CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS Estudios hidrogeolgicos Captacin Terminacin de sondeos

LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICAConjunto de estudios, trabajos y operaciones, llevados a cabo tanto por tcnicas directas como indirectas, encaminados a la localizacin de acuferos, para captacin de aguas subterrneas, en cantidad y con calidad adecuadas para el fin pretendido y definicin de las condiciones ptimas de explotacin. 1 Etapa: Estudio Hidrogeolgico: Conduce a la propuesta de perforacin de sondeo, con definicin tcnica y de objetivos del mismo. 2 Etapa: Construccin de la obra de captacin. 3 Etapa: Valoracin de los resultados del sondeo, para determinacin de los parmetros hidrulicos del acufero y de las condiciones ptimas de explotacin.

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1 ETAPA DE LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICA: EL ESTUDIO HIDROGEOLGICO

1.- RECOPILACION DE LA INFORMACION. 2.- ESTUDIO DE LA DEMANDA DE AGUA. 3.- ESTUDIO GEOLOGICO. 4.- ESTUDIO GEOFISICO. 5.- ESTUDIO CLIMATOLOGICO. 6.- HIDROLOGIA SUPERFICIAL. 7.-ESTUDIO HIDROGEOLOGICO. 7.1.- OBTENCION DE DATOS BASICOS. 7.2.-SINTESIS HIDROGEOLOGICA

INDICE DE UN ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA ABASTECIMIENTO URBANO A UNA POBLACION1.- INTRODUCCION1.1.- JUSTUFICACION DEL ESTUDIO 1.2.- LOCALIZACION GEOGRAFICA

2.- ANTECEDENTES 3.- SITUACION ACTUAL DEL ABASTECIMIENTO 4.- GEOLOGIA4.1.- MARCO GEOLOGICO 4.2.- SINTESIS LITOESTRATIGRAFICA 4.3.- PROSPECCION GEOFISICA 4.4.- TECTONICA

5.- CLIMATOLOGIA E HIDROLOGIA 6.- HIDROGEOLOGIA6.1.- MARCO HIDROGEOLOGICO 6.2.- FORMACIONES PERMEABLES E IMPERMEABLES 6.3.- CARACTERISTICAS HIDROGEOLOGICAS DE LOS ACUIFEROS 6.4.- INVENTARIO DE PUNTOS ACUIFEROS

7.- PROPUESTAS DE ACTUACION 8.- VALORACION DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS 9.- CONCLUSIONES ANEJOSN 1: DATOS DE CAMPO E INTERPRETACION DE LA CAMPAA DE INVESTIGACION GEOFISICA N 2: INVENTARIO DE PUNTOS ACUIFEROS

PLANOSN 1: CARTOGRAFIA HIDROGEOLOGICA N 2: CORTES HIDROGEOLOGICOS

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2 ETAPA PROPUESTAS DE CAPTACINCAPTACION DE AGUA SUBTERRANEA: Toda obra destinada a obtener un cierto volumen de agua de una formacin acufera concreta, para satisfacer una determinada demanda Factores a tener en cuenta: Caractersticas hidrogeolgicas del sector Caractersticas hidrodinmicas del acufero que se pretende captar Litologa Volumen de agua requerido Distribucin temporal de la demanda Coste de las instalaciones de explotacin y mantenimiento de la captacin

ASPECTOS QUE CONCURREN EN LA CONSTRUCCIN DE UNA CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEASACCESO AL MEDIO GEOLGICO HIDROGEOLGICO EJECUCIN DE LA PERFORACIN ACONDICIONAMIENTO DE LA PERFORACIN PARA CONVERTIRLA EN UN POZO DE PRODUCCIN Accin fsica de penetrar el subsuelo Testificacin litolgica y geofsica Identificacin de tramos permeables Idea calidad

Diseo constructivo

PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA QUE FUNCIONE CON EL MXIMO RENDIMIENTO POSIBLE EQUIPAMIENTO CONTROL MANTENIMIENTO REGENERACIN

Limpieza y desarrollo Programa de explotacin

Control de funcionamiento Anomalas de funcionamiento Soluciones

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A) ACCESO AL MEDIO GEOLGICO HIDROGEOLGICO EJECUCIN DE LA PERFORACIN Tipos de captacionesPozos de captacin vertical Pozos manuales Pozos verticales con medios mecanizados Pozos de captacin horizontal Pozos con galeras Pozo colector central y drenes radiales Captaciones longitudinales Minas Zanjas de drenaje Drenes horizontales Dispositivos de well points

Sistemas de perforacinManual Medios mecnicos simples Explosivos Mecanizada Percusin con cable Rotacin con circulacin directa Rotacin con circulacin inversa convencional Rotopercusin directa Rotopercusin inversa (campana y cross-over) Percusin con circulacin inversa

Testificacin Log o muestreo litolgico Log geofsico (diagrafas)

Identificacin, posicin y naturaleza de las zonas productoras Informacin sobre calidad qumica

B) ACONDICIONAMIENTO DE LA PERFORACIN PARA CONVERTIRLA EN POZO DE PRODUCCIN (Pozos verticales) Esquemas constructivos bsicosPozos con rejilla Pozos sin rejilla

Diseo configuracin general del pozoEntubaciones Cementaciones Rejillas y prefiltros Empujes y agresividad del medio

Diseo de la zona de admisinVelocidad de entrada, rea de huecos efectiva (Caudal de explotacin) Tipo de rejilla, ubicacin y paso Granulometra y naturaleza del prefiltro

Colocacin de rejillas Colocacin de prefiltrosPreparados en superficie (filtros dobles, con macizo de arena pegada con resina) Inyectados o vertidos desde superficie

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C) PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA QUE FUNCIONE CON EL MXIMO RENDIMIENTO POSIBLE Limpieza preliminarSegn sistema perforacin utilizado Destruccin de cake, limpieza del prefiltro

Desarrollo primarioMedios no consolidados Medios consolidados

ESTIMULACIN

Ensayos de produccin (bombeo)Curva caracterstica (s = AQ + BQn) Valoracin de prdidas de carga

MS DESARROLLO

Fijacin del caudal de explotacinMedios no consolidados Medios consolidados

Desinfeccin

D) EQUIPAMIENTO, CONTROL, MANTENIMIENTO Y REGENERACIN DE POZOS Tipo de bombaSumergida, eje vertical, airlift, aspiracin, pistn, vlvula,.. Profundidad de aspiracin Programa de bombeo Contador volumtrico + horario Tubo piezomtrico Cloracin-desinfeccin Caseta, arqueta

Control del funcionamiento Nivel esttico. Frecuencia Nivel dinmico Capacidad especfica (Q/s) Volumen extrado Kw-h consumidos Calidad qumica Anlisis del funcionamiento

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Anomalas del funcionamiento Arrastre de finos Prdidas de capacidad especfica Subsidencia Anomalas equipo de elevacin

Causas Corrosin en tubera metlica Roturas tubera Obstruccin tubera. Incrustaciones Deterioro de la calidad qumica Problemas mecnicos

Soluciones Desarrollo secundario (medios mecnicos, qumicos, mixtos) Encamisamiento Otros

Sellado y abandono

OBRAS DE CAPTACIONGALERIAS DE CAPTACION Excavacin en forma de tnel, seccin apreciable y suave pendiente Elemento de captacin Medio de transporte Nulo poder de regulacin ZANJAS Y DRENES Excavaciones lineales de escasa profundidad POZOS EXCAVADOS Excavacin manual Poca profundidad y gran dimetro Nivel piezomtrico somero Acuferos de poco espesor Problemas de arrastres Acuferos poco permeables Elevado coste POZOS CON DRENES O GALERIAS RADIALES

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SONDEOSPerforacin por medios mecnicos Grandes profundidades Reducido dimetro Inferior coste Requieren Un elemento de rotura del terreno Un motor de accionamiento Un sistema de eliminacin de detritus Un sistema de mantenimiento de las paredes Sistemas ms comunes Percusin Rotacin Rotopercusin

MTODO DE PERFORACIN PERFORACICARACTERSTICAS DIAMETRO (mm), hasta PROF (m) hasta Percusin por cable 1.200 p Rotacin directa 350 (12,5") 660 (26") rp < 1000 Semiconsoli dadas y consolidadas, blandas a muy duras y abrasivas Rotacin inversa 0.5 - 2 m Rotopercusin directa 220 (8") 350 (12,5") 380 (15") rp 200-600 Rocas duras, compactas y abrasivas Rotopercusin inversa 660 (26")

300-600 limos, arenas, gravas Semiconsolida das, blandas y poco compactas: arcillas, margas, calizas Compactas, muy fisuradas y/o karstificadas Consolidadas, compactas,, muy duras y/o abrasivas

400-800 Inconsoli dadas y semicon solidadas blandas a medias

200-600 Rocas duras, compactas y abrasivas

FORMACIONES PERFORABLES

FORMACIONES NO PERFORABLES

Muy permeables, fisuradas y/o karstificadas (prdida de circulacin)

Muy duras y compac tas. Muy permea bles. Niveles de agua muy altos

Arcillas plsticas, arenas y gravas inconsolidadas

Arenas y gravas inconsolidadas. Arcillas muy plsticas

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MTODO DE PERFORACINCaractersticas Percusin por cable Limos y arenas finas, 3-6 Arenas gruesas y gravas, 5-10 Arcillas, pizarras, 515 Arcillas arenosas, calcarenitas blandas, 15-30 Calizas duras, Simplicidad de trabajo Bajo costo inicial Adaptable a casi todas las situaciones Rotacin directa Calizas, conglomerados , areniscas, 1015 Granitos, 5-10 Arcillas, arcillas arenosas, margas y otras semiconsolida das, 30-100 Grandes profundidades Vlido en todo tipo de rocas No entubaciones provisionales Maquinaria y equipamiento sofisticados y algo costosos El uso de un mal lodo puede impermeabiliza r acuferos Rotacin inversa Arcillas, arcillas arenosas, limos, 20-70 Arenas, gravas,15-30 Margas, areniscas, 2050 conglomerados , 10-15 Avance muy rpido en inconsolidadas y semiconsolida das Gran dimetro Puede necesitar caudales de agua muy elevados Problemas en formaciones muy permeables e inconsolidadas Rotopercusin directa Roca dura y seca, 50-250 Idem saturada, 30-60 Granitos y abrasivas, 15-50 Rotopercusin inversa Roca dura y seca, 50-250 Idem saturada, 30-60 Granitos y abrasivas, 15-50

AVANCE O PENETRACION (m/da)

VENTAJAS

Muy rpido en roca dura El ms econmico, si no hay problemas

Rpido Grandes dimetros Muestreo representativo Fluidos Aforo Limitaciones en profundidad si hay mucha agua y columna de la misma

DESVENTAJAS

Avance lento en formaciones duras Profundidad limitada por el coste Entubacin obligada en formaciones inconsolidadas

La eficiencia disminuye en presencia de agua Puede haber problemas de desviacin

Cable Carrete Torre Excntrica

Balancn Eje motriz

PERCUSIN CON CABLE

Trpano

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MQUINA DE PERCUSIN

ROTACIN A CIRCULACIN DIRECTA

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TRICONOS

DE DIENTES

CON INSERTOS DE VIDIA

VARILLAJE

Circulacin inversa

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CONFIGURACIN GENERAL DE LA CAPTACIN

Entubaciones Cementaciones Rejillas y prefiltros Diseo de la zona de admisin

ENTUBACIONESRevestimiento, aislamiento o proteccin de las paredes de la obra. Finalidad Impedir el derrumbe de las paredes del sondeo. Aislar acuferos de diferente calidad o niveles piezomtricos. Evitar prdidas de circulacin. Aislar zonas peligrosas de gran plasticidad y expansibilidad. Segn la funcin Auxiliar: Se utiliza durante la perforacin y se suele recuperar al terminar sta. A veces puede quedarse en el sondeo como tubera definitiva, o bien por imposibilidad de extraccin. Provisional: Se utiliza para aislar acuferos y poder estudiar sus caractersticas independientemente. Definitiva: Es la que se instala al final de la perforacin y queda para la explotacin de la captacin.

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CEMENTACIONColocacin y fraguado de suspensiones de cemento en determinadas zonas de un pozo con diversas finalidades

FinalidadUnir la tubera ciega del revestimiento de un pozo con la pared del taladro, rellenando el espacio anular u otros espacios anulares (cementacin entre tuberas).

Misiones e inters de las cementaciones1. Aislar la zona superior del pozo no productora Para evitar las diversas formas de contaminacin por fluidos superficiales a travs del espacio anular y, en su caso, macizo de arena y grava (prefiltro) Para evitar los desprendimientos del terreno hacia las zonas de admisin (filtros) Para disminuir la corrosin en las tuberas de revestimiento protegindolas del colapso Sellar acuferos contaminados que por su mayor o menor potencial hidrulico pueden inyectar "in ascensum" o "in descendum" a travs del pozo aguas a acuferos no contaminados impedir el vaciado incontrolado y perpetuo a otro nivel o acufero superior por flujo ascendente de un acufero inferior con mayor potencial hidrulico

2. Evitar siempre que interese la comunicacin entre acuferos

3. Cementacin entre tuberas para evitar comunicaciones no deseables entre diversos acuferos superpuestos 4. Taponar el fondo del pozo 5. Liberar dentro de lo posible presiones radiales centrpetas contra las tuberas

REJILLASTubos metlicos filtrantes que juntamente con revestimiento constituyen la columna del sondeo. la tubera de

permiten la entrada del agua al interior del sondeo sirven de contencin de la grava artificial permiten el desarrollo del pozo mantienen las paredes de la perforacin evita el arrastre de materiales que no se desea eliminar La seleccin de la rejilla se hace en funcin de: la curva granulomtrica del acufero dimetro ms adecuado caudal que se espera conseguir en cada captacin Objetivo primordial Permitir la libre circulacin del agua hacia el pozo con el mnimo posible de rozamiento para evitar prdidas de carga parsitas

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Descenso de entubacin y rejillas

MACIZOS, PREFILTROS, GRAVEL - PACKA) COMO ESTABILIZADOR DE LAS PAREDES DEL SONDEO (Relleno espacio anular) No importa la granulometra del prefiltro Puede instalarse en cualquier tipo de medio litolgico B) COMO ESTABILIZADOR DE LA FORMACIN ACUFERA GRANULAR Y NO CONSOLIDADA Es importante la granulometra del prefiltro en relacin con la granulometra del medio acufero Es importante una buena tcnica de colocacin (evitar puentes, evitar segregacin de tamaos en el prefiltro)

El empaque de gravas: Impide que se provoquen arrastres de materiales slidos durante la explotacin del sondeo Aumenta la permeabilidad en el entorno del pozo Disminuye la velocidad de circulacin del agua en su paso por el empaque Aumenta el rendimiento especfico del sondeo al reducirse las prdidas de carga. Sirve de base para poder desarrollar el sondeo mediante la eliminacin de un determinado porcentaje de finos

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Colocacin de prefiltrosA ) PROCEDIMIENTOS NATURALES (Inyeccin, vertido desde la superficie) 1. Vertido por el espacio anularManualPozos prof de 0 150 m)

Adecuado en pozos construidos a percusin, sin excluir los otros sistemas Preferentemente en pozos construidos con tcnicas de rotacin y circulacin de fluidos

Manual ayudado con la circulacinPozos prof. de 150 a 400 m

2. Inyeccin hidrulicaMtodos a pozo abierto Mtodos a pozo cerrado(todas las profundidades)

Adecuados en pozos construidos con tcnicas de rotacin y circulacin de fluidos

B) PROCEDIMIENTOS ARTIFICIALES (preparados en superficie)Se colocan como una rejilla cualquiera

Rejillas dobles Rejillas con macizo de arena pegada con resina (interior o exterior) Tubo base ranurado y macizo adosado con tela metlica o de plstico

DISEO DE LA ZONA DE ADMISIN Y CONFIGURACIN GENERAL DEL POZOSi no se conoce el acufero Muestreo litolgico. Identificacin de litologa y granulometra Diagrafas (sondeo sin entubar) Control piezomtrico (variaciones de niveles en el sondeo) Ensayos de valvuleo (percusin) Control caudal bombeado (rotopercusin directa/inversa) Estimacin calidad qumica

Sondeo piloto de investigacin (ensanchable si positiva)

Ensanchar

Entubar

Colocar rejillas

Colocar prefiltros

Cementar

Instalar bomba

Bombear

Si se conoce el acufero(idea sobre posicin, naturaleza y parmetros hidrulicos)

Disear un pozo para obtener un determinado caudal

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Velocidades a considerar en el diseo de la zona de admisin y caudal de explotacin de pozos(medios granulares no consolidados o semiconsolidados) Velocidad de Darcy Velocidad real Velocidad de entrada en rejilla Velocidad crtica de Darcy

Vdarcy Vd = k i

SVdarcy

Q = S Vd = S k i

Vdarcy Vreal = Vd / m

V entrada en rejilla

A partir de la cual se establece un rgimen turbulento en el entorno de la rejilla

Velocidad crtica de Darcy (Vcd)

a) Frmulas empricasVcd K1/2 / 15 K en m/s (Frmula de Sitchar) Vcd 0,2 d40 d40 en mm, Vcd en m/s (N de Gross)

b ) N de ReynoldsVcd = NR / D D = d10 d50, NR entre 4 y 10

3 ETAPA VALORACIN DE LA CAPTACIN Caudal de explotacin y velocidades de entrada en rejillaQT(medios granulares no consolidados o semiconsolidados)1,5 QT 3QT

Q

Caudal terico de Darcy (QT) QT = ST / B = 2R L K1/2 / 15 Se recomienda explotar a QT por:

ST

BQ

No provocar arrastres de finos No colmatar el entorno de la rejilla No incrustar la rejilla o activar corrosin Conseguir una larga vida til del pozo Evitar frecuentes desarrollos secundarios que encarezcan la operacin y mantenimiento del pozo Evitar fenmenos de socavacin y colapso que comprometan la estructura general del pozo

S

CQn En realidad: Los pozos bien construidos se explotan a caudales que van desde 1,5 QT a 3 QT sin problemas especiales (salvo aguas incrustantes) 1,5 QT a 2 QT si K = 1 60 m/da 2 QT a 3 QT si K > 60 m/da

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EVALUACIN AFOROInforman sobre Caractersticas hidrodinmicos del acufero Eficiencia de la captacin Mtodos de ensayo A caudal constante Rgimen de equilibrio (permanente) Rgimen no permanente A caudal variable Bombeos escalonados Ensayos de recuperacin Parmetros que se obtienen Caudal ptimo Radio de influencia Transmisividad Permeabilidad Prdidas de carga

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