo:

Mtodo canadiense: el movimiento de vaivn se transmite por un tren de varillaje macizo.

Mtodo pensilvaniense (percusin por cable): el movimiento de vaivn se realiza a travs de un cable de ace-ro.

Esquema de funcionamientoLas acciones esenciales de este tipo de

perforacin son: Rotura de la roca: Se funda en la ac-

cin percutora y constante de una he-rramienta alternativamente levantada y dejada caer, que consigue un efecto de fracturacin del terreno.

Extraccin de los detritus y limpieza del sondeo. Se realiza mediante una vlvula especial llamada cuchara.

Fluido de perforacin: La perfora-cin necesita de un fluido que ponga en suspensin a los detritus (colada de barro), si este no existe de forma natural. Generalmente es agua a la que puede aadirse bentonita (arcilla expansiva).

Mantenimiento de las paredes de la obra, a travs de tuberas de reves-timiento y colocada segn avanza la perforacin.



El principio fundamental de este siste-ma es el golpeo sobre el terreno con una herramienta de gran peso. Este golpeo, cuyo objetivo es fracturar las rocas o dis-gregar los sedimentos consolidados, se transmite a travs de un cable de acero.

Las variables con las que el perforador puede jugar, en funcin de las caractersti-cas del terreno que se perfore en cada mo-mento, son:

Carrera (lenght of stroke), o recorrido libre de cada del trpano, y frecuencia de golpeo.

En el siguiente captulo se describe con mayor detalle el sistema de percusin por cable, que es el mtodo ms utilizado.

Sondeos a rotacinEstn basados en la accin conjunta de

la presin ejercida sobre el fondo del pozo y el movimiento de giro de una herramien-ta de corte transmitido desde la superficie a travs del varillaje. La inyeccin de un fluido a travs de una tubera permite la extraccin de residuos de forma continua, y el efecto de la perforacin se basa en la abrasin, desgaste y molienda de la roca.

Existen dos sistemas de perforacin a rotacin: Rotacin directa y rotacin in-versa, que difieren esencialmente en el sen-tido de circulacin del lodo inyectado.

El mtodo de rotacin se encuentra muy desarrollado por ser el empleado por la prospeccin petrolfera.

Los elementos fundamentales que in-tervienen en la ejecucin de los sondeos a rotacin son:

Sonda o mquina de perforacin. Instrumento de corte. Broca o barrena. Columna o sarta de perforacin. Fluido de circulacin.

Mquina de perforacinSe trata de un mecanismo capaz de

proporcionar a la sarta el movimiento de

giro y el avance en la perforacin que se transmite al til de corte. Esto se consigue mediante un motor que transmite el mo-vimiento a la denominada mesa de rota-cin que consiste en una pieza provista de un anillo circular dentado, hueca en el centro y con una seccin cuadrangular o hexagonal. A travs de este hueco se des-liza una varilla de igual seccin Kelly a la que la mesa de rotacin hace girar al mismo tiempo que ella. La Kelly, al igual que el resto de la sarta, es hueca, y a travs de ella se inyecta a presin el lodo de la perforacin, con ayuda de lo que se llama cabeza de inyeccin, situada directamente encima.

Como cualquier sistema de perforacin requiere de un mstil o torreta que puede llegar a los 50 metros de alto en sondeos profundos.

La mquina de perforacin debe ir pro-vista de elementos que, adems de produ-cir el avance y el giro de la sarta, permitan la colocacin de tuberas y filtros, as como impulsar un fluido a travs de la columna de perforacin.

Herramienta de corte, barrena o broca

El instrumento de corte ms utiliza-do es el de rodillos, consistente en conos dentados giratorios, (normalmente tres) y enfrentados entre s, que giran al mis-mo tiempo que lo hace la sarta. Estn fabricados con aceros especiales, y tienen diseos diferentes segn el tipo de terre-no.

Existen varios tipos de brocas: De rodillos: 2 rodillos, 3 (triconos), 4

(roller-bits). Colas de pez: Utilizadas en terrenos

muy blandos plsticos. Coronas de diamante: Utilizadas en

terrenos muy duros y abrasivos. No disponen de ningn elemento rotati-vo y funcionan por efecto del giro de la sarta. Sarta de perforacin.



Foto 1.1.1.1. Tricono.

Foto 1.1.1.2. Corona de diamante.

Del resto de los tiles empleados en la columna de perforacin, los ms comunes son los siguientes: Barras de carga o lastra-barrenas, ensanchadores, martillo, varillaje.

Fluido de circulacinEs muy importante la accin de este en

los sondeos a rotacin, sus funciones son:

Extraer los detritus producidos por la perforacin.

Refrigerar la broca. Crear una pared viscosa que susten-

te las paredes del sondeo durante la perforacin.

Controlar las entradas o salidas de fluidos a la perforacin.

En trminos generales el fluido, o lodo de perforacin, est compuesto de una mezcla bsica de agua y arcilla en suspen-sin, a la que se aaden diversos elementos para controlar caractersticas tales como densidad y viscosidad.

En la circulacin directa el fluido es in-yectado por el interior del varillaje y ascien-de a la superficie a travs del espacio anular dejado entre ste y la pared del sondeo.

Rendimiento de la perforacinEste sistema es el ms adaptable a to-

das las condiciones del terreno por la gran variedad de brocas y elementos de control que existe sobre la perforacin. En terre-nos blandos adquiere un claro predominio sobre los restantes sistemas de perforacin.

Entre las ventajas de este sistema estn: Gran velocidad de avance (especial-

mente a partir de 200 metros). Permite la ejecucin de sondeos pro-

fundos. Especialmente recomendado en te-

rrenos blandos. Permite perforar muchos metros sin

necesidad de entubaciones auxiliares.

Los inconvenientes son: Ejerce un efecto de impermeabili-

zacin sobre las paredes del sondeo (efecto negativo para la captacin de aguas subterrneas).

Consumo de agua excesivo, cuando hay prdidas de fluido.

Dimetros reducidos. Facilidad de desvo de la perforacin.

Sondeos a rotacin por circulacin inversaEs un caso particular de los mtodos

de perforacin a rotacin, que permiten eliminar en su mayor parte el efecto de colmatacin de las paredes del sondeo pro-ducido la circulacin directa.

En la perforacin a rotacin por circu-lacin inversa los lodos, despus de sufrir



una decantacin en la balsa, descienden por gravedad, a travs del espacio anular, hasta el fondo del sondeo, para regresar a la superficie cargados de detritus por el in-terior del varillaje. Este sistema requiere la ayuda de una bomba de aspiracin (efecto Venturi), que suele estar combinada por inyeccin de aire comprimido a travs de ranuras auxiliares del varillaje, con lo que se consigue una menor densidad en el tra-mo ascendente del fluido y por tanto una mayor velocidad de ascensin.

Con ello se consigue reducir la presin en la perforacin y, por tanto, el efecto de invasin del lodo en las formaciones per-meables.

Las ventajas que presenta este mtodo son:

Permite realizar sondeos de gran di-metro (>600 mm.).

Menor efecto de impermeabilizacin de los acuferos.

Pequea velocidad del lodo por el es-pacio anular con reduccin de los efectos erosin sobre las paredes del pozo.

Es especialmente recomendable en for-maciones poco coherentes o blandas.

Las limitaciones que tiene este mtodo son fundamentalmente las siguientes:

Requiere dimetros superiores a 300 mm.

En caso de prdidas de fluido, este sistema no permite ser utilizado.

Disminuye su rendimiento en forma-ciones de cierta dureza.

Cierta limitacin que el efecto de as-piracin impone a las profundidades a alcanzar. Depende del sistema uti-lizado:

o Con bomba normal: menor de 50 m.o Con inyeccin de tipo Venturi:

hasta 130 m.

o Con inyeccin de aire depende de la potencia del compresor.

Sondeos a rotopercusin

Esta tcnica combina los dos mtodos anteriores, rotacin y percusin en uno solo.

Esquema de funcionamientoUtiliza un martillo de fondo, accionado

por la inyeccin de aire comprimido, que se encuentra sometido al mismo tiempo a un efecto de giro transmitido por el varilla-je desde la superficie. El aire al salir por las lumbreras de escape del martillo asciende por el espacio anular del sondeo arrastran-do los detritus de perforacin, al mismo tiempo que ejerce una accin de lubrifica-do del mecanismo de perforacin.

Elementos de la perforacin a RotopercusinLa mquina y los elementos empleados

en este sistema tienen mucha afinidad con los empleados en la perforacin a rotacin. Los elementos diferenciadores se encuen-tran fundamentalmente en el uso del mar-tillo de fondo, en el tipo de broca y en el empleo de aire comprimido como fluido de circulacin.

Foto 1.1.1.3. Mquina de perforacin a rotopercusin montada sobre camin.

El martillo de fondo se encuentra uni-do al elemento de corte o boca y le confie-re a sta un efecto de golpeteo a modo de martillo neumtico.

El control sobre la perforacin en este sistema recae en gran medida en la presin de inyeccin, ya que tiene un efecto direc-to sobre la accin de percusin, y sobre la eliminacin de los detritus, lo que se



traduce en definitiva en un mayor o me-nor avance de la perforacin. Los avances en condiciones ideales son de de hasta 50 m/h. Como elementos de control intervie-nen adems la velocidad de rotacin, que suele estar entre los 10 y los 60 r.p.m. y el empuje ejercido sobre el martillo de fondo, normalmente en torno a 200 kg por pulga-da de dimetro.

Junto con el aire comprimido se emplea espumante y agua con objeto de ayudar a la accin de limpiado del sondeo.

La boca del martillo de fondo, o ele-mento percutor, es de diferente tipo segn la formacin a perforar. Las hay de cruceta para terrenos normales, semejantes a los trpanos, del mtodo de percusin, y, de botn, para formaciones duras.

Figura y foto 1.1.1.4. Esquema y modelos de bocas de perforacin de botones.

Entre las ventajas de ste mtodo estn las siguientes:

Requiere poco peso sobre la boca, por lo que no necesita barras de car-ga, y precisa una menor velocidad de rotacin.

Ejecucin de sondeos ms rectos. Ideal en formaciones inclinadas y fi-suradas.

Consigue grandes velocidades de perforacin.

Es especialmente adecuada para te-rrenos muy duros, donde supera am-pliamente al resto de los sistemas de perforacin.

Costo reducido por metro perforado.

Entre sus limitaciones estn: Limitacin en los dimetros de per-

foracin.

No es adecuada en terrenos sueltos o poco consolidados.

En presencia de mucha agua pueden aparecer serias dificultades en la per-foracin.

Efecto de colmatacin sobre las for-maciones atravesadas.

1.1.2. Sondeos a percusin por cable

Figura 1.1.2.1. Esquema del funcionamiento y elementos de una mquina de sondeos a percusin

por cable.

Es el sistema de perforacin a percusin ms extendido. Un equipo de perforacin a percusin por cable consta en esencia de los siguientes elementos:

Plataforma del equipo: Los motores, carretes de cable, torre, etc. suelen ir mon-tados sobre un chasis tipo semitrailer auto-portante o trailer con cabina tractora. En general, los equipos suelen estar preparados



para acceder a emplazamientos difciles, disponiendo muchos de ellos de traccin a varios ejes. Tambin existen algunos equipos de pequea capacidad montados sobre patines, que pueden ser incluso ae-rotransportados. Sobre esta plataforma se disponen motor, caja de cambios, carretes de cable de perforacin y de maniobra, ba-lancn, etc.

Mstil o torre: Constituido por un mstil nico o por una estructura de vigas soldadas (en algunos casos telescpica), debe poseer una gran resistencia, pues so-porta considerables esfuerzos. Se asegura mediante una serie de vientos de acero. Durante el transporte del equipo suele ir basculada sobre su base y apoyada sobre la plataforma. La capacidad de tiro y resis-tencia del mstil y cabrestante definirn la capacidad del equipo.

Carretes/cabrestantes: El principal es el responsable del alojo y arrastre del cable de trabajo. Generalmente se cuenta con otro auxiliar, de menor tamao, para el ca-ble de limpieza y maniobra.

Cabina de mando: Los mandos de con-trol del motor, caja de cambios, carretes de cable, etc. suelen ir agrupados en un lateral de la base de la torre de la mquina, de for-ma que el perforador pueda operarlos con visin directa a la boca del sondeo.

Herramientas de perforacin y limpie-za: Se incluyen aqu los distintos trpanos, barrones, monteras, vlvulas, etc. para los distintos dimetros de perforacin.

Otras herramientas y equipos auxilia-res: Acompaando al equipo principal se transportan otras herramientas y equipos auxiliares como grupo de soldadura, herra-mientas de pesca, llaves de apriete, pesca-dores, mazas de golpeo, etc.

Como puede deducirse de la breve enumeracin de los elementos precisos, el equipo de perforacin suele ir acompaa-do de vehculos auxiliares de transporte. Adems, al ser obras generalmente pro-longadas, suele instalarse un barracn pre-fabricado o remolque mvil para los ope-rarios. En bastantes ocasiones es tambin

preciso disponer de una cisterna auxiliar para el agua de perforacin.

Mquina de perforacin

En cuanto a la mecnica de perforacin, como se ha indicado, se basa en el golpeo repetido con una herramienta pesada. El mecanismo que logra que ese golpeteo sea uniforme en frecuencia y recorrido es un balancn acoplado a la transmisin del motor del equipo. La frecuencia de golpes y recorrido de los mismos son graduables desde la cabina de mandos.

Foto 1.1.2.1. Mquina de sondeo a percusin.

Se trata de una mquina con un arma-zn y un mstil, normalmente asentada sobre un remolque o camin; consta de un motor que transmite su fuerza motriz a una rueda excntrica, transformando el movimiento giratorio en vertical que lo transfiere a lo que se denomina el Balan-cn. A este ltimo elemento va sujeto el cable que sustenta la columna de perfora-cin o sarta, apoyado a su vez en el mstil



(10 a 15 metros de altura) provisto de un elemento de amortiguacin.

El ritmo normal de golpeo de una m-quina est en una media de 45-60 golpes por minuto, mientras que la cada de la he-rramienta de golpeo o trpano puede va-riar entre 30 a 90 cm.

Aunque pueda parecer a priori un sistema primitivo y simple, la percusin por cable tiene mucho de sensibilidad y arte intuitivo del perforador. La imagen de ste agarrado al cable de perforacin ya nos da una idea de la importancia de la sensibilidad directa al comportamiento del trpano en el golpeo, de forma que pueda irse avanzando, corrigiendo carrera y fre-cuencia, y detectando cuando es preciso extraer los detritus, o cuando existe un riesgo de enganche o tendencia al desvo.

Para entender todo esto hay que tener en cuenta que el cable de perforacin no es un medio rgido sino elstico. De he-cho, para que el golpeo del trpano sea eficaz, su impacto contra el terreno debe realizarse dentro del intervalo de recorrido de alargamiento del cable por tensin. De esta forma se optimiza el aprovechamiento de la energa cintica de la herramienta, al tiempo que se facilita el rebote de la mis-ma, disminuyendo as el riesgo de engan-che o tendencia al desvo. En definitiva, se consigue un mejor aprovechamiento del efecto y mayor regularidad de la percu-sin, lo que incide tambin directamente en una mayor duracin de los elementos del equipo (principalmente el trpano y el cable de perforacin).

Antes de entrar a describir la sarta de perforacin, cabe mencionar un elemento, el amortiguador de torre (shock absorber), del que disponen la mayor parte de las per-foradoras modernas, y que tambin supo-ne una mejora en el aprovechamiento din-mico de la percusin. Como su nombre in-dica, se trata de un elemento de absorcin o amortiguador de impactos colocado en la parte superior de la torre de perforacin, acoplado generalmente a la polea principal.

Este elemento tiene por misin amortiguar los efectos negativos de los rebotes, pre-servando as la estructura de vibraciones excesivas que conduzcan a una fatiga pre-matura de los materiales de la misma.

Herramientas de perforacinLa sarta de herramientas de perforacin

est compuesta normalmente de abajo arri-ba de los siguientes elementos:

Trpano

Barra de carga

Montera

Destrabador o tijera

Cable

De estos elementos, los tres primeros conforman la herramienta de golpeo, las ti-jeras constituyen un elemento auxiliar que se utiliza o no en funcin de las caracters-ticas del terreno, y el cable es el transmisor del movimiento del balancn.

TrpanoEl trpano es la herramienta percuto-

ra y la que realiza el triturado de la roca. Debe golpear lo justo, de forma que no se hinque en la roca.

Est construida en acero forjado, con los ngulos de corte revestidos por aleacio-nes duras (carburos de tungsteno, etc.)

Su longitud vara de 1 a 3 metros y su peso oscila entre los 100 y 500 kg en po-zos pequeos, y entre los 500 y 1.200 kg en pozos de gran dimetro. Los elementos principales de un trpano son:

Angulo de penetracin.

Seccin trituradora.

Pasos de agua. Existen diferentes tipos:

o Californiano de hombros biselados.o De hombros rectos.o Cruciforme.o Salomnico.



Foto 1.1.2.2. Detalle de un trpano cruciforme.

Las variantes geomtricas de los tr-panos son muy numerosas, pues hay que tener en cuenta que frecuentemente son construidos por los propios perforadores, en funcin de sus experiencias directas. En esencia, constan de un cuerpo cilndri-co de acero en el que se han mecanizado una rosca cnica en su extremo superior (para conexin con el barrn) y un cua-drado de llave para las operaciones de roscado. El resto del cuerpo est recorri-do por unas acanaladuras que conforman, segn su nmero y morfologa, la geome-tra del trpano.

En el extremo inferior se distingue la boca de golpeo, y las reas de desgas-te correspondientes a recrecimientos del permetro final del trpano, que definen el dimetro real de perforacin de cada herramienta. Estas partes son lgicamente las que sufren el mayor desgaste durante la perforacin, siendo regularmente repa-radas, bien en campo mediante cordones de soldadura (con electrodos especiales), o con forjado cuando se realiza en un ta-ller. La geometra de la boca de golpeo depende del nmero de alas del trpano, as como del ngulo cortante o ngulo del cincel.

Figura 1.1.2.2. Geometra y morfologas de trpanos.

Barrn o barra de cargaEl barrn o barra de carga tiene como

misin aportar el peso necesario para per-forar y sirve para mantener vertical el son-deo. Su longitud es de 3 a 5 metros y su peso entre 400 y 1000 kg

De forma generalmente cilndrica, se acopla mediante uniones roscadas entre el trpano y la tijera o el cabezal giratorio. Dado que el desgaste de los trpanos es im-portante, y que al estar generalmente cons-truidos con acero de alta calidad son relati-



vamente costosos, se consigue disponer as de herramientas pesadas con menor coste.

La contrapartida de este tipo de trpa-nos es la mayor vulnerabilidad del con-junto a roturas. As, actualmente es ms habitual la utilizacin de herramientas en-terizas, es decir, hechas de una nica pieza, que combinan pesos elevados con gran re-sistencia.

MonteraLa montera o giratoria es la pieza de

unin entre barrn o trpano y el cable, y est construida de forma que permite cier-to giro. La montera va en la parte superior de la sarta y sirve para unirla al cable.

TijeraEn cuanto a la tijera, se trata de un ele-

mento constituido por dos grandes piezas ensambladas a modo de eslabones de ca-dena, cuya misin es permitir un juego de golpeo hacia arriba (20 a 30 centmetros), con objeto de liberar al trpano de posibles enganches. Sin embargo, al perder rigidez el conjunto de la sarta de perforacin se produce una prdida de efectividad en el trabajo normal, por lo que en la prctica slo se utiliza al perforar formaciones con tendencia al acuamiento o desprendi-miento. La situacin de esta pieza, cuando se monta, es entre montera y barrn, con ambas conexiones roscadas.

Cable de perforacinEl cable transmite el efecto de golpeo de

la mquina a la sarta. Est hecho de acero sin gal

manual técnico para la ejecución de pozos

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