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Pozos perforados Ingeniera sanitaria 1 1 Definición y descripción de un pozo Un pozo es un agujero, excavación o túnel vertical que perfora la tierra hasta cierta profundidad para alcanzar un material en específico. En nuestro caso, un pozo de agua es una obra de captación vertical que permite la explotación del agua freática contenida en los intersticios o las fisuras de una roca del subsuelo en lo que se denomina acuífero. Los pozos presentan una gran diversidad en sus profundidades, volúmenes de agua, coste y pureza de la misma, que puede necesitar o no de un tratamiento antes de ser consumida. Los pozos excavados se encuentran entre las fuentes de aprovisionamiento de agua más antigua. Los primeros pozos eran simples agujeros sin protección frente a los desprendimientos, los cuales no han resistido el paso del tiempo. Los pozos tradicionales para recoger agua en la actualidad, suelen emplazarse en el entorno de las casas, bien en el patio de la vivienda o en la zona común vecinal (plaza, encrucijada de calles), siempre y cuando se halle agua a un nivel moderadamente profundo. Por seguridad y utilidad, el pozo se rodea a nivel de superficie con un brocal, a modo de pretil o parapeto, sobre el que se instala una polea o un cigüeño, para subir el cubo que contiene el agua extraída. También se le suele colocar una tapadera para evitar que caiga suciedad al interior. Existen tres grandes categorías de pozos: los excavados, los hincados, los aforados, más conocidos comúnmente como perforaciones, el cual es un término ambiguo que designa al mismo tiempo una obra y una técnica de trabajo. La elección del tipo de obra a realizar depende esencialmente de la profundidad de la capa acuífera, de los datos hidrogeológicos del terreno, de la rapidez deseada y del coste de la operación. Pozos Excavados: Excavar el terreno con ayuda de un pico y una pala es la técnica más sencilla y antigua. También es la más extenuante, aunque resulta menos costosa. Requiere que el suelo esté relativamente blando y que la capa freática no sea demasiado profunda. A menudo, estos pozos están delimitados por piedras que los refuerzan y evitan su derrumbamiento, aunque es altamente preferible encubarlos (mantenerlos en vertical) con anillos de hormigón, que se pueden realizar con facilidad en el mismo lugar mediante moldes. También se pueden utilizar medios mecánicos de excavación menos rústicos para reducir los esfuerzos físicos importantes. Los pozos excavados no son muy profundos ( normalmente tienen entre 10

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Definición y descripción de un pozo

Un pozo es un agujero, excavación o túnel vertical que perfora la tierra hasta cierta

profundidad para alcanzar un material en específico. En nuestro caso, un pozo de

agua es una obra de captación vertical que permite la explotación del agua freática

contenida en los intersticios o las fisuras de una roca del subsuelo en lo que se

denomina acuífero. Los pozos presentan una gran diversidad en sus profundidades,

volúmenes de agua, coste y pureza de la misma, que puede necesitar o no de un

tratamiento antes de ser consumida.

Los pozos excavados se encuentran entre las fuentes de aprovisionamiento de

agua más antigua. Los primeros pozos eran simples agujeros sin protección frente

a los desprendimientos, los cuales no han resistido el paso del tiempo.

Los pozos tradicionales para recoger agua en la actualidad, suelen emplazarse en

el entorno de las casas, bien en el patio de la vivienda o en la zona común vecinal

(plaza, encrucijada de calles), siempre y cuando se halle agua a un nivel

moderadamente profundo. Por seguridad y utilidad, el pozo se rodea a nivel de

superficie con un brocal, a modo de pretil o parapeto, sobre el que se instala una

polea o un cigüeño, para subir el cubo que contiene el agua extraída. También se le

suele colocar una tapadera para evitar que caiga suciedad al interior.

Existen tres grandes categorías de pozos: los excavados, los hincados, los

aforados, más conocidos comúnmente como perforaciones, el cual es un término

ambiguo que designa al mismo tiempo una obra y una técnica de trabajo.

La elección del tipo de obra a realizar depende esencialmente de la profundidad de

la capa acuífera, de los datos hidrogeológicos del terreno, de la rapidez deseada y

del coste de la operación.

Pozos Excavados: Excavar el terreno con ayuda de un pico y una pala es la

técnica más sencilla y antigua. También es la más extenuante, aunque

resulta menos costosa. Requiere que el suelo esté relativamente blando y

que la capa freática no sea demasiado profunda. A menudo, estos pozos

están delimitados por piedras que los refuerzan y evitan su derrumbamiento,

aunque es altamente preferible encubarlos (mantenerlos en vertical) con

anillos de hormigón, que se pueden realizar con facilidad en el mismo lugar

mediante moldes. También se pueden utilizar medios mecánicos de

excavación menos rústicos para reducir los esfuerzos físicos importantes.

Los pozos excavados no son muy profundos (normalmente tienen entre 10

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y 20 m, y excepcionalmente llegan hasta los 30 o 40 m). Al ser poco

profundos, existe riesgo de contaminación y pueden secarse más

fácilmente que los otros tipos de pozos.

Pozos Hincados: Los pozos hincados se realizan mediante deformación. A

menudo se fija un filtro o tamiz en la parte inferior del conducto para filtrar la

arena y el resto de partículas e impedir que penetren en los pozos. Utilizando

esta técnica, solo se puede extraer el agua situada a profundidades medias

de entre 15 y 100 m. Al igual que los pozos excavados también están

expuestos a la contaminación y la desecación, aunque en menor medida.

Pozos Aforados o Perforaciones: Muchos de los pozos modernos son

pozos aforados excavados por percusión de una herramienta en el suelo o

por la acción rotatoria de una herramienta cortante (hoyadora,

taladradora, barrena) que gira alrededor de un eje vertical y rompe y tritura

las rocas, cuyos residuos suelen llevarse hasta la superficie a través de

lodos. Pueden alcanzar hasta 300 m de profundidad.

Características principales que hay tomar en cuenta en los

pozos

A fin de lograr el mejor diseño es necesario establecer algunas definiciones y

características de los pozos.

Nivel Estático del Agua (NEA): es la distancia medida desde la superficie del

terreno hasta el nivel del agua en el pozo no afectado por ningún bombeo. Este

nivel está definido por la línea de carga en el acuífero.

Nivel de Bombeo (N.B): es la distancia medida desde la superficie del terreno

hasta el nivel del agua en el pozo, cuando se extrae un determinado gasto.

(También se denomina nivel dinámico). Este nivel es dependiente del gasto

bombeado.

Abatimiento (A): es la diferencia entre el nivel de bombeo y nivel estático y

similarmente será función del gasto bombeado. Representa la carga en metros de

agua que produce el flujo desde el acuífero hacia el pozo y el caudal que se está

extrayendo.

Curva granulométrica: es la curva que se obtiene al graficar los porcentajes en

pesos retenidos en una serie de cedazos de la escala de Tyler o de la serie

estándar americana, de una muestra del material del acuífero, contra el tamaño de

las aberturas correspondientes a dichos cedazos.

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Tamaño efectivo: está representado por el tamaño de la abertura correspondiente

al 90% retenido de la curva granulométrica.

Valor modal: está representado por el tamaño de la abertura correspondiente al

70% retenido de la curva granulométrica.

Coeficiente de uniformidad: representa al cociente entre el tamaño efectivo y el

tamaño correspondiente al 40% retenido en la curva granulométrica y es

equivalente a la pendiente de dicha curva entre esos dos puntos.

Capacidad Específica: representa la relación entre el gasto extraído y el

abatimiento provocado para un tiempo determinado.

Se expresa C.E = Rendimiento/Depresión, en m3/hora/m, l/seg/m, m3/min/m.

Depresión: N.E.A - N.Bombeo en pie o en metro.

Rendimiento del Pozo (producción): es el volumen de agua por unidad de tiempo

que el pozo está descargando ya sea por bombeo (l/seg, m3/min).

Radio de influencia: es la distancia alrededor de la obra de captación hasta donde

llegan a ocurrir descensos en el nivel de agua cuando se realiza el bombeo.

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Captación de aguas subterráneas mediante pozos profundos en acuíferos libres.

Captación de aguas subterráneas mediante pozos profundos en acuíferos

confinados.

Donde:

A: abatimiento.

B: nivel estático.

C: espesor del acuífero.

D: nivel de bombeo.

R: radio del círculo de influencia.

F: cono de depresión.

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Principio de funcionamiento

El funcionamiento de los pozos está basado en el principio de cómo el agua

almacenada en los materiales del acuífero es cedida por drenaje gravitacional.

Al producirse el descenso del nivel estático del pozo, se establece un gradiente

hidráulico entre cualquier punto de la formación y el pozo, originándose un

movimiento radial desde todas las direcciones hacia el pozo en una forma simétrica

y de tal manera que el caudal Q que se extrae del pozo es igual al caudal que pasa

por cualquier sección del acuífero. A medida que la velocidad aumenta mayor será

el gradiente hidráulico ya que aumenta la fricción existente entre el fluido y las

partículas sólidas en contacto; es por eso que lo que se forma alrededor del pozo

se le conoce como cono de depresión que sobre un plano vertical presenta una

curva conocida con el nombre de curva de abatimiento.

La forma convexa del cono se debe a que el agua que fluye radialmente hacia el

sondeo tiene que atravesar cada vez secciones menores (las paredes de

imaginarios cilindros concéntricos con el sondeo), de modo que, según Darcy, si

disminuye la sección, tendrá que aumentar el gradiente para que el producto

permanezca constante. La forma, alcance y profundidad de este cono de depresión

dependerá de las condiciones hidrogeológicas (transmisividad y coeficiente de

almacenamiento del acuífero), del caudal y el tiempo de bombeo o inyección. En el

acuífero confinado el cono de depresión es la representación de la variación de los

niveles piezométricos en tanto que en el acuífero libre es además la forma real de

la superficie piezométrica.

En un acuífero libre, es la superficie freática la que toma la forma del cono de

descenso. En cambio, si lo que se bombea es un acuífero confinado o semi

confinado, y suponemos que la superficie piezométrica inicial es horizontal, al iniciar

el bombeo es dicha superficie la que

forma el cono de descensos, y son

igualmente válidas las consideraciones

anteriores. En ambos casos, libre y

confinado, el agua circula radialmente

hacia el sondeo, pero la diferencia es

que en el acuífero libre el agua circula

por toda la sección transversal, desde

el cono hacia abajo, mientras que en el

confinado solamente circula por el

propio acuífero.

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Desde mediados del siglo XIX se intentó encontrar expresiones matemáticas que

reflejaran la forma y evolución del cono de descensos. Es evidente la utilidad de

estas expresiones en la práctica: podremos evaluar la influencia que tendrá un

bombeo en puntos vecinos; si el radio de nuestro bombeo podría llegar a una zona

determinada en la que se infiltra agua contaminada, o calcular si será preferible

extraer el caudal necesario mediante un solo sondeo de mayor caudal o con varios

de menor caudal, etc.

Durante muchos años se ha buscado describir el movimiento del flujo subterráneo,

el cual es visto de dos maneras:

1. Movimiento no permanente

En 1935 Theis planteó el modelo matemático para describir el movimiento de agua

subterránea en acuíferos homogéneos e isotrópicos. Este modelo describe el flujo

transigente en acuíferos bajo condiciones constantes de extracción de un pozo en

acuíferos. A pesar de sus limitaciones tiene muchas aplicaciones en la hidráulica de

pozos. Trata el pozo como una línea origen y no toma en consideración el agua

obtenida del almacenamiento dentro del pozo. Papadopulos y Cooper generalizaron

la ecuación de Theis considerando los efectos de almacenamiento.

Se presentan varios casos:

a) Pozos de diámetro pequeño: en estos pozos usualmente el diámetro varía

entre 0.05 m y 0.25 m. Para caracterizar el movimiento del flujo se

consideran diferentes condiciones para los acuíferos, de dicha manera

tenemos:

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Acuífero Confinado

Para el cumplimiento del modelo, Theis tomó diferentes consideraciones, consideró

un acuífero homogéneo e isotrópico, horizontal y de espesor constante “b”; una

descarga constante “Q”; no hay goteo; el acuífero es de extensión infinita; el

diámetro del pozo es infinitesimalmente pequeño, es decir, se desprecia el

almacenamiento del pozo; el pozo penetra todo el acuífero; antes del bombeo la

carga piezométrica en el acuífero es la misma en cada punto del mismo; la

descarga del pozo es obtenida exclusivamente del almacenamiento del acuífero; el

almacenamiento en el acuífero es proporcional a la carga hidráulica.

La ecuación de movimiento que gobierna el flujo en acuíferos isotrópicos es:

(

)

Dónde: T es la Transmisividad, S el coeficiente de almacenamiento y K la

conductividad hidráulica.

Theis encontró la función de abatimiento por analogía de transferencia de calor en

sólidos:

( )

Donde A es una constante, y

. Para un tiempo (t) mayor que cero el

volumen total (V) de agua tomado del acuífero es:

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Al final se obtiene la función de pozo de Theis:

Su solución está dada por una serie de potencias:

( ) ( ) ∑( )

De dicha manera podemos definir el abatimiento en función de la curva de Theis:

( )

( )

La curva típica de Theis es útil para determinar los parámetros hidrogeológicos de

acuíferos confinados usando datos de pruebas de bombeo. También se pueden

trazar isolíneas de tiempo graficando el abatimiento en función del radio e isolíneas

de radio, graficando el abatimiento en función del tiempo.

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Cooper y Jacob en 1946 tomaron otras consideraciones determinándose de dicha

manera la ecuación conocida como Ecuación de Jacob:

Una de las aplicaciones de esta ecuación es para encontrar el radio de influencia

cuando el abatimiento es nulo:

La ecuación de Jacob tiene la ventaja, respecto a la ecuación de Theis, de no

requerir la consulta o tablas de la función de pozo de Theis.

La capacidad específica, CE de un pozo es definida como la relación de su

descarga con su abatimiento total [CE=Q/s]; en otras palabras es el caudal por

unidad de abatimiento. Se puede desarrollar una muy simple ecuación para estimar

la transmisividad a partir de la capacidad específica, usando la ecuación de Jacob.

Esta derivación está basada en un diámetro medio del pozo en un período

promedio de bombeo, y valores típicos del coeficiente de almacenamiento y

producción específica.

Para acuíferos confinados, Driscoll en 1986 (Batu, 1998) asumió los siguientes

valores típicos:

Si se tienen múltiples pozos, la información obtenida de las anteriores ecuaciones

puede usarse para estimar la conductividad hidráulica promedio (Kmed [m/d]) del

acuífero, mediante la siguiente relación:

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Donde K es la conductividad de cada pozo, n es el número del pozo y L es la

longitud del filtro.

En 1984, Chen extendió la ecuación de Theis, para acuíferos de extensión lateral

finita, como islas o meandros. Determinó que la distancia en la cual el abatimiento

es nulo, en condiciones de bombeo, es conocida, y la llama R. Es decir: s(R,t) = 0,

donde R es la es la distancia radial donde la energía es cero. La solución

encontrada se conoce como la Ecuación de Chen (Batú, 1998):

Donde:

Donde:

J0, J1: función de Bessel de orden cero y uno.

βn: es la enésima raíz que satisface J0(R χn) = 0.

Acuífero Semiconfinado

Hantush y Jacob en 1955 (Batu, 1998), desarrollaron el modelo aplicable a

acuíferos semiconfinados, isotrópicos y homogéneos, ilustrado en la Figura 6. Estos

dos

investigadores tuvieron en cuenta las siguientes suposiciones: Acuífero homogéneo

e isotrópico, Acuífero horizontal y de espesor constante, b, y su capa confinante

posee un espesor constante b’ y una conductividad hidráulica vertical K’; Descarga

contante, Q; Acuífero de extensión infinita; El diámetro del pozo es

infinitesimalmente pequeño, es decir que no existe almacenamiento en el pozo; El

pozo penetra todo el acuífero; La capa confinante no almacena agua; El flujo en el

acuífero es horizontal y el goteo es vertical; Inicialmente, la tabla de agua posee la

misma altura de la carga hidráulica del acuífero y es igual a h0.

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Basándose en los parámetros expuestos y valiéndose de las ecuaciones

planteadas por Theis y la ley de Darcy, obtuvieron la ecuación que define el

movimiento:

Donde:

Es la función de pozo para acuíferos semiconfinados de Hantush y

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Jacob. Está función describe una serie, cuya expresión es:

Acuíferos Libres

En 1972, Neuman, aprovechando desarrollos realizados por Boulton (1954), (Batu,

1998) simplifico la ecuación de movimiento en acuíferos libre, ilustrados en la

Figura. Las consideraciones que él tuvo en cuenta son: La tasa de bombeo es

contante, Q; el diámetro del pozo es infinitamente pequeño; el pozo penetra

completamente en el acuífero; en la zona saturada del acuífero , la ley de Darcy se

cumple siempre; el acuífero tiene extensión lateral infinita; el material del acuífero

es homogéneo pero anisotrópico, y su principal conductividad hidráulica está

orientada paralela a los ejes coordenados; el agua es bombeada por compactación

del acuífero, expansión del aguay drena por gravedad de la superficie libre; el pozo

puede ser tratados como una línea hundida; el abatimiento de la tabla de agua es

pequeño comparado con el espesor de la zona saturada; los efectos de capilaridad

son despreciables.

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La posición de la superficie libre de los acuíferos libres cambia en el espacio bajo

condiciones de flujo transiente, por este motivo, la superficie libre es tratada como

una frontera en movimiento. Bajo esta concepción, la frontera de la región de flujo,

consiste de tres partes complementarias, mostradas en la Figura: La frontera de

carga prescrita, A1, la frontera de flujo prescrito, A2 y frontera de la superficie libre,

FS. Las otras fronteras tienden al infinito. La pared del pozo se incluye en A1.

La solución encontrada por Neuman para el abatimiento es:

b) Pozos de Gran Diámetro

Los pozos de diámetro pequeño son representados mediante una serie de modelos

matemáticos, esta aproximación es inapropiada para pozos con un diámetro mayor.

En particular los radios de los pozos excavados pueden ser de 0.5m – 2m o más.

La teoría de Theis asume que el pozo es una línea en el origen. Esta suposición no

tiene en cuenta los efectos significativos de almacenamiento. Los efectos de este

almacenamiento en el pozo, llegan a ser importantes cuando la transmisividad y el

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coeficiente de almacenamiento del acuífero son pequeños o cuando diámetro del

pozo de bombeo es grande. Papadopulos y Cooper (1967) desarrollaron soluciones

analíticas en y alrededor de pozos de gran diámetro en acuíferos confinados

homogéneos e isotrópicos, tomando en cuenta los efectos del almacenamiento

dentro del pozo. Después, Moensch (1985) presentó modelos matemáticos que

combinaron los acuíferos semiconfinados de Hantush (1985) con la teoría antes

mencionada del flujo en pozos de gran diámetro.

La Figura muestra la sección transversal de un pozo de gran diámetro que penetra

totalmente un acuífero confinado. Papadopulos y Cooper (1967) desarrollaron una

solución analítica bajo condiciones de explotación con las siguientes suposiciones:

el acuífero es un homogéneo e isotrópico; el acuífero es horizontal y tiene un

espesor constante (b); la tasa de descarga (Q) del pozo es constante; el acuífero no

tiene goteo y es horizontalmente infinito; el pozo penetra totalmente el acuífero; las

pérdidas en el pozo son despreciables; antes del bombeo, la carga hidráulica en el

acuífero es la misma en todos los puntos del acuífero; la descarga de los pozos es

derivada exclusivamente del volumen almacenado en el acuífero; el agua es

inmediatamente tomada en el bombeo, lo que hace decaer la carga hidráulica; el

almacenamiento en el acuífero es proporcional a la carga hidráulica.

Resolvieron el problema planteado llegando a la siguiente ecuación, cuya solución

está en función de las ordenadas de Laplace y la serie de Bessel:

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2. Movimiento Permanente

Después de largos períodos de bombeo o recarga de un pozo, el flujo de aguas

subterráneas alrededor de un pozo se aproxima al estado estable. Esto significa

que la carga hidráulica del pozo en cualquier punto del acuífero no cambia con el

tiempo. El período requerido para alcanzar el estado estable depende de las

características hidráulicas del acuífero. Para los acuíferos menos permeables el

período es más largo que para los altamente permeables. Las soluciones de estado

estable juegan un papel muy importante en el análisis de datos de abatimiento para

la determinación de las características hidráulicas del acuífero y hacer el avalúo de

la zona de influencia de un pozo o una batería de pozos.

a) Acuífero Confinado

Thiem (1906) fue el primero en derivar una solución para el flujo hacia un pozo en

condiciones estables para acuíferos confinados con base en las siguientes

suposiciones: Acuífero horizontal y con espesor constante; acuífero homogéneo e

isotrópico y de extensión lateral infinita; la carga hidráulica tiene una superficie

horizontal antes del bombeo; la ley de Darcy es válida en el acuífero; el agua es

instantáneamente removida del almacenamiento proporcionalmente con el

decaimiento de la carga hidráulica; la tasa del bombeo del pozo es contante; el flujo

es simétrico con respecto al eje del pozo.

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Utilizando la ecuación de continuidad, a cualquier anillo concéntrico al pozo y

teniendo en cuenta que se analiza el proceso de bombeo, el caudal es negativo (si

el pozo fuera de inyección el caudal sería positivo), se tiene que:

Donde vr es la velocidad radial dada por la Ley de Darcy:

Al final de una serie de procesos matemáticos se obtiene la ecuación de Thiem:

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Con dicha ecuación se puede predecir el radio de influencia de un pozo:

b) Acuífero Semiconfinado

La solución propuesta independientemente por De Glee & Jacob, se basa en las

siguientes suposiciones: El acuífero es limitado abajo por un lecho impermeable, y

arriba por una capa semiconfinante; sobre la capa semiconfinante, existe un

acuífero libre que tiene una tabla de aguas horizontal, cuya carga hidráulica es

constante (h0). El suministro de agua al acuífero libre es suficiente para mantener

h0 constante; l flujo en la capa semiconfinante es vertical; Las mismas suposiciones

del acuífero confinado.

La ley de Darcy conduce a:

También controla la velocidad de goteo:

Según Deglee – Jacob la ecuación que define el abatimiento es:

c) Acuíferos Libres

Dupuit en 1863 (Batu, 1998) indicó que la pendiente de la tabla de aguas, de un

acuífero libre bajo condiciones de no extracción a lo largo de una sección

transversal vertical es muy pequeña. El rango de valores típicos va de 1/1000 a

1/10000. Alrededor de un pozo de extracción en un acuífero libre la pendiente es

muy alta, con el descenso de la distancia radial del pozo dependiendo de las

conductividades hidráulicas verticales y horizontales del acuífero. La condición de

una pendiente geométrica pequeña significa que el flujo es esencialmente

horizontal y la carga hidráulica (h) es igual a la elevación de la tabla de aguas.

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Al final logran concluir que la tasa de descarga puede ser representada como:

Esta es la llamada ecuación de descarga de Dupuit - Forchheimer. Esta ecuación

es obtenida con base en las condiciones de Dupuit. Estas suposiciones no toman

en cuenta la forma curvilínea del flujo en un plano radial. Los componentes del flujo

vertical son despreciados. La ecuación da un resultado con razonable

aproximación, si la distancia radial r es suficientemente grande y los efectos

curvilíneos son despreciables. Luego, la aplicación de métodos numéricos (Boulton,

1951 (Batu, 1998)) e investigaciones experimentales ((Babbit y Cantwell, 1948)

(Peterson et al, 1952) Batu, 1998) muestran que la ecuación representa la

superficie libre para valores de r ≥ 1.5H, siempre y cuando el nivel de agua del pozo

(Ho) sea cero.

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Partes de un pozo

El pozo como obra de captación de un acuífero, está constituido por la rejilla de

captación, el centralizador, la tubería de revestimiento, la empacadura de grava

(caso de ser necesario), la bomba y los accesorios complementarios para el

funcionamiento correcto durante el período de diseño

La rejilla de captación: la colocación de la rejilla tiene por objeto la admisión en el

pozo de agua libre de arena y en cantidad elevada, con un mínimo de pérdida de

carga. La ranuración depende del tipo de material no consolidado tal como la

arena, que se encuentre en el acuífero. La rejilla permite que el agua fluya

libremente hacia el pozo desde la formación saturada, evitando que la arena

penetre y además actúa como un retenedor estructural que estabiliza el agujero

dentro del material consolidado. Si las ranuras o perforaciones del cedazo no son

de la dimensión precisa para el acuífero los pozos bombearán arena. Los cedazos

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se fabrican en tubos de metales diferentes con protección o sin ella en aleaciones

de plástico, concreto, asbesto-cemento o fibra de vidrio. Los más económicos y

comúnmente usados son los fabricados en tubo de acero con bajo contenido de

carbón. La rejilla del pozo debe ser de óptima calidad (de buena estructura,

resistente a la corrosión y eficiente desde el punto de vista hidráulico).

El centralizador: El propósito principal de usar el estabilizador es mantener una

desviación razonable del boquete, ayudando a asegurar la calidad de la

cementación, de tapar y del aislamiento para alcanzar buenos resultados.

Ademe del pozo: Es una tubería generalmente de acero, colocada con holgura

dentro de la perforación. Este componente proporciona una conexión directa entre

la superficie y el acuífero, y sella el pozo de las aguas indeseables superficiales o

poco profundas; además soporta las paredes el aguajero de perforación.

Relleno de grava: El relleno o macizo de grava es un procedimiento que consiste

en colocar grava seleccionada entre la parte de afuera de la rejilla y la pared del

acuífero. Evita la penetración de partículas y le sirve como un filtro natural.

Sello Sanitario: consiste en una argamasa impermeable que se coloca en el

espacio anular existente entre el terreno perforado y el tubo del pozo, desde la

superficie del terreno hasta una profundidad que no interfiera con la captación de

agua, evitando así el paso de las sustancias peligrosas.

Bomba: Dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases,

son máquinas que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento

consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido.

Y otros accesorios complementarios para el funcionamiento correcto durante el

periodo de diseño.

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Métodos de perforación de pozos

La excavación se hace mediante sistemas de percusión o rotación. El material

cortado se extrae del hueco con un achicador, mediante presión hidráulica, o

con alguna herramienta hueca de perforar, etc. Pueden además combinarse

estos 2 sistemas en diversas formas.

Además de estos sistemas, en los últimos años se han desarrollado nuevos

métodos de perforación para pozos profundos, los cuales debido a sus grandes

costos y al tipo de terreno que atacan (principalmente rocas o formaciones

minerales de gran dureza) son usados en la construcción de pozos para agua

solo para abastecimiento de grandes poblaciones y en faenas de construcción

de pozos petroleros.

Perforación por percusión

En este sistema de perforación la acción de

perforar se lleva a cabo a través de un cable de

acero que levanta y deja caer un pesado conjunto

de herramientas dentro del agujero que se va

abriendo (por eso es conocida también como

perforación por Cable). El martillo de fondo o

trépano que se encuentra ubicado en la parte

inferior del conjunto de herramientas fractura la

roca y el material granular, convirtiéndolos en

pequeños fragmentos, los cuales pueden ser

extraídos mediante cucharas o mediante un

sistema de circulación de lodos de perforación

desde el fondo hasta la superficie. Este sistema

normalmente es mecanizado, aunque por la

simplicidad de su principio de funcionamiento, ha

sido implementado en forma manual a través de la

historia, teniéndose antecedentes de pozos de este tipo en la antigua civilización

Mesopotámica (aproximadamente hacia el siglo XII a.c.) y China (siglo X d.c.)

además de los métodos manuales más modernos que serán descritos más

adelante.

En caso de no usar lodos de perforación, cuando se atraviesan formaciones

suaves no consolidadas al perforar, es necesario hincar una tubería de

revestimiento que permita mantener estables las paredes del sondaje durante

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todo el proceso, para evitar así derrumbes. Además, este sistema tiene

múltiples variables dependiendo de la cuchara de fondo o trépano que se use

para la extracción del lodo de perforación mezclado con restos de material del

suelo, el cual puede ser una cuchara acondicionada para extracción (el caso de

las cucharas o válvulas de charnela o de dardo mostradas en las imágenes a

continuación), lo que implica tener que periódicamente retirar todo el sistema de

perforación para vaciar dichas cucharas, o simplemente para la rotura del

material (en el caso del trépano) en cuyo caso se usa un sistema de extracción

por circulación de lodos y el cable del sistema es reemplazado por un sistema

de tuberías por el cual circulan dichos lodos.

Este método de perforación consta comúnmente de las siguientes partes:

· Mástil o Torre: En los sistemas mecanizados generalmente son de tipo

telescópico y viene en dos tramos de 36 pies cuando está extendida y 22

pies cuando está recogida, con sus respectivos dispositivos de extensión. El

largo de la torre está en función de la elevación requerida al dejar caer el

sistema de tubos de perforación con el martillo de fondo.

· Barras de Perforación o Cable: Son las que unen el martillo o cuchara de

fondo con el sistema de levante.

· Sistema de Levante: Normalmente formado de un Cable o Cuerda unido a

una polea en la parte superior de la torre que levanta el sistema de tuberías

o el conjunto cable-cuchara. Es jalado mediante fuerza humana (en el caso

manual) o mediante un sistema motorizado incorporado al tren de rodaje del

sistema (en el caso mecanizado).

· Sistema de Circulación del Lodo de Perforación: Un sistema de bombeo que

hace que el lodo circule a través del pozo, permitiendo mantener la

estabilidad de las paredes y refrigerar la cuchara de fondo. Este lodo baja

por los lados de las barras de perforación y luego de mezclarse en el fondo

con el material triturado, es conducido al interior de la cuchara de fondo o

trépano, desde donde es llevado a la superficie. Dicho sistema de circulación

puede también funcionar de forma inversa, es decir, con el lodo bajando por

los lados y subiendo por dentro de las barras.

· Cuchara de Fondo o Trépano: Esta situado a continuación de las barras de

perforación. Es la parte más importante del sistema, dado que de ella

depende la forma de extracción de los restos de suelo (extracción de la

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Pozos perforados

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cuchara completa o circulación de lodo de perforación) y la velocidad de

avance. Básicamente se pueden distinguir 3 tipos:

· Trépano: Es básicamente un martillo de acero, generalmente

diamantado o endurecido con tungsteno, cuya única función es triturar

el material del fondo con el impacto vertical. Luego de esto el material

se mezcla con el lodo de perforación y es absorbido por una válvula

situada en la parte superior del trépano, desde donde, por un sistema

de bombeo, es llevado a la superficie en forma continua a través de

los tubos de perforación.

· Cuchara de Charnela: Cumple funciones similares al Trépano pero

con una efectividad menor, debido a que debe conservar cierta

estabilidad estructural que le permita almacenar el material destrozado

mezclado con agua o barro de perforación en su interior. La entrada

del material se realiza mediante una compuerta en su parte inferior,

que es abierta al realizarse el impacto de la cuchara y cerrada al

levantarse ésta. Tiene el inconveniente de que para retirar el material

debe retirarse todo el sistema de barras en la parte superior, lo que

hace más demoroso este sistema.

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Pozos perforados

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· Cuchara de Dardo: Similar en funcionamiento a la cuchara de

Charnela, pero con la ventaja de que el material entra por los lados de

la compuerta del fondo (la cual se mueve completamente en forma

vertical, a diferencia de la de Charnela que mantenía un extremo fijo)

lo que hace que puede tener un mayor peso con la consiguiente

ventaja de que puede tener más peso y estar dotada de un martillo

similar a los trépanos, lo que le permite mayor efectividad en la rotura

del material del suelo.

Tipos de Trépanos y Cucharas de fondo usadas en la perforación por percusión

A continuación se observa un cuadro comparativo de las dos variables de la

perforación por percusión.

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Pozos perforados

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Percusión por cable Percusión con lodos de

perforación

Facilidad de implementación y

mantenimiento

Buena, debido al bajo costo y simplicidad del funcionamiento

Media, debido a que los costos son mayores y debe

agregarse un sistema de Circulación de lodos.

Tipo de suelos en que se aplica

Todos, especialmente Duros.

Todos, especialmente duros.

Extracción de Muestras para Detección del

acuífero

Buena, dado que el contenido de agua no es

alterado, permitiendo buena detección del

Acuífero.

Mala, dado que el material obtenido está mezclado

con el lodo de perforación, alterándose su contenido de

finos y humedad.

Entubamiento simultaneo a

perforación

Necesario solo en algunos tipos de formaciones.

Innecesario ya que el lodo de perforación estabiliza las

paredes del pozo.

Retiro de material desde el fondo

Lento, debido a que se debe retirar todo el

mecanismo de perforación y vaciarlo.

Rápido, debido a que es un Proceso continuo y

Simultaneo a la perforación.

Perforación por rotación

Este método consiste en horadar un agujero mediante la acción de un trépano

en la parte inferior de una tubería y remover los fragmentos que se producen

con un fluido que circula en forma continua conforme el trépano penetra los

materiales de la formación.

En este método la perforación se realiza mediante un sistema de tuberías con

una broca en su parte inferior la cual al rotar por la fuerza hidráulica dada al

sistema, va rompiendo el terreno. El retiro del material se realiza mediante la

circulación de lodos de perforación hechos de arcilla con agua (idealmente

arcilla bentonitica), existiendo una variable de este sistema que usa aire

comprimido como fluido para retiro del material, la cual será descrita más

adelante.

El fluido de perforación (aire o lodo) puede hacer el retiro de material de 2

formas:

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Pozos perforados

Ingeniera sanitaria 1

26

· Circulación Directa: En este método el fluido circula impulsado por

una bomba por el interior de las tuberías de perforación hasta llegar

al fondo del pozo, fluyendo luego hacia arriba por el espacio entre

el tubo y las paredes del pozo, logrando de esta forma arrastrar los

sedimentos de la perforación hacia el exterior del pozo por rebalse,

enfriar la broca permitiendo una perforación continua y además, al

penetrar la arcilla en las paredes del pozo, permite darles mayor

estabilidad, impidiendo derrumbes del mismo, con el efecto

contrario de que una vez terminado el pozo habrá que retirar esta

arcilla en un proceso de desarrollo del pozo ya construido.

· Circulación Inversa: En el caso de que los sedimentos sean de

mayor tamaño y peso (como es el caso de la perforación rotatoria

en gravas o rocas) estos no pueden ser arrastrados hacia arriba

por circulación directa, debiendo ser retirados a presión por una

bomba instalada en la parte superior de las tuberías de perforación.

Por este motivo la circulación se hace cayendo el fluido por el

espacio entre las tuberías y las paredes del pozo y ascendiendo

por dentro de los tubos.

En ambos sistemas el lodo, luego de ser retirado del pozo, es conducido a un

foso de sedimentación en donde las partículas pesadas extraídas del fondo

decantan, quedando en la parte superior de la fosa para su bombeo al pozo

realizándose nuevamente el ciclo.

Un equipo de perforación por rotación típico (generalmente mecánico) tiene a

modo general las siguientes partes:

· Mesa de rotación: Es el mecanismo que recibe la fuerza del motor hidráulico

y hace girar las barras de perforación, conocidas en los sistemas

mecanizados como Kelly, cuya parte superior va en su centro.

· Sarta de Perforación: El conjunto de tuberías que se emplea para la

perforación se denomina columna o sarta de perforación, y consiste en una

serie de trozos tubulares interconectados entre sí mediante uniones

roscadas. Este conjunto, además de transmitir sentido de rotación al trépano,

ubicado en el extremo inferior de la columna, permite la circulación de los

fluidos de perforación.

· Trépano: Estos tienen la función de disgregación del material durante la

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Pozos perforados

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perforación de un pozo. Existe una amplia gama de estos y cada uno está

diseñado para determinados tipos de suelo con determinadas características

mecánicas y abrasivas. Los más usados son:

· Trépano de rodetes dentados: Este ejerce una acción cortante y de

trituración a la vez, logrando cortar formaciones duras con gran

efectividad. El más usado es el Tricono convencional, cuyos dientes

son hechos con acero al Tungsteno o al Cobalto) y el Tricono de

Botón, con dientes hechos de incrustaciones de carburo de tungsteno

u otras aleaciones de extrema dureza. No es recomendable para

suelos muy finos como arcillas o limos dado que este se adhiere al

espacio entre los dientes perdiendo efectividad el tricono.

· Trépano de Arrastre: Este tiene aletas cortas a sus lados y en la

parte inferior, las cuales idealmente llevan un tratamiento

superficial y un filo cortante forjado para darles mayor dureza, los

cuales producen una acción de corte y desgarre. Ideales para

formaciones semiconsolidadas como rellenos fluviales o

formaciones rocosas blandas pero inútiles en formaciones rocosas

o con bolones.

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· Bomba de lodos: Su función principal es tomar el lodo del fondo del

pozo y llevarlo hacia el exterior donde, en el caso de los lodos de

perforación, se depositan primeramente en un foso de sedimentación

para el depósito natural del sedimento o detritus pesado y luego el

lodo limpio fluirá hacia otra foso, en donde será bombeado hacia el

pozo para un nuevo ciclo. Es recomendable además incluir en el ciclo

una malla para retener las partículas pesadas.

· Motor: Encargado de dar fuerza a la mesa de rotación del sistema.

Generalmente va unido al chasis del camión donde va todo el equipo.

Además existen diversas variaciones del sistema para su optimización, como

la inclusión de un tornillo sin fin para el ascenso del lodo, el uso de diversos

tipos de brocas de diversos tipos, estabilizadores, etc.

Las principales ventajas de este método son su rapidez en comparación a la

percusión (especialmente en los suelos detríticos), la precisión en la

verticalidad que puede lograr, la versatilidad con que trabaja en los distintos

tipos de suelo y los grandes diámetros (hasta 50”) y profundidades (hasta 5000

metros para prospección minera). Por otro lado los bajos rendimientos en

terrenos duros debido al desgaste del trépano, la gran pérdida de lodos en

terrenos fisurados o muy porosos, los grandes costos tanto del equipo como de

su operación hacen de esta opción de perforación algo netamente mecanizado

y con grandes costos siendo su campo de trabajo las grandes industrias como

la minería (prospecciones geológicas) y la sanitaria (captaciones a gran

profundidad), quedando fuera del alcance económico prácticamente cualquier

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Pozos perforados

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otra actividad económica a menor escala.

Perforación por Rotopercusión

Para solucionar los problemas de bajos rendimientos del sistema de percusión

y los altos costos (especialmente al trabajar en roca) del sistema de rotación,

es que a mediados del siglo XX surgió esta nueva forma de perforación. Esta

consiste, tal como su nombre lo indica, en un movimiento de rotación continua

combinado con la percusión periódica en forma de pulsos del trépano. El

trépano ocupado (martillo de fondo) gira entre 10° y 20° entre golpe y golpe.

Las primeras variaciones del método de rotación consistieron principalmente

en el reemplazo del lodo de perforación por aire comprimido. Luego de esto y

debido a la dificultad del trabajo de rotación en roca, se le agrego un

movimiento de percusión periódica a la sarta de perforación en la parte

superior de ésta, lo cual no resultó muy eficiente debido al amortiguamiento

que se produce en la sarta de perforación. Finalmente y para solucionar esto

se creó un trépano especial conocido como Martillo de Fondo, el cual produce

un golpeteo periódico de forma independiente a la sarta de perforación, de

manera que logra trabajar de mucho mejor forma en suelos rocosos sin la

abrasión excesiva del trépano.

Además existen otras variantes del método de rotopercusión que constan de

dos tuberías separadas para la perforación. Una de ellas (generalmente la

interior) va golpeando el suelo con un trépano de percusión mientras la otra,

generalmente la externa, mediante un trépano de corona (similar al usado para

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Pozos perforados

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30

la extracción de testigos de rocas) va rompiendo el terreno ya debilitado por el

mecanismo de percusión.

Este método a modo general es ideal para el trabajo en roca o

formaciones detríticas altamente cohesionadas, no así en terrenos arenosos y

arcillas blandas. Además, debido a que el lodo de circulación ha sido

reemplazado por aire comprimido, en terrenos no cohesionados necesita de

una entubación simultanea del pozo durante la perforación y tiene además el

gran problema de que las presiones producidas por la columna de agua en el

sondeo dificultan la evacuación del material de desecho, problema que se

agrava más a medida que la columna de agua es mayor.

Diagrama de funcionamiento de un sistema de perforación por Rotopercusión con

circulación directa.

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Otros métodos:

Métodos basados en Tensiones inducidas Térmicamente

· Perforación de Dardo: Este sistema utiliza una llama de oxígeno y

fuel-oil que se calienta y quebranta la roca.

· Perforadoras de llama dirigida: Similar al anterior exceptuando que

se usa Ácido Nítrico en vez de Oxigeno.

· Perforación de Ciclo Térmico: Se produce el quiebre de la roca

usando ciclos periódicos de frio y calor.

· Perforación mediante Microondas: Se aplica un golpe de calor

seguido de una aplicación de microondas, lo que quiebra la roca.

Métodos basados en Tensiones inducidas Mecánicamente

· Perforación con turbina: Se utiliza una turbina de acción simple que

hace girar una rueda cortante con caras diamantadas a una

velocidad de 5.000 a 10.000 rpm en el fondo de la perforación.

· Perforación con Perdigones: Se arrojan a gran velocidad pequeñas

bolas de acero, las cuales se van recuperando junto con extraer el

material con un flujo de aire a gran presión.

· Perforación a Implosión: Este sistema produce implosiones

bombeando capsulas esféricas herméticamente cerradas al fondo de

la perforación y rompiéndolas contra la roca mediante impacto u

otros sistemas.

· Perforación con Chispas: La producción de Chispas de Alto Voltaje

produce pulsaciones de alta presión capaces de romper y perforar las

rocas.

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Pozos perforados

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32

· Perforación electrohidráulica: Las pulsaciones de alta presión

producidas por la descarga de chispas subacuáticas producen la

rotura de las rocas.

· Perforación con Explosivos: Consiste en dejar caer capsulas

explosivas en el sondeo a razón de 3 a 12 por minuto.

· Perforadoras por Erosión: Chorros de Agua a presión muy alta

pueden perforar las rocas más duras sin utilizar abrasivos en el

chorro.

· Perforadoras ultrasónicas: Las perforadoras ultrasónicas utilizan

núcleos magneto-estrictivos o electro-estrictivos que emiten

vibraciones para perforar la roca.

Métodos mediante Fusión y Vaporización

· Perforación por Fusión Eléctrica: Se calienta la punta del trépano

penetrante mediante una resistencia eléctrica de alambre de

Tungsteno o Iridio.

· Perforación Nuclear: Mediante Fusión nuclear se producen

temperaturas capaces de fundir el material del suelo.

· Perforación con Plasma: Esta basado en la producción de llamas

ionizadas mediante generadores de plasma, que alcanzan

temperaturas del orden de 20.000 °C capaces de fundir la roca.

· Perforación Química: Se utiliza flúor y otros reactivos químicos que

producen reacciones de alta velocidad que corroen la roca.

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Recomendaciones para el uso de pozos perforados

Tapar el orificio de salida del agua del cabezal del pozo.

Bombear varias veces en posición de cada punto cardinal, norte -sur y este-

oeste, hasta que brote agua entre las uniones del cuerpo y el embolo.

Se destapa bruscamente el orificio de salida del agua, y se sigue

bombeando por un tiempo adicional.

Este procedimiento se debe realizar regularmente y también cuando se

note dificultad para bombear o disminución del caudal

Controlar fugas de agua en las tuberías de descarga y conducción.

Lavar y desinfectar el tanque de almacenamiento periódicamente.

Mantenimiento del sistema de tratamiento, si existe.

Mantener la caseta del pozo limpia y seca.

Medidas para preservar la calidad del agua

Solamente las instalaciones de bajo impacto, como una casa, áreas

recreativas, o al aire libre, deberán de localizarse a 50 pies del pozo. No

mezcle o almacene ningún material que pueda contaminar su agua de

abastecimiento a una distancia de 50 pies de su pozo. Actividades de

mediano o alto impacto solo deberán de realizarse a distancias seguras.

Los sistemas sépticos o los corrales para animales deberán de tener un

mínimo de 100 pies de distancia del pozo.

No almacene o mezcle pesticidas, fertilizantes, productos para el césped,

pinturas, productos de limpieza, gasolina, generadores de gasolina o

residuos de aceites automotrices cerca del pozo.

No se deshaga o tire materiales peligrosos (incluye algunos tipos de

limpiadores domésticos, pinturas, removedores de pinturas, residuos del

taller mecánico y pesticidas) en los sistemas sépticos – estas substancias

no son tratadas típicamente en estos sistemas, y pueden fácilmente

movilizarse a las aguas subterráneas. Disponga de todos sus materiales

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Pozos perforados

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peligrosos en un centro de recolección designado para ello.

Los sistemas sépticos deberán de estar localizados a un mínimo de 100

pies gradiente abajo de la fuente de abastecimiento de agua potable.

Inspeccione su pozo por lo menos una vez por año, asegúrese que no

tenga grietas en la cabeza o sellado del pozo, o ningún otro tipo de

aberturas que puedan provocar una contaminación del agua. Si se presenta

algún problema, llame a un contratista con licencia del estado para que lo

repare.

Pruebas de Bombeo.

Una prueba de bombeo se realiza para evaluar un acuífero, estimulándolo por

medio de bombeo, y observando su respuesta (descenso de nivel) en pozos de

observación.

Pero el principal propósito de estos ensayos es conocer el caudal del pozo, es

decir, el caudal óptimo de explotación donde el pozo tenga un rendimiento

máximo; en cuanto a los niveles de bombeo o descenso del agua, ya sea en

invierno o verano y no afecte la eficiencia de los pozos durante la operación

definitiva del equipo sumergible a instalar. Además permite determinar la

profundidad a la que debe ser colocada la bomba.

En un pozo hay dos niveles especiales:

El nivel estático: es el nivel en que se encuentra el agua cuando no se ha

iniciado extracción de agua.

El nivel dinámico: cuando se inicia el bombeo el nivel del agua comienza a

descender según la rapidez de bombeo, hasta que después de un tiempo el

nivel se detiene; la rapidez de llenado del pozo se equilibra con la del

bombeo y esta nueva profundidad o punto es el nivel dinámico.

Existen dos tipos de pruebas de bombeo:

Prueba a caudal variable o escalonada: Se realizan varias mediciones del

nivel dinámico, cada una con una tasa de bombeo distinta (generalmente se

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Pozos perforados

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35

incluyen la capacidad mínima y máxima de la bomba) y en un periodo de

tiempo determinado. Generalmente se realizan de manera ascendente.

Prueba a caudal constante: Se realiza el ensayo con una misma tasa de

bombeo durante todo el periodo de la prueba.

En los aforos se emplean bombas tipo turbina, accionadas por un motor de

combustión capaz de variar revoluciones, por lo general entre 900 r.p.m. y 2000

r.p.m. La columna debe tener la longitud necesaria para que la bomba no succione

aire al abatirse el nivel dinámico. Además de la bomba, se debe contar con un

tacómetro de contacto, una sonda, preferentemente eléctrica, con cable suficiente,

y un dispositivo de medición de caudal, que consiste, por lo general, en un tubo

con orificio calibrado y piezómetro. Para realizar el aforo, se debe seleccionar una

bomba capaz de entregar un caudal del orden del 30 % superior al esperado para

operar el pozo.

Procedimientos para realizar el ensayo de bombeo

Instalar la bomba dentro del pozo.

Medir el nivel estático tomando como referencia la parte superior del brocal

del pozo.

Medir la altura del brocal del pozo con respecto al nivel del terreno.

Medir el diámetro interno del pozo.

Calcular el volumen almacenado en el pozo con la ecuación:

Va =

( )

Donde:

Va = Volumen almacenado en el pozo

D = Diámetro interno del pozo

hp = Profundidad del pozo medido desde el brocal

hc = Nivel estático del agua en el pozo medido desde el brocal

Instalar un medidor de niveles en el pozo, procurando que la sonda quede

protegida por un tubo de PVC (12 mm).

Iniciar el bombeo a caudal constante, se debe verificar constantemente que

el caudal bombeado permanezca constante.

El caudal estimado a extraerse puede calcularse de la siguiente manera:

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Pozos perforados

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Sp =

Donde:

Sp = Caudal extraído

tb = tiempo de bombeo

Se toman lecturas de variaciones de nivel a intervalos iguales durante el

tiempo de bombeo establecido (tb).

Justo al suspender el bombeo se debe iniciar las lecturas de recuperación,

las cuales se harán a intervalos iguales; definidos de tal manera de poder

obtener una curva suficientemente precisa.

Generalmente, se considera que un aforo confiable debe durar unas 72 h, aunque

en zonas o pozos bien conocidos puede reducirse a unas 48 h.

Se calcula el caudal específico utilizando la siguiente ecuación:

CE =

Donde:

CE = Caudal Especifico

= Diferencia de nivel entre el nivel estático y dinámico.

Se elabora la gráfica de aforo, donde se representa el caudal en el eje de

abscisas y los descensos en el de las ordenadas, preferentemente con

escala creciente hacia abajo a partir del nivel estático. Además, se pueden

graficar los descensos contra el tiempo para establecer la eficiencia del

pozo.

Pruebas de bombeo según normativa.

Según la NORMAS TECNICAS PARA EL DISEÑO DE ABASTECIMIENTO Y

POTABILIZACION DEL AGUA (NTON 09 003-99) del INAA:

Realizadas las investigaciones anteriores, se requiere un bombeo de prueba. Para

ello pueden utilizarse los pozos de prueba, o un pozo permanente con uno o más

pozos de observación, que estarán a 4 ó 5 metros de distancia de la perforación

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Pozos perforados

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principal y tendrán diámetro mínimo de 100 mm (4”).

La duración mínima del bombeo de prueba será de 48 horas. Durante este

bombeo se obtendrá la siguiente información:

Nivel estático inicial en cada pozo.

Caudal del bombeo, por lo menos cada hora.

Nivel del agua cada minuto los primeros 5 minutos, cada 5 minutos los

siguientes 30 minutos, cada 10 minutos los siguientes 30 minutos y cada

media hora el tiempo restante.

Inmediatamente que se paren los equipos de la prueba de bombeo se medirán los

niveles de recuperación del acuífero hasta su recuperación total con un mínimo de

8 horas de medición a como sigue: los primeros 10 minutos cada 1 minuto, los

segundos 20 minutos cada 5 minutos, los siguientes 30 minutos cada 10 minutos,

los siguientes a cada 30 minutos.

Se tomarán por lo menos 2 muestras del agua bombeada durante la prueba a la

mitad del tiempo de prueba y al final de ésta. En caso de que haya o pueda haber

variación significativa en la calidad del agua, las muestras se tomarán a intervalos

menores suficientes para indicar dichas variaciones.

Si la capacidad del acuífero es incierta, se deben registrar los niveles del agua en

los pozos de observación, con una exactitud de 10 centímetros.

Localización de los pozos.

Los datos de la prueba de bombeo se utilizarán para evaluar la interferencia entre

los pozos. La depresión del cono de influencia en un sitio dado (como resultado

del bombeo simultáneo de varios pozos), es igual a la suma de las depresiones

producidas en el mismo sitio para el bombeo individual de los pozos.

La localización final de los pozos se determinará teniendo en cuenta los factores

siguientes:

- Potencia adicional y aumento de los costos de bombeo por interferencia de

pozos que estén cerca uno del otro.

- Aumento en los costos de tubería y líneas de transmisión eléctrica cuando los

pozos se localicen muy retirados uno de otro.

La tabla siguiente puede ser utilizada para fijar preliminarmente las distancias

mínimas entre pozos:

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Pozos perforados

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Interpretación de los resultados.

Como resultado del ensayo se pueden obtener tres conclusiones:

Con el máximo de revoluciones el nivel dinámico apenas se desplaza, lo

que indica que la bomba es insuficiente para el pozo en cuestión y la

prueba definitiva no debe realizarse, hasta que se cambie la bomba por otra

de mayor capacidad.

Se logra abatir el pozo varios metros; significa que la bomba es adecuada.

El nivel dinámico alcanza la succión de la bomba, lo que se manifiesta en

un flujo de agua interrumpido por la expulsión de bocanadas de aire

mezclado con agua; significa que el pozo no es capaz de abastecer a la

bomba, al menos en ese nivel, o que a ésta le falta más longitud de

columna.

La gráfica de aforo puede presentar tres formas básicas y una cuarta que es la

superposición de dos de las básicas:

La gráfica tiene forma curva con la concavidad hacia abajo. En principio, la

bomba es adecuada a las características del pozo, a reserva de que se

haya llegado al caudal óptimo de explotación.

La gráfica tiene forma recta. En principio, la bomba es de poco caudal con

respecto a las características del pozo e incapaz de realizar el aforo. El

único dato útil que se deduce de la prueba, es que el pozo en cuestión es

capaz de proporcionar mayor caudal que el máximo obtenido en el bombeo.

La gráfica tiene forma curva con la concavidad hacia arriba. Durante el

bombeo el pozo continúa con el proceso de desarrollo y están mejorando

sus características hidráulicas. Se debe suspender el aforo y reanudar el

proceso de desarrollo, reiniciándolo cuando se tenga la certeza de que esta

operación se ha realizado correctamente.

Durante un tiempo, la gráfica presenta la concavidad hacia abajo y a partir

de cierto momento se invierte hacia arriba. Esta condición implica que el

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aforo se había llevado normalmente hasta un momento en que se tomó en

un proceso de desarrollo del pozo. Como en el caso anterior, se debe

suspender el aforo y completar el desarrollo.

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Ventajas y desventajas de la utilización de los pozos

perforados.

Ventajas de los pozos perforados.

Según estimaciones, el 95% o más del agua dulce utilizable se encuentra

bajo la superficie del terreno.

Es el único recurso disponible en zonas desérticas.

Hay menores pérdidas por evaporación.

Hay menor exposición a la contaminación.

Su disponibilidad es menos afectada por las variaciones climáticas.

No hay pérdida de la capacidad de almacenamiento.

La temperatura del agua es constante.

Su composición química es casi constante.

No tiene turbiedad ni color.

La filtración natural del agua hace menos costoso su tratamiento y

potabilización.

Un acuífero puede tener una gran extensión por lo que se puede realizar la

captación lo más cerca posible a la zona de demanda; ahorrando en costos

de infraestructura para la conducción del suministro de agua.

Desventajas de los pozos perforados.

No es visible, por lo tanto se dificulta su estudio, cuantificación, explotación

racional y manejo.

En muchas regiones las rocas no contienen suficiente porosidad o

permeabilidad para proporcionar la cantidad de agua requerida.

En algunas zonas tiene mayor contenido de sólidos disueltos que el agua

superficial en la misma región.

La perforación puede resultar un método muy costoso dependiendo de las

características del suelo y la profundidad del pozo.

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Pozos perforados

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Criterios de Diseño

El diseño de los pozos tubulares o tajo abierto están sustentadas en el

conocimiento de las características hidrodinámicas del acuífero sobre el cual se

construirá un pozo que permita prever de agua en términos económicamente

rentables. Por consiguiente la decisión de perforar un pozo estará sujeto a los

resultados obtenido en el estudio hidrogeológico, prueba de pozo, análisis de las

características del material encontrado durante la perforación, análisis de la

calidad de agua y finalmente el caudal máximo permisible a explotarse mediante el

pozo sin que altere la condiciones medioambientales del acuífero y de su entorno.

3

20– 25 años: Fáciles de ampliar cuando el crecimiento y las

tasas de interés son bajas, menor del 3% anual.

10 – 15 años: Cuando las tasas de crecimiento e interés son altas,

mayor del 3% anual.

Profundidad del Pozo

La profundidad que se espera darle al pozo se determina por lo general mediante

el registro de pozo de prueba, de los registros de otros pozos cercanos en el mimo

acuífero o durante la perforación del pozo, por lo general el pozo se determina en

el fondo del acuífero. Esto es de desear por las razones siguientes:

Se utilizan mayor espesor del acuífero como intervalo de captación del pozo lo que

mejora su capacidad específica.

Puede obtenerse mayor abatimiento disponible, permitiendo al pozo erogar más

caudal.

Una excepción a estas reglas serian:

Cuando se sitúa la rejilla centrándola entre las partes superiores e inferiores del

acuífero, práctica que a veces se sigue para lograr un uso más eficiente de una

cierta longitud de rejilla en un acuífero artesiano uniforme.

Cuando se encuentra agua de mala calidad en la parte inferior del acuífero, en tal

caso el pozo deberá de completarse hasta una profundidad de excluya esa agua y

obtener así la mejor calidad que se encuentre disponible.

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Pozos perforados

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42

Diámetro del pozo

El diámetro del pozo debe de escogerse de modo que satisfaga los siguientes

requisitos:

El ademe debe de ser lo suficientemente amplio para que permita acomodar la

bomba con la tolerancia adecuada para su instalación y funcionamiento.

El diámetro del intervalo de captación del pozo debe ser tal que garanticen una

buena eficiencia hidráulica del mismo. Al escogerse el diámetro del pozo el factor

que gobierna es el tamaño de la bomba que va a necesitarse para la descarga

deseada o potencial del pozo. Es decir que el gasto necesario del pozo y su

capacidad específica más un cierto margen de seguridad por menor eficiencia del

pozo, eventuales interferencias, o bombeo continuo, definen la máxima profundidad

de la bomba a instalar.

El diámetro de ademe deberá ser dos números mayor que el diámetro nominal de

la bomba, y bajo ninguna circunstancia deberá escoger un diámetro menor de por

lo menos un número más grande que los tazones de la bomba. En la tabla

siguiente se muestran los tamaños de ademe que se recomiendan

Si el ademe de la tabla se escoge de acuerdo a la tabla anterior, existirá una luz

adecuada para la instalación de la turbina vertical; el eje de la misma constituirá la

Rendimiento del pozo

Previsto

(l/s)

Diámetro

Nominal de la

bomba

(")

Diámetro

óptimo de

la entubación

(")

Diámetro

mínimo de

la

entubación

(")

Menos de 6

5 a 11

10 a 25

22 a 41

40 a 57

53 a 82

75 a 114

100 a 190

4

5

6

8

10

12

14

16

6 DI

8 DI

10 DI

12 DI

14 DI

16 DI

20 DI

24 DI

5 DI

6 DI

8 DI

10 DI

12 DI

14 DE

16 DE

20 DE

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plomada y no se forzara la bomba, aunque el ademe se halle ligeramente fuera

de la línea y no exactamente a plomo. Esta luz o tolerancia es plenamente

adecuada para bombas sumergibles. Asimismo, si la bomba se emplaza por

debajo de alguna sección enrejillada, habrá suficiente área alrededor de los

tazones como para permitir que el agua pase hacia abajo hasta la captación de la

bomba como un mínimo de la perdida.

Longitud, diámetro y material de Rejilla.

La rejilla es un elemento de importancia en el diseño de un pozo sus

características guardan una estrecha relación con los parámetros hidráulicos del

acuífero.

En los pozos que captan agua de acuíferos no consolidados se requiere un filtro

de características variables a determinar que satisfaga los requerimientos de: i)

sirva como estructura soporte de la formación acuífera; ii) impida el paso de arena;

iii) permita la circulación del agua hacia el pozo a baja velocidad y con la máxima

capacidad específica.

En los acuíferos consolidados, rocosos, el pozo perforado deja caras libres a las

grietas, por donde fluye el agua; no se requiere estructura filtrante.

Longitud de la Rejilla

La longitud óptima de rejilla debe de escogerse con relación al espesor de

acuífero, abatimiento disponible y estratigrafía de la formación. Las reglas que

siguen se pueden aplicar a cuatro situaciones:

Acuíferos artesianos homogéneos: En este tipo de acuíferos, deberá

enrejillados de un 70 a un 80 por ciento del espesor del material acuífero,

suponiendo que el nivel del agua no descienda por debajo del techo de este.

Si el acuífero tiene menos de unos 8 metros de espesor, es suficiente con

enrejillar el 70 por ciento.

Si su espesor se halla comprendido entre 8 y 15 metros, deberá colocarse rejilla

en un 75 por ciento de este.

Si es mayor de 15 metros deberá de enrejillarse no menos del 80 por ciento.

Las longitudes de rejillas indicadas harán posibles captar alrededor del 90 por

ciento o más de la máxima capacidad específica que se podría obtener al

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enrrejillar todo el acuífero.

Acuíferos artesianos heterogéneos: en este tipo de formación acuífera lo mejor

es enrejillar el estrato más permeable.

La definición del estrato más permeable puede definirse con algunas de las

siguientes pruebas:

Se realizan pruebas de permeabilidad de las muestras que representan los

estratos respectivos de la formación acuífera.

Se realizan análisis granulométricos de aquellas muestras que representan los

correspondientes estratos de la formación, mediante una comparación de las

curvas granulométricas, se deducen la permeabilidad relativa de cada muestra.

Se hacen luego una inspección visual y una comparación, de los materiales que

representan cada estrato. La permeabilidad relativa de cada uno se estima

mediante una apreciación de la bastedad limpieza (ausencia de limo y arcilla) del

material.

Acuíferos freáticos homogéneos: tanto la teoría como la experiencia han

demostrado que al enrejillar el tercio inferior del acuífero se obtiene el mejor

diseño para esta condición, sin embargo se pueden enrejillar la mitad inferior del

acuífero para obtener una mayor capacidad especifica.

En los pozos de nivel freático, la selección de rejillas presenta una alternativa con

dos factores:

Se obtienen la mayor capacidad específica cuando se usan la mayor longitud de

tubería posible.

Se obtiene mayor abatimiento disponible si se utilizan la menor longitud posible de

rejilla.

Características de la rejilla

Un filtro o rejilla se define por las siguientes características técnicas:

Material de fabricación del tubo

Dimensiones del tubo:

Diámetro

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Longitud

Abertura de la rejilla

Área libre

Tipo de abertura

Tamaño de abertura

Pre filtro de grava

Diámetros de las rejillas:

El diámetro de la rejilla se escoge de manera que se cumpla el principio básico de

proveer suficiente área de entrada para que la velocidad de acceso del agua al

pozo no exceda de un cierto valor estipulado. Por pruebas de laboratorios y por

pruebas de campo se ha determinado que si la velocidad de entrada a través de la

rejilla es menor o igual a 3 cm/seg, se obtendrán los siguientes resultados:

La pérdida por fricción en las aberturas será de un valor despreciable

La velocidad de incrustación será mínima

La velocidad de corrosión será también mínima

La velocidad se calcula dividiendo la descarga deseada o que se espera obtener

por el área total abierta de las ranuras de la rejilla. Si la cifra que se obtiene es

mayor que 3 cm/s, se deberá aumentar el diámetro de la rejilla de modo que se

provea suficiente área abierta y la velocidad se aproxime a lo indicado.

Si la velocidad calculada de esa manera es menor, (1.5 cm/s), se podrá entonces

reducir el diámetro de la rejilla en cierta proporción. Se tiene que garantizar que el

diámetro de la rejilla sea tan grande como se pueda, para mantener el valor de la

velocidad de entrada por debajo del valor límite de 3 cm/s.

Se supone que la bomba se colocará sobre la rejilla y que las pérdidas de carga

relacionadas con el flujo vertical ascendente del agua a través de la rejilla son

pequeñas.

La mayor parte de los fabricantes de las rejillas suministran tablas que indican el

área abierta por metro de cada tamaño de ésta y para diversos anchos de ranuras.

En el anexo 7.2 se muestran los ejemplos para cada ancho de rejilla.

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Material de la Rejilla

El material de la rejilla debe ser seleccionado según:

Contenido mineral del agua.

Presencia de jaleas bacterianas.

Requisitos de resistencia de la rejilla.

Mediante análisis de químicos del agua se puede determinar si el agua es

corrosiva o incrustante.

El agua corrosiva causa la corrosión de la rejilla y esta a su vez, falla o deterioro

del pozo, invasión de una excesiva cantidad de arena en el pozo. Por lo anterior

se hace necesario utilizar un material que evite la corrosión.

El agua incrustante ostenta estas características por la tendencia a depositar

minerales en la superficie de la rejilla y en los poros de la formación cercana a

estas. Tales disposiciones obstruyen las aberturas de las rejillas.

El agua corrosiva puede estar determinada por los siguientes índices:

Valor bajo de pH. Si este es menor que 7 el agua es ácida y existen condiciones

de corrosividad.

Oxígeno disuelto. Si este excede de 2 ppm, el agua es corrosiva. El oxígeno

disuelto se encuentra de preferencia en los pozos freáticos someros.

Sulfuro de hidrógeno. Su presencia puede establecerse por su olor característico

a huevo podrido. Concentraciones de 1 ppm pueden causar corrosión severa.

Sólidos disueltos totales. Si el contenido mineral disuelto excede de 1000 ppm la

conductividad eléctrica del agua es suficientemente alta como para causar

corrosión electrolítica. Para evitar esto utilizar rejillas de un solo metal.

Dióxido de carbono. Si la presencia de este gas excede de 50 ppm, el agua es

corrosiva.

Cloruros. Si el contenido sobrepasa de 50 ppm, el agua es corrosiva.

Agua incrustante. El agua con esta característica tiene tendencia a depositar

minerales en la superficie de la rejilla y en los poros de las formaciones cercanos a

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ellos. Se obstruyen las formaciones de la rejilla.

El agua incrustante puede estar determinada por los siguientes índices:

Alto valor de pH, por encima de 7.5.

Dureza de carbonatos, si excede de 300 ppm se formaran costras de cal.

Hierro. Si su contenido sobrepasa las 2.0 ppm

Las rejillas de pozos con agua de estas características deben ser construidas con

metales resistentes que soportan la acción corrosiva. Los materiales más

comunes son Everdur y acero inoxidable 304.

La bacteria denominada bacteria ferruginosa, presente en algunas aguas, es un

organismo molesto que causa obstrucción de los poros de la formación acuífera y

de las aberturas de una rejilla.

Estas bacterias produce material pegajoso de consistencia viscosa causando

oxidación y precipitación de hierro disuelto y manganeso. Debido al efecto

combinado de la proliferación de los microorganismos y minerales precipitados en

un corto tiempo se produce la obstrucción casi completa del pozo. ( ver anexo

No.7.3 metales de las rejillas de pozos y sus aplicaciones)

Filtro de Grava

Los filtros de grava y su diseño dependen de las condiciones geológicas que

existen en la formación inmediata al pozo, y el propósito del mismo es retener todo

el material de la formación.

Se deberán diseñar los espesores, basados en el análisis granulométrico de los

materiales más finos que componen el acuífero, y se deberán construir todas las

curvas granulométricas de todos los estratos que componen el acuífero.

Debe multiplicarse el tamaño de arena correspondiente al 70% de retención, por

un factor que va desde 4 hasta 6, usando un factor de 4 como multiplicador si la

formación es fina y uniforme, usando 6 si esta es más gruesa y no uniforme.

El límite máximo para el espesor del filtro de grava debe ser como máximo 20

cms.

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Ubicación y longitud del filtro (rejilla)

La ubicación y longitud óptima del filtro o rejilla se decide en relación con el

espesor del acuífero, abatimiento estimado y estratificación del acuífero. En

Cuadro No.8-4 y Fig No. 8-1, se esquematizan las reglas aconsejables.

En un acuífero libre se obtiene el mayor rendimiento y la instalación más

económica de un filtro para el tercio inferior del acuífero.

En acuíferos heterogéneos, confinados o libres, cuando el estrato menos

permeable está superpuesto al más permeable, conviene prolongar el filtro de

menor abertura dentro del acuífero más permeable para evitar producción de

arena por corrimiento del estrato de menor granulometría.

En acuíferos confinados homogéneos de poco espesor se puede ubicar un filtro en

forma centrada que cubra el 50 al 80 % del espesor del acuífero para este caso se

obtiene el mayor rendimiento hidráulico y económico.

En acuíferos de mayor espesor se requiere mayor porcentaje de penetración. Si la

longitud del filtro no cubre todo el espesor del acuífero se aconseja distribuirlo en

la forma indicada en la Tabla, para obtener el máximo de capacidad específica del

pozo.

Ubicación del Filtro en distintos Tipos de Acuífero

Tipos de Acuíferos

Porcentaje de filtro del

espesor del acuífero

Ubicación del filtro en el

acuífero

Distribución del filtro en

la columna

No confinado o libre,

homogéneo

33 %

Tercio inferior del acuífero

Un solo tramo, aberturas

uniformes

No confinado o libre, no

homogéneo

33 - 50 %

Sector inferior del estrato

más permeable

Un solo tramo. Distintas

aberturas según

granulometría de los

estratos

Confinado artesiano,

homogéneo

Centro del

Columna continua en el

centro del acuífero

50 - 80 % menor

porcentaje en espesores

de 4 a 8 m; mayor

porcentaje

acuífero

Columna discontinua en

todo el espesor del

acuífero

Confinado artesiano, no

homogéneo

en espesores mayores de

20 m

Centro del estrato

Permeable

Continuo o discontinuo;

ídem acuífero homogéneo

Distintas aberturas según

granulometría de acuífero

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Diseño de la Rejilla o filtro

Comprende la selección de longitud, diámetro, tamaño de abertura y

consideraciones acerca del metal a utilizar.

La longitud de la rejilla es determinada por el espesor del acuífero, estratificación y

posible descenso dinámico del nivel del agua. En principio la rejilla debe tener el

mayor largo posible. En acuíferos libres homogéneo de gran espesor la longitud de

la rejilla será de 1/2 a 1/3 del espesor, colocada a partir de la base impermeable.

En acuíferos homogéneos confinados la longitud de la rejilla debe ser del 70% al

80% del espesor del acuífero colocándose en posición centrada. En acuífero

estratificado la rejilla estará colocada frente a los estratos más permeables. La

longitud óptima de la rejilla se estima según:

Q = caudal en m3/s

Vp = velocidad óptima de entrada m/s

Ao = área abierta en m2/m de longitud de rejilla

Según Johnson la vp = 3 cm/s. Walton establece el criterio de velocidad óptima

permisible según la permeabilidad, el área abierta efectiva la considera como 50%

del área abierta: Ao = 0.5; donde A el área abierta que proporcionan los

fabricantes.

Velocidades óptimas de Paso de Agua por la Rejilla

K (m/día)

V (cm/s)

>240 60

240 5.5

200 5.0

160 4.5

120 4.0

100 3.5

VA

Q=L

p0

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50

80 3.0

60 2.5

40 2.0

20 1.5

< 20 1.0

K (mm/día) Permeabilidad del Acuífero;

V (cm/s) Velocidad Optima de Entrada de agua por las aberturas de la rejilla.

El diámetro del filtro puede ser seleccionado para satisfacer un diseño en principio

a fin de proveer un área abierta suficiente que mantenga una velocidad de entrada

deseada a través del filtro.

Tamaño de abertura de la rejilla

En pozos con desarrollo natural el tamaño de la abertura del filtro (slot) está

basado en la curva de distribución de tamaño de diámetro. El diseño de la

abertura de filtro en pozos con paquete de grava filtrante se hace concordante con

la granulometría mínima del prefiltro.

Acuíferos de grano uniforme, 3 < Cu 6

Si hay posibilidad de derrumbe del material utilizar como tamaño de abertura D40.

En caso de no haber posibilidad de derrumbe utilizar D60.

Acuíferos de grano no uniforme Cu > 6

Con posibilidad de derrumbe utilizar D50

Sin posibilidad de derrumbe utilizar D70

Acuíferos estratificados

Si D50 material grueso 4 D50 material fino, sacar el cálculo para el material más

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fino y poner una sola rejilla.

Si no se cumple condición anterior diseñar una rejilla para cada estrato del cual se

desea sacar agua.

Procedimientos de Diseños

Búsqueda y análisis de Información para la determinación de la capacidad y

calidad del acuífero

Para el diseño de Pozos profundos se debe contar con la siguiente información

Geológica y estratigráfica.

Tipo de formaciones geológicas presentes en el área de investigación

Características físicas de los acuíferos (magnitud, espesor, límites, permeabilidad,

rendimiento específico, permeabilidad de los acuíferos adjuntos, coeficiente de

almacenamiento, etc).

Hidrológico: Nivel piezométrico para el cual es necesario conocer la profundidad y

los cambios de altura de las capas freáticas.

Precipitación anual, escorrentía y posibles recargas al sub-suelo, pérdidas por

evaporación, transpiración y descargas de aguas subterráneas.

Calidad del agua: Características minerales del agua de cada acuífero.

Investigaciones y trabajo de campo

Para Obtener la información mencionada se deben realizar las siguientes

investigaciones:

Investigación Geológica

Para evaluar la fuente se utiliza la información geológica disponible, (en

Nicaragua normalmente INETER administra dicha información) conjuntamente con

la información geológica que se obtiene en el reconocimiento de campo. Tales

informaciones son interpretadas por un experto en el campo de la hidrogeología

quien define de esta forma las formaciones existentes y las características de los

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acuíferos.

Inventario de Pozos.

Se debe hacer una investigación de los pozos que existan en la zona, de

fotografías aéreas y planos geológicos para hacer un avalúo tentativo, a fin de

determinar las condiciones de los acuíferos utilizables. Los planos de suelos y

fuentes superficiales que hayan sido preparados en base a las fotografías aéreas,

pueden ser utilizados para localizar acuíferos poco profundos.

Otro tipo de Investigaciones

En caso de que las investigaciones anteriores resulten insuficientes para

determinar la presencia y características de un acuífero se podrá realizar también

cualquier de las siguientes investigaciones:

Dimensionamiento o Diseño Preliminar

Una vez definida las características del acuífero y conocida la capacidad de

bomba requerida se podrá proceder al cálculo del diámetro del pozo, longitud de la

tubería ciega y ranurada, selección del tipo, diámetro y material de las rejillas y el

dimensionamiento del filtro de grava de acuerdo a los criterios de diseño

mencionados.

Se debe mencionar sin embargo que el dimensionamiento final de estos

elementos se definirá al momento de la perforación, la cual incluirá el registro de

los materiales litológicos a partir de los cuales se establecerá las longitudes de

tubería y demás criterios.

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Bibliografia

1. Arocha, Simón. Abastecimiento de agua potable (1979)

2. Normas técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del agua (NTON 09 003-99)

3. http://es.wikipedia.org/wiki/Prueba_de_bombeo

4. http://www.nuevasesperanzas.org/documents/05%20Technical%20reports/

San%20Marcos%20hydrogeological%20study%202009%20ESP.pdf

5. https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110211190222AA263

KR

6. http://www.slideshare.net/MIA-CIEMA/abastecimiento-de-agua-pozos-

perforados

7. https://ar.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080818222334AAmzyt

Z

8. http://archivo.presidencia.gub.uy/decretos/2004031103.htm

9. ftp://ftp.conagua.gob.mx/Mapas/libros%20pdf%202007/Rehabilitaci%F3n%2

0de%20Pozos.pdf