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1CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS
Estudios hidrogeolgicos
Captacin
Terminacin de sondeos
Conjunto 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.
LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICA
21.- 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
1 ETAPA DE LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICA:EL ESTUDIO HIDROGEOLGICO
INDICE DE UN ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA INDICE DE UN ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA ABASTECIMIENTO URBANO A UNA POBLACIONABASTECIMIENTO URBANO A UNA POBLACION
1.- INTRODUCCION1.1.- JUSTUFICACION DEL ESTUDIO
1.2.- LOCALIZACION GEOGRAFICA
2.- ANTECEDENTES
3.- SITUACION ACTUAL DEL ABASTECIMIENTO
4.- GEOLOGIA4.1.- MARCO GEOLOGICO4.2.- 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
32 ETAPA PROPUESTAS DE CAPTACIN
CAPTACION DE AGUA SUBTERRANEA:
Toda obra destinada a obtener un cierto volumen de agua de unaformacin 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 SUBTERRNEAS
ACCESO AL MEDIO GEOLGICO HIDROGEOLGICO
EJECUCIN DE LA PERFORACIN
ACONDICIONAMIENTO DE LA PERFORACIN
PARA CONVERTIRLA EN UN POZO DE PRODUCCIN
PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA QUE FUNCIONE CON EL
MXIMO RENDIMIENTO POSIBLE
EQUIPAMIENTOCONTROLMANTENIMIENTOREGENERACIN
Diseo constructivo
Limpieza y desarrolloPrograma de explotacin
Control de funcionamientoAnomalas de funcionamientoSoluciones
Accin fsica de penetrar el subsueloTestificacin litolgica y geofsicaIdentificacin de tramos permeablesIdea calidad
4A) ACCESO AL MEDIO GEOLGICO HIDROGEOLGICOEJECUCIN DE LA PERFORACIN
Tipos de captaciones
Pozos de captacin vertical Pozos de captacin horizontal Captaciones longitudinales
Pozos manuales Pozos verticales con
medios mecanizados
Pozos con galeras Pozo colector central y
drenes radiales
Minas Zanjas de drenaje Drenes horizontales Dispositivos de well points
Sistemas de perforacin
Manual Mecanizada
Testificacin
Medios mecnicos simples Explosivos
Percusin con cable Rotacin con circulacin directa Rotacin con circulacin inversa convencional Rotopercusin directa Rotopercusin inversa (campana y cross-over) Percusin con circulacin inversa
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 rejillaPozos sin rejilla
Diseo configuracin general del pozo
EntubacionesCementacionesRejillas y prefiltrosEmpujes y agresividad del medio
Diseo de la zona de admisin
Velocidad de entrada, rea de huecos efectiva (Caudal de explotacin)Tipo de rejilla, ubicacin y pasoGranulometra y naturaleza del prefiltro
Colocacin de rejillas
Colocacin de prefiltros
Preparados en superficie (filtros dobles, con macizo de arena pegada con resina)Inyectados o vertidos desde superficie
5C) PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA QUE FUNCIONE CON EL MXIMO RENDIMIENTO POSIBLE
Limpieza preliminar
Desarrollo primario
Ensayos de produccin (bombeo)
Fijacin del caudal de explotacin
Desinfeccin
Segn sistema perforacin utilizadoDestruccin de cake, limpieza del prefiltro
Medios no consolidadosMedios consolidados
Curva caracterstica (s = AQ + BQn)Valoracin de prdidas de carga
Medios no consolidadosMedios consolidados
ESTIMULACIN
MS DESARROLLO
D) EQUIPAMIENTO, CONTROL, MANTENIMIENTO Y REGENERACIN DE POZOS
Tipo de bomba
Sumergida, 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
6Anomalas del funcionamiento
Arrastre de finos Prdidas de capacidad especfica Subsidencia Anomalas equipo de elevacin
Causas
Soluciones
Corrosin en tubera metlica Roturas tubera Obstruccin tubera. Incrustaciones Deterioro de la calidad qumica Problemas mecnicos
Desarrollo secundario (medios mecnicos, qumicos, mixtos)
Encamisamiento Otros
Sellado y abandono
GALERIAS DE CAPTACIONExcavacin en forma de tnel, seccin apreciable y suave pendienteElemento de captacin Medio de transporteNulo poder de regulacin
ZANJAS Y DRENESExcavaciones lineales de escasa profundidad
POZOS EXCAVADOSExcavacin manualPoca profundidad y gran dimetroNivel piezomtrico someroAcuferos de poco espesor Problemas de arrastresAcuferos poco permeablesElevado coste
POZOS CON DRENES O GALERIAS RADIALES
OBRAS DE CAPTACION
7SONDEOS
Perforacin 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
Arenas y gravas inconsolidadas. Arcillas muy plsticas
Arcillas plsticas, arenas y gravas inconsolidadas
Muy duras y compactas. Muy permeables.Niveles de agua muy altos
Muy permeables, fisuradas y/o karstificadas(prdida de circulacin)
Consolidadas, compactas,, muy duras y/o abrasivasFORMACIONES NO
PERFORABLES
Rocas duras, compactas y abrasivas
Rocas duras, compactas y abrasivas
Inconsolidadas y semiconsolidadasblandas a medias
Semiconsolidadas y consolidadas, blandas a muy duras y abrasivas
limos, arenas, gravas
Semiconsolidadas, blandas y poco compactas: arcillas, margas, calizas
Compactas, muy fisuradas y/o karstificadas
FORMACIONES PERFORABLES
200-600200-600400-800< 1000300-600PROF (m) hasta
660 (26")220 (8")350 (12,5")380 (15") rp
0.5 - 2 m350 (12,5")660 (26") rp
1.200 pDIAMETRO (mm), hasta
Rotopercusin inversa
Rotopercusindirecta
Rotacin inversa
Rotacin directa
Percusin por cable
CARACTERSTICAS
MMTODO DE PERFORACITODO DE PERFORACINN
8Limitaciones en profundidad si hay mucha agua y columna de la misma
La eficiencia disminuye en presencia de agua
Puede haber problemas de desviacin
Puede necesitar caudales de agua muy elevados
Problemas en formaciones muy permeables e inconsolidadas
Maquinaria y equipamiento sofisticados y algo costosos
El uso de un mal lodo puede impermeabilizar acuferos
Avance lento en formaciones duras
Profundidad limitada por el coste
Entubacin obligada en formaciones inconsolidadas
DESVENTAJAS
Rpido
Grandes dimetros
Muestreo representativo
Fluidos
Aforo
Muy rpido en roca dura
El ms econmico, si no hay problemas
Avance muy rpido en
inconsolidadasy
semiconsolidadas
Gran dimetro
Grandes profundidades
Vlido en todo tipo de rocas
No entubaciones provisionales
Simplicidad de trabajo
Bajo costo inicial
Adaptable a casi todas las situacionesVENTAJAS
Roca dura y seca, 50-250
Idem saturada, 30-60
Granitos y abrasivas, 15-50
Roca dura y seca, 50-250
Idem saturada, 30-60
Granitos y abrasivas, 15-50
Arcillas, arcillas arenosas, limos, 20-70
Arenas, gravas,15-30
Margas, areniscas, 20-50
conglomerados, 10-15
Calizas, conglomerados, areniscas, 10-15
Granitos, 5-10
Arcillas, arcillas arenosas, margas y otras semiconsolidadas, 30-100
Limos y arenas finas, 3-6
Arenas gruesas y gravas, 5-10
Arcillas, pizarras, 5-15
Arcillas arenosas, calcarenitas blandas, 15-30
Calizas duras,
AVANCE O PENETRACION
(m/da)
Rotopercusin inversa
Rotopercusindirecta
Rotacin inversa
Rotacin directa
Percusin por cableCaractersticas
MTODO DE PERFORACIN
Carrete
BalancnExcntrica
Torre
Eje motriz
Cable
Trpano
PERCUSIN CON CABLE
9MQUINA DE PERCUSIN
ROTACIN A CIRCULACIN DIRECTA
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TRICONOS
DE DIENTES CON INSERTOS DE VIDIA
VARILLAJE
Circulacin inversa
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Entubaciones
Cementaciones
Rejillas y prefiltros
Diseo de la zona de admisin
CONFIGURACIN GENERAL DE LA CAPTACIN
ENTUBACIONES
Revestimiento, 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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1. 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
2. Evitar siempre que interese la comunicacin entre acuferos 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
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
Misiones e inters de las cementaciones
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).
REJILLAS
Tubos metlicos filtrantes que juntamente con la tubera de revestimiento constituyen la columna del sondeo.
permiten la entrada del agua al interior del sondeo sirven de contencin de la grava artificialpermiten el desarrollo del pozomantienen 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 - PACK
A) COMO ESTABILIZADOR DE LAS PAREDES DEL SONDEO(Relleno espacio anular)
B) COMO ESTABILIZADOR DE LA FORMACIN ACUFERA GRANULAR Y NO CONSOLIDADA
No importa la granulometra del prefiltro
Puede instalarse en cualquier tipo de medio litolgico
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)
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
El empaque de gravas:
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Colocacin de prefiltros
A ) PROCEDIMIENTOS NATURALES(Inyeccin, vertido desde la superficie)
1. Vertido por el espacio anular
2. Inyeccin hidrulica
ManualPozos prof de 0 150 m)
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
Manual ayudado con la circulacinPozos prof. de 150 a 400 m
Adecuado en pozos construidos a percusin, sin excluir los otros sistemas
Preferentemente en pozos construidos con tcnicas de rotacin y circulacin de fluidos
Mtodos a pozo abierto
Mtodos a pozo cerrado(todas las profundidades)
Adecuados en pozos construidos con tcnicas de rotacin y circulacin de fluidos
DISEO DE LA ZONA DE ADMISIN Y CONFIGURACIN GENERAL DEL POZO
Si no se conoce el acufero
Sondeo piloto de investigacin(ensanchable si positiva)
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
Ensanchar Entubar Colocar rejillas
Colocarprefiltros
Cementar Instalarbomba
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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Vdarcy
Vdarcy
S
Vdarcy
Vd = k i
Q = S Vd = S k i
Vreal = Vd / m
V entrada en rejilla
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
Velocidad crtica de Darcy (Vcd)A partir de la cual se establece un rgimen turbulento en el entorno de la rejilla
a) Frmulas empricas
b ) N de Reynolds
Vcd K1/2 / 15 K en m/s (Frmula de Sitchar)
Vcd 0,2 d40 d40 en mm, Vcd en m/s (N de Gross)
Vcd = NR / D D = d10 d50, NR entre 4 y 10
3 ETAPA VALORACIN DE LA CAPTACINCaudal de explotacin y velocidades de entrada en rejilla
(medios granulares no consolidados o semiconsolidados)
BQ
CQn
Q
S
ST
1,5 QT 3QT
QTCaudal terico de Darcy (QT)QT = ST / B = 2piR L K
1/2 / 15
Se recomienda explotar a QT por: 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
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/da2 QT a 3 QT si K > 60 m/da
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EVALUACIN AFORO
Informan sobre Caractersticas hidrodinmicos del acufero Eficiencia de la captacin
Mtodos de ensayo A caudal constante
Rgimen de equilibrio (permanente)
Rgimen no permanente
A caudal variableBombeos escalonados
Ensayos de recuperacin
Parmetros que se obtienen Caudal ptimo Radio de influencia Transmisividad Permeabilidad Prdidas de carga