7aas-dpozos (1)
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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.
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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)
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Esquema general de
prdidas de carga en un
pozo, equivalentes al
descenso o abatimiento
Diseo hidrulico
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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.
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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.
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Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
Porcentaje promedio de rea abierta
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Rejilla tipo puente: superficie eficaz
> 7% y tiene buena resistencia
mecnica.
Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
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Rejilla tipo puente:
Bajo costo relativo;
rea abierta apropiada;
Aberturas hacia adentro;
Disponibilidad limitada;
Resistencia limitada.
Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
Rejilla ranurada (oxi-corte): tubera con aberturas longitudinales; poco control en paso
de sedimentos; superficie eficaz del 2-8%.
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Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
Rejilla tipo persiana: poco
frecuente; requiere filtro de
grava artificial.
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Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
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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
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Tipos de rejillas
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Tipos de rejillas
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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.
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Seleccin de material de rejillas
Problemas de rejillas segn su resistencia mecnica;
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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.
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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.
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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.
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Dimetro del entubado ciego
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.
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Dimetro del entubado ciego
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.
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Dimetro del entubado ciego y rejilla
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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
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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.
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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).
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Prefiltro o empaque de grava
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.
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Prefiltro o empaque de grava
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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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[email protected]; [email protected]
Muchas gracias
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