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8/16/2019 Captación de Aguas Subterráneas.pdf
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PRESENTADO POR
Alfredo M. Huamaní Huaccán, M.Sc.
Mayo, 2016
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFacultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica
Captación de Aguas Subterráneas
Unidad de Posgrado de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y
Geográfica
Curso de Hidrogeología
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Tipos de Obras de Captación
1. Pozos excavados
2. Sondeos
3. Galerías
4. Drenes5. Pozos con drenes radiales
6. Zanjas de drenaje
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Selección de Puntos de Perforación
• Formación favorable para producir agua
• Normalmente profundidad mínima al agua
• Geología estructural importante – estructuras
abiertas (dilatantes), sin arcilla –frecuentemente en roca silicificada o rocas
carbonatadas
• Experiencia anterior de perforación por mineral
(revisión de testigos, reportes de perforación),experiencia con otros pozos de abastecimiento
o monitoreo en el área circundante
• Datos geofísicos
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Tamaño de Perforación e Instalación
¿Cuál es el rendimiento típico por profundidad?
Rendimiento (l/s) Diámetro de
Bomba (mm)
Diámetro Optimo
de Tubería (mm)
Diámetro Mínimo
de Tubería (mm)
< 5 Hasta 102 Hasta 152 Hasta 127
5 a 10 125 203 152
10 a 20 152 254 203
20 a 40 203 305 254
40 a 60 254 356 305
60 a 100 305 406 356
Recomendación: agregar, como mínimo, 100 mm al diámetro de perforación si se utiliza
instalación convencional
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Métodos de Perforación General
Pozos
de
Exploración
o
Prueba‐
Producción:• Cuando los datos indican un alta probabilidad de éxito, se efectúan perforación e instalación de pozos de prueba‐producción directamente
(ejm. en acuíferos ya explotados)
• Cuando existe significante incertidumbre sobre el rendimiento del pozo,
se efectúan
perforaciones
exploratorias
con
un
diámetro
menor
(ejm.
125
a 150 mm)
Pozos Verticales, Inclinados y Horizontales:• Los pozos verticales son más estables, y usualmente más rectos
• Los pozos
inclinados
(usualmente
entre
‐70º y
‐90º) pueden
cortar
fracturas productivas sub‐verticales, mejorar el rendimiento, pero son más
complicados para su instalación; uso de bombas sumergibles (no del tipo
turbina)
• En el
futuro
(con
los
avances)
los
pozos
horizontales
o sub
‐horizontales
podrían ser los más importantes.
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Componentes de Perforación
Existen dos
componentes
principales
en una perforación: avance y
recuperación
AvancePuede ser con corte (diamantino), trituración (ej. tricono) percusión (ej.
martillo) o inyección a chorro
RecuperaciónPuede recuperar con sacatestigo (testigos),
o simplemente detritus con fluidos (aire,
lodo o agua).
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Comparación de Métodos de Perforación Comunes
El método
de
perforación
se
define
en base a la profundidad, el diámetro
necesario y la naturaleza de los
terrenos a perforar.
Involucra el
tipo
de
roca,
posición
del
nivel piezométrico regional, los
caudales que se pretende extraer
(influyen en los diámetros del pozo,
en el
diámetro
de
la
bomba
y en
el
diseño del filtro), accesibilidad del
lugar y disponibilidad de superficies
aptas para el emplazamiento de la
maquinaria.
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Ventajas y Desventajas de Métodos de Perforación
Métodos Ventajas Desventajas
Aire Rotacional –
Circulación
Reversa
Buena calidad de muestras de suelo
y roca; poderoso, rápido; puede ver
ingresos de agua; puede avanzar con
casing si tiene casing hammer; fácil
para el desarollo
Relativamente caro; no es ideal en
terreno inestable donde existe
potencial de derrumbes; mayor
capacidad de compresión requerida
en altura; estimaciones de cantidad
de ingresos de agua impreciso
Aire Rotacional –
Circulación
Directa
Aceptable calidad de muestras de
suelo y roca; poderoso, rápido; puede
ver ingresos de agua y medirlos con
precisión; puede avanzar con casing
si tiene martillo de casing; fácil parael desarrollo
Relativamente caro; no es ideal en
terreno inestable donde existe
potencial de derrumbes; mayor
capacidad de compresión requerida
en altura
Aire Rotacional –
Barber
Como arriba - circulación reversa o
directa; puede avanzar con casing
rápidamente en suelos
Caro; mayor capacidad de
compresión requerida en altura
Aire Rotacional –
ODEX
Ventajas de arriba y útil donde hay
condiciones inestables en el pozo
Muy caro; mayor capacidad de
compresión requerida en altura
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Ventajas y Desventajas de Métodos de Perforación (Cont…)
Métodos Ventajas DesventajasRotacional
con lodo
Método útil en condiciones inestables;
puede ser menos costoso que aire
rotacional en altura; útil para pozos de
diámetros anchos
Calidad de muestras baja; a veces
difícil de ver los puntos de ingreso
de agua; a veces mucho trabajo
requerido para desarrollar un pozo;
más lento; en muchos casos uso depruebas geofísicas requeridas para
identificar zonas de ingresos
Percusión por
Cable
Sencillo; buena calidad de muestras y se
puede ver puntos de ingreso de agua;
usualmente más barato; puede avanzarcon casing
Lento, especialmente en pozos
profundos
Sónico Calidad de muestras excelente, fácil para
avanzar con casing en suelos y roca
suave; se puede ver ingresos de agua
Caro; no es tan útil en roca dura
Diamantino Calidad de muestras de roca excelente,fácil de avanzar con casing en suelos
Limitado para pozos pequeños(< 150 mm)
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Pruebas de Rendimiento Durante Perforación
• Ayuda con el diseño del pozo• Pruebas de bombeo con aire o con bomba sumergible
• Inyección de agua
• Las pruebas de air-lift o bomba sumergible permiten monitorear la
calidad del agua en profundidad
Inyección de
Agua
Prueba de
Air-Lift
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Construcción Típica de un Pozo de Abastecimiento
sello superficial (cemento/bentonita)
tubería del pozo (hierro o PVC)
nivel dinámico
taladro
filtro de acero inoxidable o PVC
(ranurada o línea contínua)
depósito
filtro de grava o arena gruesa
casing de superficie
derrumbes
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Diseño de Pozos
Tubería (Casing):1. Debe tener fuerza de tensión y compresión por la
profundidad de instalación
2. Debe ser resistente a la corrosión – las opciones
incluyen mayor espesor, composición de PVC,
fibra de vidrio, acero inoxidable o aleaciones
Filtro de Grava Artificial: 1. Debe ser de material no-reactiva (ejm. cuarzo)
2. Preferentemente granos redondos3. Coeficiente de uniformidad al mínimo de 5 (mejor
de 2)
4. El filtro debe retener al mínimo 90% de grava
5. Debe cubrir al mínimo una distancia de 15% dellargo del filtro (encima)
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Diseño de Filtros de Pozos
Propósito del Filtro:
1. Permitir ingreso de agua (no sedimentos)2. Permitir desarrollo del pozo (limpieza de partículas de las paredes
del pozo y del acuífero para mejorar rendimiento)
Tipos de Filtros Comunes y
eficaz de “jetting”
• Mas área abierta, mejor desarrollo y
rendimiento, eficiente; filtro de alambre
continuo mas área abierta
• Tubo ranurado muchas veces suficiente
para pozos en roca con rendimiento
bajo• Debe considerar fuerza de tensión y
compresión requerido
• Considerar el potencial de corrosión del
pozo – materiales incluyen aceroinoxidable, aleaciones y plástico (PVC)
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Métodos de Instalación
Pozo abierto vs. instalación
dentro de casing:
• En pozos sin apoyo (ejm. de aire
rotacional), hay riesgos de derrumbes y
problemas de instalación
• Es importante instalar los pozos en
forma colgada, agregando grava y
cemento al pozo en esta posición para
maximizar con la verticalidad (rectitud) del
pozo.
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Métodos de Instalación (Cont…)
Filtro Normal (Grava Artificial) o Filtro Telescópico (Grava Desarrollado):
• La norma en Perú es el uso de grava introducido entre el pozo construido y lasparedes del sondaje; requiere un sondaje entre 50 y 100 mm más grande que el pozo
• Un método común usado en Norte América en suelos es la instalación de filtros
telescópicos y desarrollo de un filtro natural
• El casing de perforación y el casing de pozo son lo mismo; el filtro está diseñado parapermitir el ingreso al pozo del 60 a 70% de la formación – generalmente menos
costoso para la instalación de un pozo de abastecimiento
Instalación de filtro telescópico Filtro de grava natural
Beneficio de sección “V”
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Desarrollo de Pozos
Propósitos:1. Mejorar el rendimiento del pozo
2. Reducir el contenido de sólidos
suspendidos – condición libre de arena,
para no dañar la bomba
Bombeo con aire
Herramientas de inyección a chorro
Métodos Comunes:
1. Bombeo con aire
2. Bombeo con bomba sumergible
3. Pistoneo/Succión (Surging)
4. Inyección a chorro5. Uso de ácido (rocas carbonatadas)
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Instalación de Piezómetros
¿Qué es
un
Piezómetro?
• Es un instrumento compuesto por un tubo vertical
o inclinado, generalmente de material PVC, que
puede ser de distinto diámetro (1” a 4”),
dependiendo del objetivo
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¿Para qué
sirve
un
piezómetro?
Sirve para determinar los niveles piezométricos, la calidad
del agua subterránea y la permeabilidad de un determinado
acuífero; además como pozos de observación durantepruebas de bombeo .
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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Ubicación de instalación de un piezómetro
Se ubica de acuerdo al objetivo
de la evaluación hidrogeológica.
Puede ser para evaluar la
operación de una mina o para el
cierre de la misma.
Por ejemplo: observar la base
de una presa de relaves, de un
depósito de desmonte.
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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Requerimientos para
la
instalación
de
un
piezómetro
Para la instalación de piezómetros se requiere de
perforaciones . Estas perforaciones pueden ser
principalmente diamantina (con recuperación detestigo) y de rotación (con recuperación de detritus).
En base a la información litológica de las
perforaciones se diseña el piezómetro.
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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¿De qué material es un Piezómetro?
El material más utilizado para la instalación de un piezómetro es tubería PVC,
Schedule 80, debido a que es simple, confiable, económico, fácil de realizar lecturas,
y por su pequeño diámetro permite instalar varios piezómetros en una misma
perforación. Sin embargo es limitado hasta una profundidad máxima de 300 m,
debido a que se puede romper.
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¿Dónde se instala un piezómetro?
C.1
C.2
C.3
C.4
C.2
C.3
N.P.2
N.P.3
N.P.4
N.P.4
N.P.2
N.P.3
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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¿Cómo se instala un piezómetro?
La perforación debe encontrarse libre de polímeros o bentonita. Previa a la
instalación de un piezómetro se debe haber efectuado el desarrollo del mismo
para eliminar todos los residuos de perforación.
Si la profundidad es corta, se puede efectuar la instalación manualmente; sin
embargo, si la profundidad es considerable, se necesitará de un cabezal adaptadopara que pueda ser suspendido del cable de perforación.
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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Pruebas hidráulicas
en
piezómetros
Instalación de Piezómetros (Cont…)
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Instrumentos de medición
• Transductores
• Medidores de nivel de agua (Electrónicos y
Sónicos).
• Equipos portátiles para medir parámetros
fisicoquímicos de campo (CE, pH, T, OD).• Bombas (peristálticas, sumergibles,
inercial).
Instalación de Piezómetros (Cont…)