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.



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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.



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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



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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.



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Pruebas hidráulicas

en

piezómetros



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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).


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