7aAS-dpozos (1)

Aguas subterrneas

2012-1

Sebastin Santayana Vela

Diseo de pozos

UNALM

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Consideraciones bsicas para diseo y construccin de pozos:

o Condiciones hidrogeolgicas: calidad hidrulica del

acufero y comportamiento de napa fretica.

o Presencia de pozos vecinos, teniendo en cuenta radio de

influencia.

o Condiciones actuales de explotacin del

acufero (explotacin actual del agua

subterrnea).

o Sistema de abastecimiento de agua a ser

empleado y condiciones topogrficas del rea

de estudio.

Ingeniera de pozos

ASubt. Diseo de pozos. S. Santayana

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Comprende:

o Localizacin de pozos proyectados;

o Diseo preliminar:

Diseo hidrulico;

Diseo fsico.

o Diseo definitivo:

Posicin de rejillas;

Abertura de rejillas.

o Especificaciones tcnicas de

construccin.

Ingeniera de pozos


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Localizacin de pozos proyectados

Mejor ubicacin para un pozo tubular proyectado, se define con informacin del estudio hidrogeolgico:

o Inventario de pozos existentes;

o Geologa, geomorfologa, geofsica;

o Piezometra;

o Hidrodinmica;

o Hidrogeoqumica;

o Niveles de explotacin de napa, etc.

Informacin que se presenta en cartas o mapas

que permitan visualizar su variacin espacial.


5

Del Rio Landfill

19th Avenue Landfill C

entra

l Ave

.

7th A

ve.

16

th St.

19

th Ave

.

Broadway Rd.

Buckeye Rd.

24

th St.

Localizacin de pozos proyectados

Mejor ubicacin para perforacin de pozos proyectados es definida por informacin del

estudio hidrogeolgico


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Diseo de pozos

Diseo preliminar de pozos:

Diseo hidrulico;

Diseo fsico;

Diseo hidrulico:

Estimacin de profundidad de nivel

dinmico para condiciones de

explotacin de pozo proyectado.

Uso de ecuaciones de hidrulica

subterrnea.


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Diseo hidrulico

Estimacin de nivel dinmico, se realiza con ecuacin:

ND = s + NE = h + per + NE

Donde:

h = (0,183Q/T)log(2,25Tt/rpS)

per = BQ

NE = Nivel esttico (m); ND = Nivel dinmico (m);

Q = Caudal de bombeo (m3/s);

T = Transmisividad (m/s);

S = Coeficiente de almacenamiento (adimensional);

t = Tiempo de bombeo (s);

rp = Radio de pozo (m);

B = Coeficiente de Walton, prdidas de carga al ingresar agua al interior del pozo

(s2/m5)


8

Esquema general de

prdidas de carga en un

pozo, equivalentes al

descenso o abatimiento

Diseo hidrulico


9

Esquema de prdidas de carga

debidas al pozo

Diseo hidrulico


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Diseo fsico

Seccin de admisin;

Dimetro y longitud del entubado ciego;

Dimetro, profundidad y mtodo de perforacin;

Empaque de grava.


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Seccin de admisin: rejillas

Rejillas deben permitir que ingrese agua al pozo, sin materiales slidos (arenas) y con una mnima

prdida de carga.

o Sirven de contencin de grava artificial;

o Permiten desarrollo del pozo;

o Evitan arrastre de materiales que no se desea

eliminar.

Se localizan por debajo de probable posicin del nivel dinmico.

Se complementa con prefiltro o empaque de grava, de caractersticas determinadas, en espacio anular que

queda entre pared del acufero perforado y rejilla.


12

Seleccin de rejilla

Seleccionar adecuadamente rejilla, implica determinar: tipo,

longitud, tamao de abertura, dimetro y resistencia.

Seleccin de rejilla se hace en funcin de:

o Curva granulomtrica del acufero;

o Posicin de acuferos;

o Dimetro ms adecuado;

o Caudal que se espera conseguir

en pozo.


13

Tipos de rejillas


14

Tipos de rejillas

Porcentaje promedio de rea abierta


15

Rejilla tipo puente: superficie eficaz

> 7% y tiene buena resistencia

mecnica.

Tipos de rejillas


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Tipos de rejillas


17

Rejilla tipo puente:

Bajo costo relativo;

rea abierta apropiada;

Aberturas hacia adentro;

Disponibilidad limitada;

Resistencia limitada.

Tipos de rejillas


18

Tipos de rejillas

Rejilla ranurada (oxi-corte): tubera con aberturas longitudinales; poco control en paso

de sedimentos; superficie eficaz del 2-8%.


19

Tipos de rejillas


20

Tipos de rejillas

Rejilla tipo persiana: poco

frecuente; requiere filtro de

grava artificial.


21

Tipos de rejillas


22

Tipos de rejillas


23

8 Acero galvanizado

6 Bronce

4 Acero

inoxidable 16 Carbon Steel Johnson

Agri-Screen

Rejilla Johnson: tubera de ranura continua; con superficie eficaz

hasta 40%; muy cara; necesaria con empaques de grava de

granulometra muy fina.

Tipos de rejillas


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Seccin triangular Seccin redonda

Aberturas ms grandes Aberturas ms pequeas

Acero inoxidable Acero galvanizado

Direccin del flujo

Tipos de rejillas


25

Tipos de rejillas


26

Tipos de rejillas


27

Tipos de rejillas


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Longitud de rejilla

Longitud ptima de rejilla:

1000 Q L = ---------- (0,5 A Vp)

Donde: L = Longitud activa (m).

Q = Caudal esperado (l/s).

A = Area abierta (cm/m).

Vp = 3 - 3,5 (*), velocidad ptima (cm/s).

1000 = Factor de conversin de unidades

(*) National Water Well Association, indica que velocidad mxima permitida es de 3

cm/s para valores K 120 m/da.

Ae = 0.5A (m2/m); se asume que un 50% de rejilla se tapa con materiales finos al operar el pozo.


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Abertura de rejillas

En funcin a granulometra del material acufero y del % del material a eliminar en desarrollo del pozo.

En pozos sin empaque de grava, abertura de rejilla dimetro de granos de formacin que se quieran retener.

En pozos con empaque de grava, abertura debe ser igual al de grava de mayor tamao utilizada en empaque, multiplicado por

0.8.

En todo caso, rejilla debera retener, al

menos, 90% de grava colocada.


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Seleccin de material de rejillas

Segn resistencia mecnica;

Segn resistencia a qumica del agua;

Deben soportar esfuerzos de: compresin, aplastamiento y traccin.

Compresin, esfuerzo a que est sometida rejilla por peso de columna de entubacin.

Se deja columna colgada a partir del primer filtro;

as rejilla trabaja a traccin.


31

Seleccin de material de rejillas

Problemas de rejillas segn su resistencia mecnica;


32

Disposicin de rejillas

o Se establece en diseo definitivo, luego de perforacin.

o Debern quedar frente a estratos acuferos ms productivos.

o En acuferos libres, homogneos y de espesor considerable, se situar en parte inferior de

zona saturada y cubriendo a 1/3 de la misma.

o En acuferos confinados, se aconseja colocar filtros sobre 70% - 80% del espesor del

mismo, con un tramo nico centrado o con varios tramos repartidos de modo uniforme

sobre espesor del acufero.


33 ASubt. Diseo de pozos. S. Santayana

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Dimetro de rejilla

Se establece en funcin del caudal de explotacin (Q), considerando velocidad ptima (vp) del agua, que no

provoque prdidas de carga excesivas, ni d lugar a

fenmenos de corrosin o incrustacin.

Segn Walton (1970), rea abierta efectiva (Ae):

Ae = 1000(Q/Lvp)

Conocidos valores de Q (l/s), L (m) y vp (cm/s), puede estimarse Ae (cm2/m), con lo cual se determina

dimetro de rejilla.

Dimetros ms comunes son: 12, 14 y 15.


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Resistencia de rejilla

Resistencia de rejilla: debe tomarse en cuenta no slo lo relativo a

resistencia mecnica, sino tambin su comportamiento frente a

aguas agresivas (corrosivas o incrustantes).

Rejillas recomendadas son de acero inoxidable y acero estructural de

bajo contenido de carbono.

Filtros de acero inoxidable presentan siguientes ventajas: mayor

resistencia; soportan tratamiento qumico, en

procesos de mantenimiento o limpieza de filtros;

no presentan corrosin, ni depsitos de

incrustacin de fierro.


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Entubado ciego

Entubado ciego o seccin cubierta del pozo:

o Sirve para albergar equipo de bombeo;

o Fortifica paredes del pozo;

o Asla agua indeseable que se encuentra

en algunos acuferos atravesados por

perforacin.

Existen tuberas de diferentes materiales, que deben ser seleccionadas: acero inoxidable, fibra de vidrio, PVC, acero dulce,

fierro dulce, etc.


37

Dimetro del entubado ciego

Se selecciona en funcin del dimetro de impulsores de bomba (que depende de Q).

Si perforacin es por percusin en acuferos inestables, se requiere entubacin provisional (tubera

de revestimiento), que no es necesaria cuando se usa

mtodo de rotacin, porque lodos de perforacin

estabilizan paredes de perforacin.


38


Dimetros ms usados en tuberas provisionales son de 18 y 21; para entubado definitivo, de 12, 14, 15 y 18, de de espesor;

En un slo dimetro o diferentes (pozos telescpicos), que disminuyen con

profundidad.


39


Estructuralmente, puede diferenciarse por lo menos 2 tramos diferentes:

o Uno es aqul donde se produce entrada del

agua, desde acufero;

o Otro es el que enlaza anterior con superficie del

terreno, que debe albergar bomba.

o Dimetro del tramo de entrada de agua al pozo,

deber ser aqul que produzca un rea libre

mnima necesaria para paso del agua;

o Dimetro del otro tramo depende del

tamao de bomba, que depende del caudal.


40

Dimetro del entubado ciego y rejilla


41

Dimetro de bomba y tubera en funcin del caudal

Dimetro mx.

bomba (pulg)

Dimetro mn.

tubera (pulg)

Caudal

(l/s)

5

6

8

10

12

14

6

8

10

12

14

16

0-10

9-24

21-40

36-80

72-110

98-180


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Longitud de entubado ciego

Tramos de tubera ciega se localizan desde una

posicin por sobre nivel del terreno (ES), hasta 3 - 5

m por debajo del nivel dinmico esperado (ECS);

otro tramo de 3,0 m, se coloca en fondo del pozo

(ECI):

o ES = tramo de tubera que sobresale por sobre

superficie del suelo;

o ECS = entubado ciego que se extiende desde

superficie del suelo hasta empalmar con columna de

filtros.

o ECI = entubado ciego localizado al fondo del pozo y

funciona como trampa de arena.

ES

ECS

ECI

Rejilla


43

Dimetro de perforacin

Depende, principalmente, del

dimetro del entubado definitivo

y de necesidad de usar

empaque de grava.

Cuando se usa empaque de

grava debe considerarse

dimetros 4-6 mayores al

entubado ciego.


44

Profundidad de perforacin

Depende de: caractersticas hidrulicas y espesor de acuferos; posicin de niveles estticos actuales y futuros;

caudales de bombeo; tipo de filtros, etc.

Longitud de perforacin preliminar: longitud de entubado ciego (ECS ms ECI) ms longitud de columna de filtros.

En acuferos libres, se debera alcanzar basamento rocoso; pozo ser de penetracin parcial debido a

aspectos econmicos o a gran profundidad del basamento

rocoso.

En acuferos confinados, salvo mismas condiciones anteriores, se aconseja pozos de penetracin total, por

razones de mejor funcionamiento hidrulico.


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Prefiltro o empaque de grava

a) Como estabilizador de paredes del pozo (relleno espacio anular)

b) Como estabilizador de formacin acufera granular y no consolidada

o No importa granulometra del prefiltro;

o Puede instalarse en cualquier tipo de medio litolgico;

o Es importante granulometra del prefiltro en relacin con

granulometra del medio acufero

o Es importante una buena tcnica de

colocacin (evitar puentes, evitar

segregacin de tamaos en prefiltro).


46


Impide que se provoque arrastre de materiales slidos durante explotacin del pozo;

Aumenta permeabilidad en entorno del pozo;

Disminuye velocidad de circulacin del agua en su paso por empaque;

Aumenta rendimiento especfico del pozo al reducirse prdidas de carga;

Sirve de base para poder desarrollar pozo mediante eliminacin de un determinado

porcentaje de finos.


47



48

Lo ms redondeada posible; de composicin silcea; con cierto grado de uniformidad; de paredes lisas.

En pozos donde se prevea tratamiento con cido, materiales calcreos no deben superar 5%.

Grava deber estar limpia, debiendo lavarse con agua dulce.

Gravas limpias, bien clasificadas y redondeadas ofrecen menor rozamiento del agua y, con menores

prdidas de carga y ahorro energtico

durante su explotacin.

Caractersticas de grava


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Espesor de grava

Entre 8 y 15 cm, con mnimo de 2 3 cm, en tramos ms estrechos.

Conviene tener en cuenta:

o Cuanto mayor sea espesor del empaque, menor ser velocidad de circulacin

del agua en acufero y, aumentara dificultad de eliminacin de materiales finos

durante proceso de desarrollo.

o Si espesor del prefiltro es muy pequeo pueden quedar zonas

sin empaque, con problemas de arrastre de arenas durante

explotacin del pozo.

o Espesor excesivo requiere mayores dimetros de perforacin,

con incremento innecesario del costo de obra.

o Paredes sometidas al contacto con lodos de perforacin

presentan una pelcula impermeable cuya eliminacin ser

tanto ms fcil cuanto menor sea espesor de grava.


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Muchas gracias


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