Curso: Aguas SubterráneasTema: Caracterización del Material de AcuíferoNombre: Ricardo León OchoaProfesor: Ing. Guillermo AguilarFecha: 14 de Abril del 2015

Caracterización del Material de Acuífero

INTRODUCCION

La utilización de empaque de grava en pozos de agua, como pre-filtro de arena y como elemento estructural de estas edificaciones subterráneas, sigue ganando popularidad en todo el mundo. Su versatilidad convierte a los pozos engravados en los favoritos de los diseñadores y de los constructores de pozos al ofrecer un sistema rápido y seguro para estabilizar el espacio anular y controlar el arrastre de arena.

A medida que el sistema de perforación rotativo gana adeptos al proporcionar un sistema rápido y eficiente, el pre-filtro de grava ofrece un método de controlar la arena superando las dificultades inherentes a la instalación que cumpla con los requisitos teóricos basados en las muestras de formación.

El tradicional método de diseñar un empaque en base a muestras de las formaciones es teóricamente correcto y funciona perfectamente bien en un laboratorio, o en un medio donde es posible controlar físicamente la instalación de una grava filtrante perfectamente ubicada y seleccionada. En realidad, las condiciones de campo que rodean un pozo de agua, hacen imposible cumplir con los postulados teóricos de un pre-filtro de grava.

OBJETIVOS

- Caracterizar el material de acuífero mediante algunas propiedades físicas como la Textura, coeficiente de uniformidad, etc.

- Diseñar el paquete de grava (granulometría del paquete de grava)

- Diseñar el tamaño de las aberturas de la tubería ranurada

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

- Material de acuífero 1 Kg. (no debe ser exacto)- Un juego de tamices

- Una balanza de precisión

Procedimiento:

- colocar los tamices de mayor a menor colocando la numero 200 al final

- vaciar el material de acuífero en la parte superior y tamizar

- luego de tamizar durante un tiempo considerable, pesar cada muestra retenida

- luego hallar los porcentajes retenidos y retenidos acumulados

- dibujar la curva granulométrica

- hallar el coeficiente de uniformidad, y luego la curva granulométrica de la grava

- diseñar el paquete de grava

- Diseñar el tamaño de las aberturas de la tubería ranurada

RESULTADOS

Análisis de la curva granulométrica

- Luego de Dibujar la Curva granulométrica, hallamos el coeficiente de uniformidad que es el diámetro hasta donde queda retenido el 40% del material entre el diámetro hasta donde queda retenido el 90% del material

- D40 / D90 = CU……………………….0.53/0.15 = 3.53

- según la curva, el material de acuífero seria clasificado como des-uniforme 2<CU<4

Análisis de la grava para el empaque filtrante

- Este diseño se hace en función de análisis del material de acuífero, como obtuvimos un material Des-uniforme anteriormente, el diámetro hasta donde queda el 70% del material de acuífero multiplicado por cinco será igual al diámetro del 70 % de la grava.

- D70 (grava) = 5*D70 (material de acuífero)

- 1.5 mm (grava) = 5*0.3mm (material de acuífero)

- Teniendo este resultado dibujamos la curva granulométrica de la grava.

- Para eso hallamos el diámetro del 40% y el diámetro del 90%

- Aleatoriamente elegimos el diámetro del 90% , le colocamos 1.2mm

- Estos datos los llevamos ala ecuación de coeficiente de uniformidad para la grava

- CU (grava) = D40(grava) / D90 (grava)

- Nosotros necesitamos que la grava sea Uniforme, por lo que para hallar el D40, asumimos que el valor de CU es 2 el limite de uniformidad de un análisis de material

- CU<2…uniforme…… 2 = D40 (grava) / 1.2…. entonces D40 = 2.4 mm

- Finalmente dibujamos la curva granulométrica de la grava, se le da un 20% para ambos lados en la curva, que es el límite minimo y maximo de los diámetros que se deben usar para la grava.

Diseño de la abertura de las rejillas

- La rejilla debe retener el 90 % de la grava colocada, por lo que se permite que solo el 10% de la grava pase dicha rejilla.

- El diámetro de la rejilla deberá ser entonces el diámetro hasta donde queda retenido el 90% de la grava.

- Diámetro de rejilla = D90 (grava)…………….= 1.2 mm

Material de acuifero Grava Rejilla

D90 0.15 mm 1.2 mmD40 0.53 mm 2.4 mmD70 0.3 mm 1.5 mmCU 3.53 2Diámetro Final 1.2 mm

Figura 2: Resultados de diseños de grava y abertura de Rejilla

CURVA GRANULOMETRICA DE LA GRAVA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

DIAMETRO DE TAMICES (MM)

PO

RC

EN

TA

JE

S

Serie1

Serie2

Serie3

Grafico 2: Curva granulométrica de la grava con el 20% de límites

DISCUSIONES Y CONCLUSIONES

- El material de acuífero es no uniforme CU= 3.5, llegando casi a 4 lo que indica que tiene una textura muy variada, además existe un porcentaje considerable de material que paso la malla 200 (material cohesivo). Por lo que se tendría que tener precauciones.

- La grava utilizada deberá ser lo mas redondeada posible, y con cierto grado de uniformidad. Esta uniformidad la damos en el diseño. Por eso igualamos el CU a 2, que es el límite de un material uniforme.

- El 20% a ambos lados de la curva granulométrica de la grava nos indica el limite minimo y el limite maximo de las gravas que se podrán utilizar para el empaque artificial.

- La tubería ranurada se diseña con ayuda de la grava. Las ranuras mencionadas solo deben dejar pasar el 10 de grava como maximo hacia dentro de la tubería. Por esta razón el diámetro del 90% de la grava será igual al diámetro de la rejilla, obtuvimos 1.2 mm.

- El espesor del empaque artificial debe ser de 8 a 15 cm esto debido a que:

- Cuando mayor sea el espesor del empaque, menos será la velocidad de circulación del agua en el acuífero y, consecuentemente aumentara la dificultad de eliminación de materiales finos.

- Un espesor excesivo requiere grandes diámetros de perforación lo que aumenta el coste de la obra, etc.

- Existen pozos proyectados sin empaques de gravas, el diámetro de abertura de la rejilla deberá ser igual o menor que el diámetro de los granos de la formación que se quieran retener.

BIBLIOGRAFIA

www.astromia.com/tierraluna/aguasubterraneas.htm

http://water.usgs.gov/gotita/earthgwwells.html

CUESTIONARIO

1. Cuales son las funciones del paquete de gravas

Un empaque de grava puede estar constituido por grava de río, silícea, redondeada, lavada, limpia de arcilla o limo y que no contenga más de 5% de material calcáreo. Esta se desinfectará inmediatamente antes de colocarse, con una concentración de cloro no menor de 60 ppm. , El Ingeniero Supervisor debe constatar la cantidad y calidad de la grava colocada. El Ingeniero Supervisor determinará el nivel superior que debe tener el empaque de grava después de finalizada su colocación. Si este nivel desciende por efecto del desarrollo o de la prueba de bombeo, el contratista deberá agregar el volumen adicional de grava, hasta recuperar el nivel indicado por el Ingeniero.

- Las funciones son: crear una capa con macroporos, por donde filtre el agua del suelo hacia la tubería.

- Aislar las paredes de la perforación, respecto a la tiuberia, ya que si esta mantiene contacto con una superficie pobremente rugosa, como la del tubo, los poros del suelo se cerraran y no filtrara el agua con facilidad hacia la tubería.

2. Acorde con el criterio de Terzaghi para determinar el tamaño de la grava es:

4* d15 < =D15< = 4 D85………………….4 (0.85) < D15 < 4(0.18)….D15promedio = 2.06

D: diámetro de la grava, d: diámetro de material de acuifero

D (rejilla) = d 85………………….D (rejilla) = 0.18

Los resultados son diferentes a los que hayamos anteriormente. El criterio indicaría que la rejilla solo tendría 0.18 mm de diámetro, el cual es muy pequeño

3. Acorde con el criterio de British Standard, el tamaño de la abertura de la rejilla de satisfacer el criterio:

D(rejilla) < 0.5 d85………………………D (rejilla) = 0.09

Diámetro muy pequeño comparado con los resultados generales.

4. Acorde con criterios propuestos por científicos rusos, se tiene que:

D50/d50 = 8 a 12, es decir se D50/d50 < 7, ocurrirá obstrucciones en la interfase entre el material de acuífero y el paquete de grava, si D50/d50 <15 el pozo arenara.

D50/d50 = 2 / 0.46 =4.34 ocurrirá obstrucciones

5. Vp = 50 l/s / 3.14*18”*15m = 2*106 m/s

Re = 2*106 m/s * (0.0015 m) /1.002 * 10-3 = Re = 2295.41

Para valores de la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.