Hacer Pozo de Agua - Memoria_Danilo_Tapia_Reed_5.1

“Perforación Manual de Pozos Profundos usando el método EMAS-AYNI” Memoria de Titulación para optar al título de Constructor Civil Universidad Técnica Federico Santa María

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES

PERFORACION MANUAL DE POZOS PROFUNDOS USANDO EL METODO EMAS-AYNI

Memoria de titulación presentado por

DANILO ALEJANDRO TAPIA REED

Como requisito parcial para optar al título de

CONSTRUCTOR CIVIL

Profesor Guía LUDWIG STOWHAS BORGUETTI

Diciembre de 2008

Danilo Tapia Reed

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Mis agradecimientos a: •

A la Ilustre Municipalidad de Chanco, especialmente a su Director de Obras Arquitecto Eduardo Poblete Aedo, a los funcionarios de la Dirección de Obras y a los profesionales de Servicio País de la comuna, por la fe puesta en mi en los comienzos de este proyecto, la cual me motivo a adentrarme mas en el tema y por la ayuda prestada para interiorizarme en las necesidades de la ruralidad.

•

Al Sr. Wolfang Eloy Buchner, por su apoyo desinteresado al acogerme durante mi estadia en Bolivia en la Escuela Móvil de Aguas y Saneamiento, durante la cual me permitió conocer en detalle y aprender sobre los diversos métodos EMAS para saneamiento básico, especialmente la perforación que da nombre a este trabajo. La lucha de Eloy a través de los años por ayudar a superar la pobreza rural es un ejemplo digno de seguir, el cual agradezco profundamente.

•

Al Profesor Ludwig Stowhas Borguetti, por haberme dado en forma ejemplar los primeros conocimientos en el área hidráulica, piedra fundamental que me ayudo con posterioridad a desarrollar mi práctica y mi memoria de titulo en este tema, dentro del cual considero fue el mejor guía que pude tener.

•

A las Terapeutas Ocupacionales Paula Rojas Cataldo y Alejandra Pezoa Ahumada, por la colaboración prestada en las mejoras al sistema en relación a la salud ocupacional del sistema EMAS como parte de esta memoria.

Danilo Tapia Reed

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DEDICATORIA

A mis padres Enrique y Verónica y a mi hermano Sebastián, quienes con sus luchas y dedicación constante para lograr sus sueños, han sido el mejor ejemplo que pude tener para lograr los míos. A José, Jean Pierre, Pereira, Víctor, Soto, Aurora, Milton, Rodolfo, Valeska, Lindsay y tantos otros compañeros y colegas, con los cuales luchamos codo a codo, sufrimos, triunfamos y muchas veces me levantaron del suelo y me ayudaron a llegar hasta el lugar desde donde escribo estas palabras. A Luis, Rommy, Roberto, Paula, Carlos, Juan Francisco, Marco, Nano, Gonzalo, Rafael y tantos más que a mi lado o a la distancia me han acompañado en el largo proceso de llegar a esta meta. Y finalmente, quiero dedicar este trabajo a todos los hombres y mujeres que de forma desinteresada y la mayoría de las veces dejando de lado el bienestar económico, salud y fuerzas, luchan día a día por hacer de este mundo un lugar mejor para todos.

Belloto Sur Noviembre 2008

Danilo Tapia Reed

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CONSTRUCCION MANUAL DE POZOS PROFUNDOS USANDO EL METODO EMAS-AYNI I.

INDICE DE CONTENIDOS

Tema I. INDICE DE CONTENIDOS II. INDICE DE TABLAS III. INDICE DE LAMINAS

Página 4 5 5

1. INTRODUCCION 1.1. ANTECEDENTES HISTORICOS 1.2. ANTECEDENTES SANITARIOS 1.3. SITUACION ACTUAL EN CHILE 1.3.1. COBERTURA ACTUAL 1.3.2. PROGRAMA NACIONAL DE AGUA POTABLE RURAL 1.4. ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO 1.5. OBJETIVOS 1.6. PLAN DE TRABAJO

8 8 8 8 8 9 10 11 11

2. CONSTRUCCION DE POZOS 2.1. TECNOLOGIAS TRADICIONALES 2.1.1. Pozo Excavado 2.1.2. Pozo Barrenado 2.1.3. Pozo Clavado 2.1.4. Pozo a Chorro 2.1.5. Pozo Perforado 2.1.6. Perforación por Percusión 2.1.7. Perforación por Rotación 2.1.8. Perforación por Rotopercusión 2.2. TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS 2.2.1. Sistema de Perforación EMAS-AYNI 2.2.2. Sistema de Perforación Baptist 2.2.3. Sistema Rota-Sludge 2.2.4. Sistema Stonne Hammer

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3. ASPECTOS LEGALES Y ADMINISTRATIVOS REFERENTES AL SISTEMA EMAS/AYNI 3.1. DERECHOS DE APROVECHAMIENTO 3.2. AUTORIZACION SANITARIA 3.3. PROCESO DE CONSTRUCCION 3.3.1. Contrato de Construcción 3.3.2. Permisos de Construcción 3.3.3. Contratación de Mano de Obra 3.3.4. Medidas de Seguridad y Salud Ocupacional 3.3.4.1. Salud Ocupacional

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4. MEJORAMIENTO DEL SISTEMA 4.1. Sistema Mecánico de Levante para la Percusión 4.2. Brocas 4.2.1. Tipos de Brocas 4.2.1.1. Brocas Usuales en el Método EMAS 4.2.2. Problemas Usuales 4.2.3. Soluciones 4.2.3.1. Brocas Forjadas 4.2.3.2. Brocas de Aceros Especiales e Insertos 4.2.3.3. Adaptación de Brocas Mecanizadas 4.3. Sistema Captante y de Filtración 4.4. Bomba de Lodos 4.5. Bombas 4.5.1. Bomba EMAS FLEXI 4.5.2. Bombas Eléctricas 4.5.2.1. Bombas centrifugas de Superficie 4.5.2.2. Bombas centrifugas de Aspiración profunda o bombas de Chorro 4.5.2.3. Bombas centrifugas sumergibles 4.5.3. Sistema de pistón para bomba manual

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5. ANALISIS DE COSTOS 5.1. Costos de pozos con métodos tradicionales 5.2. Construcción de pozos con el método EMAS-AYNI

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6. CONCLUSIONES

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7. BIBLIOGRAFIA

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II. INDICE DE TABLAS Tabla

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1. Captación de Agua para consumo según localización 2. Comparación entre percusión por cable y por lodos 3. Alturas manométricas y potencias de diversas bombas 4. Potencias de impulsión y costo por metro lineal de diversas Bombas 5. Parámetros de bombas de chorro 6. Parámetros de bombas de pozo profundo 7. Características técnicas de bombas para pozos de 2 y 3” 8. Características técnicas de bombas JET para pozos de 3” 9. Características técnicas de bombas JET para pozos de 2” 10. Comparación de costos por metro lineal de empresas perforistas 11. Costos referenciales de construcción

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III. INDICE DE LÁMINAS Lámina 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Construcción de Pozo Excavado Construcción de Pozo Barrenado Construcción de un Pozo Hincado Construcción de un Pozo a Chorro Sistema de Perforación por Percusión Trepano Cruciforme y de Botón Cuchara o Válvula de Charnela Cuchara o Válvula de Dardo Tipos de Trépanos y Cucharas de fondo usadas en la Perforación por percusión 10. Triconos 11. Trépanos de arrastre 12. Maquina para perforación por rotación adaptada con barreno continuo 13. Martillos de Fondo 14. Diagrama de funcionamiento de un sistema de perforación por rotopercusión con circulación directa 15. Croquis de funcionamiento del sistema EMAS/AYNI 16. Torre Vertical y torre en forma de V invertida 17. Manilla para perforación con circulación directa y circulación Inversa 18. Broca para arcilla y para arenas gruesas y gravas 19. Croquis explicativo del sistema de circulación de lodos 20. Sistema de circulación de lodos 21. Croquis del funcionamiento del sistema EMAS/AYNI 22. Torre de perforación 23. Broca estándar del sistema Baptist 24. Broca para roca del sistema Baptist 25. Perforación usando el método Baptist 26. Perforación usando el método Baptist 27. Perforación con el sistema Rota Sludge 28. Sistema Stone Hammer 29. Sistema Stone Hammer 30. Perforación con el método AYNI 31. Sistema de levante alternativo manual 32. Sistema de levante alternativo mecánico 33. Broca usada en Nueva Imperial para todo tipo de suelos 34. Broca usada en Bolivia para diversos tipos de suelos 35. Variación de la broca con barreno helicoidal 36. Broca para suelos finos con punta de una sola pieza 37. Broca para suelos finos con punta hecha de insertos 38. Broca para suelos arenosos, recién fabricada 39. Broca para suelos arenosos, con tiempo de uso 40. Broca para arenas y gravas, para pozos de 4”

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41. Detalle de broca para pozos de 4” 42. Broca propuesta por la OPS 43. Broca usada en Nueva Imperial, con desgaste 44. Detalle de la broca usada en Nueva Imperial 45. Broca para grava (nueva) 46. Broca para grava (desgastada) 47. Broca para arenas, malograda durante la perforación 48. Broca concretera 49. Triconos 50. Trialetas y Tetraleta 51. Escariadores 52. Cabezas de corte 53. Ranurado de tubo con esmeril angular 54. Perforación de tubo con taladro 55. Bomba manual de lodos del sistema EMAS-AYNI 56. Bomba sumergible modelo Top Vortex 57. Bomba sumergible modelo MC Monocanal 58. Diagrama de construcción parte superior bomba EMAS 59. Diagrama de construcción de válvulas de pistón y de pie 60. Bomba manual EMAS FLEXI (en uso) 61. Bomba manual EMAS FLEXI (detalle) 62. Bomba Centrifuga de superficie de Aspiración Profunda 63. Diagrama de Instalación de una bomba sumergible para pozos profundos 64. Diagrama de bomba Subline para pozos de 2 y 3” 65. Curvas características de bombas Subline para pozos de 2 y 3” 66. Sistema de rotación de un molino

50 50 51 51 51 51 52 54 55 55 55 55 56 57 58 59 59 62 62 63 63 65 67 70 70 72

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1. INTRODUCCION 1.1 ANTECEDENTES HISTORICOS El agua es uno de los principales motores del desarrollo tanto social como económico, como podemos ver a través de los tiempos, cuando en los lugares con buen abastecimiento de agua comienzan a surgir, hace ya miles de años, las grandes civilizaciones como son la Mesopotámica entre los ríos Tigris y Éufrates, la Egipcia en el Nilo, la China en el rio Amarillo y otras alrededor del mundo como la Tiahuanaco en el lago Titicaca. Esto debido a que más que un buen medio de transporte (en esa época), una manifestación de una deidad o simplemente un bien estético de un pueblo, el agua es lo que muchos llaman “el elemento que da la vida” debido a que desde el momento en que el hombre primitivo se convirtió de nómade a sedentario, necesitó del agua no solo para beber, sino que también para alimentar a sus animales y regar sus cultivos. 1.2 ANTECEDENTES SANITARIOS Hoy en día la situación no ha cambiado mucho. Aun observamos el gran problema que representa el no tener buen acceso al agua potable, ya no solo por el factor productivo agropecuario, sino que también por el aspecto sanitario negativo que representa la falta de acceso a agua potable, especialmente debido al desarrollo de enfermedades producto de la contaminación del agua la cual, al estar estancada para su consumo o simplemente por la contaminación que sufren sus casi siempre rústicas fuentes de captación producto de la mala disposición de la excretas, es un medio de incubación ideal para la enfermedades entéricas como Hepatitis A, Cólera y Fiebre Tifoidea, entre otras. 1.3 SITUACION ACTUAL EN CHILE 1.3.1 COBERTURA ACTUAL Según datos del último Censo de población y Vivienda del año 2002, existen en Chile 3.899.448 viviendas, de las cuales alrededor de un 9% (350.590 viviendas) no tienen acceso a las redes públicas de Agua Potable de las diversas empresas concesionarias de servicios sanitarios ni de los servicios de Agua Potable Rural (APR) existentes, debiendo suplir sus necesidades básicas de agua mediante el uso de Pozos Excavados (Norias), Pozos Profundos, Ríos, Esteros y Vertientes. Al observar los datos censales podemos ver además que el 88% de estas viviendas están en sectores rurales (sean estos localidades Concentradas, Semiconcentradas o Dispersas). Considerando además el elevado costo que tienen los sistemas tradicionales de obtención de agua potable como pozos profundos (más de $100.000 por metro lineal de perforación) y la imposibilidad técnica de contar con sistemas más económicos como captación de vertientes, galerías de infiltración u Danilo Tapia Reed

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otros, tenemos que la única solución para contar con agua de cañería serian los sistemas de APR financiados por la Dirección de Obras Hidráulicas del Ministerio de Obras Publicas (DOH). N° Viviendas Casos Urbanos

Categorías Red pública (Cía. Agua Potable) 3317114 Pozo o noria 23317 Río, vertiente, estero 19302 3359733 Total

Casos Rurales

Total

231744 204659 103312 539715

3548858 227976 122614 3899448

Tabla 1. Captación de Agua para consumo según Localización. Fuente: Elaboración Propia en base a información de Censo 2002.

1.3.2 PROGRAMA NACIONAL DE AGUA POTABLE RURAL Los sistemas de APR, desde su nacimiento en el año 1964, con el Primer Programa de Instalación de Servicios de Agua Potable en Localidades Concentradas, han buscado satisfacer las necesidades, en primera medida, de las localidades denominadas como Concentradas, definidas por el MOP como localidad rurales con entre 150 y 3000 habitantes y un mínimo de 15 casas por kilometro de camino o cañería recorridos, para recién en la década del 90, después de alcanzar más del 95% de cobertura de las localidades concentradas, proceder a financiar proyectos para las localidades Semiconcentradas (entre 80 y 150 personas y 8 casas por km), localidades Dispersas (menos de 80 habitantes) y los proyectos de ampliación de cobertura de los sistemas existentes. La postulación de estos proyectos contempla un riguroso y engorroso proceso de evaluación que puede demorar varios años, entre la postulación, adjudicación y realización del estudio de Factibilidad Hidrogeológica, luego un procedimiento similar para postular al Diseño del sistema y finalmente la postulación a la Construcción del mismo. Dentro de este contexto, al observar la naturaleza de los proyectos financiados los últimos años y las perspectivas futuras del programa APR manifestadas en memorias anuales, libros afines editados por el MOP, comunicados oficiales y extraoficiales, tenemos que hoy en día, con casi el 100% de la población Rural Concentrada con cobertura, los proyectos, al margen de los indicadores económicos como la Tasa Interna de Retorno (el MOP exige TIR>12% para estos proyectos) o similares exigidos en el proceso de evaluación, la prioridad de asignación de fondos la constituyen en primer término el Mejoramiento y Ampliación de los sistemas existentes, en segundo término el desarrollo de sistemas para localidades Semiconcentradas y en ultima prioridad, debido a los altos costos involucrados y a la poca gente que beneficia, los sistemas para localidades rurales dispersas. Luego de considerar todos los factores antes mencionados, se observa que queda un porcentaje de la población rural bastante grande sin ningún tipo de ayuda en lo que respecta a la solución del problema de falta de agua potable, Danilo Tapia Reed

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debiendo en la actualidad dejar sus sueños de bienestar vegetando por varios años entre una oficina de proyectos municipales y una serie de instituciones públicas para su evaluación, con todo el riesgo sanitario, social y el costo de oportunidad económico que representa para un país en vías de desarrollo como es el nuestro. 1.4 ALTERNATIVAS DE ABASTECIMIENTO Dentro de todo este contexto, surge como única solución posible el uso de métodos alternativos de obtención de agua apta para consumo (no necesariamente potable, como se verá posteriormente) cuyas principales trabas, además de los aspectos técnicos propios de toda tecnología de bajo costo, están en el proceso de financiamiento de estas soluciones, las cuales al no ser el tradicional sistema de APR, deben financiarse por medios alternativos como fondos del Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP), programas especiales para comunidades indígenas (Araucanía Tierra Viva, Orígenes, etc.), programas de la Organización Mundial de la Salud (OMS) o simplemente financiamiento propio. Muchos de estos proyectos, especialmente los financiados por el INDAP están enfocados no solo a la obtención de agua para consumo humano, sino también para el desarrollo de actividades productivas de tipo Agropecuarias. Además, la experiencia técnica ha demostrado que, salvo situaciones excepcionales, los pozos profundos han sido una de las alternativas más limpias y eficientes de obras de captación de agua limpia apta para consumo humano, muy por sobre otras alternativas como las Captaciones de Vertientes, debido a la poca confiabilidad de estas en el tiempo, o las captaciones por Drenes, las cuales suelen tener problemas debido a la susceptibilidad a la sequia que presentan producto del tipo de fuente que tiene (napa freática). En este contexto, en el año 2002, la Organización Mundial de la Salud realizó, en la comuna de Nueva Imperial, Región de la Araucanía, la inclusión a pequeña escala del sistema de perforación manual de pozos profundos conocido como AYNI; denominado de esa forma por palabra Quechua que significa Cooperación (el equivalente a la “Minga” en Mapudungun). Posterior a lo cual, con el desarrollo de 3 proyectos de construcción de pozos en la misma comuna (variando la forma de financiamiento y la modalidad de contrato de construcción), a cargo de la Dirección de Desarrollo Económico de la Municipalidad de Nueva Imperial, se validó el sistema como una solución posible para los problemas de cobertura de agua de consumo, debido principalmente a los bajos costos en comparación a los sistemas mecanizados. Este proceso, el cual se extiende hasta el día de hoy, ha logrado además de la perforación de más de 100 pozos, la formación de más de 50 maestros perforistas en forma directa por parte de maestros perforistas extranjeros (sin contar los formados después por ellos mismos) y el uso del sistema a nivel comercial por parte de privados (MULTIEQUIPOS TEMUCO Ltda.). Por otro lado, todo este proceso no ha servido para desarrollar la experticia técnica necesaria para poder llevar el sistema a otros lugares del país con necesidades similares (como es lo que se pretende en la Danilo Tapia Reed

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actualidad el caso de la comuna de Chanco, Región del Maule) y desarrollar las mejoras técnicas que permitan hacer de este sistema un elemento que permita proporcionar una fuente de agua limpia, permanente y a bajo costo, no solo en el ámbito de las localidades rurales pobres, sino en todo el amplio campo de aplicación que tiene la captación de agua subterránea, siendo este el objetivo principal de esta memoria. Además, este método es una opción bastante buena para obtener agua limpia en situaciones no solo de abastecimiento permanente, sino que también es aplicable en caso de emergencias como terremotos, en los cuales es común que resulten dañadas las redes de agua potable y al demorar su reparación varios días, suele hacerse necesaria una fuente de agua limpia, de construcción rápida y barata. En este aspecto el sistema demostró su eficacia al ser probado con éxito en el Terremoto de Aiquile y Cochabamba en Bolivia el año 1998, en donde sólo quedaron en funcionamiento el 35% de las conexiones de Agua Potable, por lo que la OPS coordinó la construcción de varios pozos en la zona afectada, siendo el primero de ellos el que suplía de agua al hospital de la localidad de Totora, que con una profundidad de 70 m, se construyó en solo 1 día y luego de instalarle un compresor de aire (que funciono como bomba) y un estanque de abastecimiento, alimentó diversas piletas de la localidad hasta que se restableció el servicio de la red. Debido a estas mismas características es que este sistema puede ser una opción ideal para el suministro de agua en Campamentos de emergencia, Instalaciones de Faenas en obras en zonas rurales, campamentos militares, etc. 1.5 OBJETIVOS El objetivo global de esta memoria es la validación del método de perforación manual de pozos profundos AYNI como alternativa de solución para los graves problemas de cobertura de agua potable que presentan los sectores rurales semiconcentrados y dispersos del país, evaluando sus características técnicas y haciendo un análisis comparativo respecto a otras soluciones más usuales para estos problemas, además de evaluar la factibilidad técnica y económica de incorporar mejoras sustanciales, especialmente en lo que se refiere a la mecanización de los componentes usados, con tal de enfocar el uso del método constructivo no sólo a comunidades (tal como se refiere la palabra quechua AYNI) sino también a pequeñas cuadrillas de operadores con un equipamiento electromecánico relativamente barato. 1.6 PLAN DE TRABAJO Teniendo en cuenta los objetivos del estudio, se realizaron los siguientes procedimientos: •

Análisis de los costos involucrados en el uso del sistema en el país.

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Análisis las diversas ventajas y desventajas técnicas del método AYNI, dando especial énfasis en la mecanización del sistema. Evaluación económica de las posibles soluciones. Análisis del sistema de trabajo del método (el AYNI), estableciendo la forma más conveniente de uso del respecto del tipo de contrato de construcción y el régimen de mano de obra. Evaluación de las soluciones alternativas al método AYNI, pasando por abastecimiento con camiones aljibe, pozos profundos mecanizados y otros métodos de perforación manual de pozos profundos. Estudio de la normativa técnica referente a este sistema y el producto del mismo, sean referentes a la captación, a la construcción o al agua producida (NCh 777, NCh 409, DS90, DS 595, etc.).

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2. CONSTRUCCION DE POZOS 2.1 TECNOLOGIAS TRADICIONALES DE CONSTRUCCION DE POZOS Un pozo es por definición una perforación hecha en el terreno natural con el fin de obtener un fluido mineral, en este caso agua, desde un estrato acuífero subterráneo. Los pozos se clasifican en cinco tipos de acuerdo con el método de construcción, cada uno con sus ventajas y desventajas en cuanto a facilidad de construcción, capacidad de almacenamiento y gasto del acuífero, tipo de formación susceptible de atravesar y facilidad de protección contra la contaminación. 2.1.1 Pozo excavado (Noria o Pozo Somero): Aquel que se construye por medio de picos, palas, etc. generalmente de forma manual, con el consiguiente riesgo para los operarios en su interior debido a los derrumbes o a los riesgos de asfixia producto del funcionamiento de bombas para trabajar en seco en su interior. Dependiendo del terreno pueden requerir entibaciones o entubado a medida que se excava, como es el caso de los pozos con recubrimiento de tubos de hormigón armado, los cuales son hincados en el terreno y a medida que se excava bajo ellos son bajados por su propio peso, teniendo siempre protección los operarios. Estos pozos son de poca profundidad y se usan principalmente donde el nivel freático se encuentra muy cercano a la superficie.

Lamina 1. Construcción de un Pozo Excavado. Fuente: Lifewater International Danilo Tapia Reed

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Su principal ventaja es que pueden construirse con herramientas manuales. Además su gran diámetro proporciona una considerable reserva de agua dentro del pozo mismo. Suelen ser de grandes diámetros, desde 60 cm (para poder entubar con tubos de hormigón para cámaras de inspección sanitaria) hasta 4 o 6 metros (en el caso de napas de bajo rendimiento) lo que les da grandes superficies de contacto con el acuífero, que los hace ideales para grandes gastos. Su principal desventaja es que debido a su poca profundidad (generalmente de 6 a 18 metros dependiendo del tipo de suelo) generalmente solo obtienen agua de las capas acuíferas superiores, por lo que son muy sensibles de perder efectividad en la estación seca o en años de sequia. Además, debido a su gran superficie y perímetro en contacto con el acuífero y la cercanía de este con la superficie, son muy susceptibles de contaminación por materias que caen en su interior acarreadas por el viento, derrames de líquidos superficiales y filtraciones en sistemas de alcantarillado y letrinas. 2.1.2 Pozo Barrenado (o Taladrado): Aquel en que la excavación se hace por medio de barras sucesivas en cuya parte inferior tiene un recipiente con cuchillas en su cabeza, el cual se hace rotar en forma manual (en caso de terrenos no consolidados como sedimentos aluviales) o impulsado por fuerza motriz. Este se va enterrando en el suelo hasta que ya está totalmente lleno de material, luego de lo cual debe retirarse por completo para realizar el vaciado del material, lo cual dificulta su uso para grandes profundidades. Los diámetros con que se puede usar este método son variables pero nunca mayores a algunas decenas de centímetros, debido a la gran cantidad de fuerza que habría que aplicar para rotar y luego subir el barreno. Este último aspecto es el que lo hace poco útil para grandes profundidades, debido a lo engorroso que resulta el retirar todas las barras de soporte cada vez que hay que vaciar el recipiente. Las formaciones más apropiadas para usar este método son los sedimentos glaciales y los depósitos aluviales. Estos últimos presentan la dificultad de que en caso de encontrarse piedras (bolones) debe cambiarse la cabeza cortante del barreno por una que permita la extracción del posible bolón, luego de lo cual podrá seguirse con la punta normal. Además de los bolones, estas formaciones son muy susceptibles a derrumbes, lo cual puede ser solucionado entubando al mismo tiempo que se perfora. La forma más conocida de este método es la Pala Arenera o Pala Vizcacha, usada generalmente para la excavación en terrenos arenosos. Existe una variable de este método que en vez de un recipiente en el fondo usa una barra helicoidal continua, la cual permite un flujo del material suelto hacia el exterior. Esta variable presenta el problema de que, Danilo Tapia Reed

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además de la gran cantidad de fuerza empleada para mover la broca, sirve solo para estratos arcillosos o sedimentos secos ya que para arenas saturadas el flujo de material se detiene debido al empuje del material. En este caso la única opción es empujar la tubería a través del pozo y una vez que llegue al estrato saturado empujarla lo más posible dentro de él.

Lamina 2. Construcción de Pozo Barrenado. A la derecha se Observa una broca comúnmente usada. Fuente: Lifewater Internacional.

2.1.3 Pozo Clavado (Hincado): Aquel que se construye clavando, mediante el uso de mecanismo de percusión similar usado para hincar pilotes prefabricados, el sistema correspondiente al encamisado del pozo profundo, incluyendo el sistema de rejillas para infiltración del agua del acuífero y contando además con una punta en su parte inferior para permitir una mejor penetración en el terreno. Este conjunto (y el pozo mismo) alcanzan como máximo diámetros de 4”. Este sistema no es muy recomendable en arcillas secas (debido a su gran dureza) ni en arenas finas saturadas (debido a la gran resistencia que presentan a la penetración) ni en lugares donde la napa a alcanzar está a profundidades mayores a 15 o 20 metros, debido a lo laborioso que resulta el hincamiento del sistema hasta tales profundidades.

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Lamina 3. Construcción de un Pozo Hincado. Fuente: Lifewater International

Además, este método presenta la desventaja de que, debido al choque con el suelo durante el proceso, la capacidad estructural del conjunto encamisado-punta-rejilla debe ser bastante grande para evitar el colapso de la misma durante el hincado, unido al hecho de que debido al roce lateral del conjunto con el suelo, la interfase con el acuífero suele estar muy densificada, disminuyendo la eficiencia de la captación. 2.1.4 Pozo a Chorro: Aquel en que la excavación se hace mediante un chorro de agua a alta presión el cual al impactar con el suelo va disgregándolo, luego de lo cual el flujo de agua ascendente lleva estos sedimentos haciéndolos rebalsar fuera del pozo. Debido a las grandes cantidades de agua necesarias para usar este método (hasta 150 litros por metro en caso de arenas) y las grandes presiones que esta debe alcanzar (3 [atm] ≈ 31 [mca]) este método requiere de maquinarias especiales y de abastecimiento de grandes cantidades de agua, lo que hace necesario el uso de camiones aljibe. El uso de este sistema está restringido únicamente a suelos poco cohesivos como arenas o gravas pequeñas, siendo más difícil perforar en arcillas e inútil en el caso de presentarse gravas grandes o terrenos rocosos. Pese a todas estas desventajas, este método puede ser ocupado en conjunto con el hincado de la tubería, cuya acción va ayudando a disgregar el material permitiendo mayores resultados. También usado en su forma original es ideal para la instalación de punteras de agotamiento de napas freáticas para permitir la construcción en seco de fundaciones, debido a la poca profundidad a la que se utilizan y los terrenos en los cuales suelen usarse.

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Lamina 4. Construcción de un Pozo a Chorro. Fuente: Lifewater International

2.1.5 Pozo perforado: La excavación se hace mediante sistemas de percusión o rotación. El material cortado se extrae del hueco con un achicador, mediante presión hidráulica, o con alguna herramienta hueca de perforar, etc. Pueden además combinarse estos 2 sistemas en diversas formas, detalle que se abordara más adelante debido a la complejidad e importancia que presenta para el desarrollo de este trabajo. Además de estos sistemas, en los últimos años se han desarrollado nuevos métodos de perforación para pozos profundos, los cuales debido a sus grandes costos y al tipo de terreno que atacan (principalmente rocas o formaciones minerales de gran dureza) son usados en la construcción de pozos para agua solo para abastecimiento de grandes poblaciones y en faenas de construcción de pozos petroleros. Métodos basados en Tensiones inducidas Mecánicamente • • •

Perforación con turbina: Se utiliza una turbina de acción simple que hace girar una rueda cortante con caras diamantadas a una velocidad de 5.000 a 10.000 rpm en el fondo de la perforación. Perforación con Perdigones: Se arrojan a gran velocidad pequeñas bolas de acero, las cuales se van recuperando junto con extraer el material con un flujo de aire a gran presión. Perforación a Implosión: Este sistema produce implosiones bombeando capsulas esféricas herméticamente cerradas al fondo de la perforación y rompiéndolas contra la roca mediante impacto u otros sistemas.

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• • • • •

Perforación con Chispas: La producción de Chispas de Alto Voltaje produce pulsaciones de alta presión capaces de romper y perforar las rocas. Perforación electrohidráulica: Las pulsaciones de alta presión producidas por la descarga de chispas subacuáticas producen la rotura de las rocas. Perforación con Explosivos: Consiste en dejar caer capsulas explosivas en el sondeo a razón de 3 a 12 por minuto. Perforadoras por Erosión: Chorros de Agua a presión muy alta pueden perforar las rocas más duras sin utilizar abrasivos en el chorro. Perforadoras ultrasónicas: Las perforadoras ultrasónicas utilizan núcleos magneto-estrictivos o electro-estrictivos que emiten vibraciones para perforar la roca.

Métodos basados en Tensiones inducidas Térmicamente • • • •

Perforación de Dardo: Este sistema utiliza una llama de oxigeno y fuel-oil que se calienta y quebranta la roca. Perforadoras de llama dirigida: Similar al anterior exceptuando que se usa Acido Nítrico en vez de Oxigeno. Perforación de Ciclo Térmico: Se produce el quiebre de la roca usando ciclos periódicos de frio y calor. Perforación mediante Microondas: Se aplica un golpe de calor seguido de una aplicación de microondas, lo que quiebra la roca.

Métodos mediante Fusión y Vaporización • • • •

Perforación por Fusión Eléctrica: Se calienta la punta del trépano penetrante mediante una resistencia eléctrica de alambre de Tungsteno o Iridio. Perforación Nuclear: Mediante Fusión nuclear se producen temperaturas capaces de fundir el material del suelo. Perforación con Plasma: Esta basado en la producción de llamas ionizadas mediante generadores de plasma, que alcanzan temperaturas del orden de 20.000 °C capaces de fundir la roca. Perforación Química: Se utiliza flúor y otros reactivos químicos que producen reacciones de alta velocidad que corroen la roca.

2.1.6 Perforación por percusión En este sistema de perforación la acción de perforar se lleva a cabo a través de un cable de acero que levanta y deja caer un pesado conjunto de herramientas dentro del agujero que se va abriendo (por eso es conocida también como perforación por Cable). El martillo de fondo o trépano que se encuentra ubicado en la parte inferior del conjunto de herramientas fractura la roca y el material granular, convirtiéndolos en pequeños fragmentos, los cuales pueden ser extraídos mediante cucharas o mediante un sistema de circulación de lodos de perforación desde el fondo hasta la superficie. Este sistema Danilo Tapia Reed

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normalmente es mecanizado, aunque por la simplicidad de su principio de funcionamiento, ha sido implementado en forma manual a través de la historia, teniéndose antecedentes de pozos de este tipo en la antigua civilización Mesopotámica (aproximadamente hacia el siglo XII a.c.) y China (siglo X d.c.) además de los métodos manuales más modernos que serán descritos más adelante. En caso de no usar lodos de perforación, cuando se atraviesan formaciones suaves no consolidadas al perforar, es necesario hincar una tubería de revestimiento que permita mantener estables las paredes del sondaje durante todo el proceso, para evitar así derrumbes. Además, este sistema tiene múltiples variables dependiendo de la cuchara de fondo o trépano que se use para la extracción del lodo de perforación mezclado con restos de material del suelo, el cual puede ser una cuchara acondicionada para extracción (el caso de las cucharas o válvulas de charnela o de dardo mostradas en las imágenes a continuación), lo que implica tener que periódicamente retirar todo el sistema de perforación para vaciar dichas cucharas, o simplemente para la rotura del material (en el caso del trépano) en cuyo caso se usa un sistema de extracción por circulación de lodos y el cable del sistema es reemplazado por un sistema de tuberías por el cual circulan dichos lodos.

Lamina 5. Sistema de Perforación por Percusión. Fuente: Lifewater International

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Este método de perforación consta comúnmente de las siguientes partes: •

• •

•

•

Mástil o Torre: En los sistemas mecanizados generalmente son de tipo telescópico y viene en dos tramos de 36 pies cuando está extendida y 22 pies cuando está recogida, con sus respectivos dispositivos de extensión. El largo de la torre está en función de la elevación requerida al dejar caer el sistema de tubos de perforación con el martillo de fondo. Barras de Perforación o Cable: Son las que unen el martillo o cuchara de fondo con el sistema de levante. Sistema de Levante: Normalmente formado de un Cable o Cuerda unido a una polea en la parte superior de la torre que levanta el sistema de tuberías o el conjunto cable-cuchara. Es jalado mediante fuerza humana (en el caso manual) o mediante un sistema motorizado incorporado al tren de rodaje del sistema (en el caso mecanizado). Sistema de Circulación del Lodo de Perforación: Un sistema de bombeo que hace que el lodo circule a través del pozo, permitiendo mantener la estabilidad de las paredes y refrigerar la cuchara de fondo. Este lodo baja por los lados de las barras de perforación y luego de mezclarse en el fondo con el material triturado, es conducido al interior de la cuchara de fondo o trépano, desde donde es llevado a la superficie. Dicho sistema de circulación puede también funcionar de forma inversa, es decir, con el lodo bajando por los lados y subiendo por dentro de las barras. Cuchara de Fondo o Trépano: Esta situado a continuación de las barras de perforación. Es la parte más importante del sistema, dado que de ella depende la forma de extracción de los restos de suelo (extracción de la cuchara completa o circulación de lodo de perforación) y la velocidad de avance. Básicamente se pueden distinguir 3 tipos: • Trépano: Es básicamente un martillo de acero, generalmente diamantado o endurecido con tungsteno, cuya única función es triturar el material del fondo con el impacto vertical. Luego de esto el material se mezcla con el lodo de perforación y es absorbido por una válvula situada en la parte superior del trépano, desde donde, por un sistema de bombeo, es llevado a la superficie en forma continua a través de los tubos de perforación.

Lamina 6. Trépano Cruciforme y de Botón (con insertos de Carburos). Fuente www.agua.uji.es

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•

Cuchara de Charnela: Cumple funciones similares al Trépano pero con una efectividad menor, debido a que debe conservar cierta estabilidad estructural que le permita almacenar el material destrozado mezclado con agua o barro de perforación en su interior. La entrada del material se realiza mediante una compuerta en su parte inferior, que es abierta al realizarse el impacto de la cuchara y cerrada al levantarse ésta. Tiene el inconveniente de que para retirar el material debe retirarse todo el sistema de barras en la parte superior, lo que hace mas demoroso este sistema.

Lamina 7. Cuchara o Válvula de Charnela. Fuente www.agua.uji.es

•

Cuchara de Dardo: Similar en funcionamiento a la cuchara de Charnela, pero con la ventaja de que el material entra por los lados de la compuerta del fondo (la cual se mueve completamente en forma vertical, a diferencia de la de Charnela que mantenía un extremo fijo) lo que hace que puede tener un mayor peso con la consiguiente ventaja de que puede tener más peso y estar dotada de un martillo similar a los trépanos, lo que le permite mayor efectividad en la rotura del material del suelo.

Lamina 8. Cuchara o Válvula de Dardo. Fuente: www.agua.uji.es

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Lamina 9. Tipos de Trépanos y Cucharas de fondo usadas en la perforación por percusión. Fuente: www.agua.uji.es

Estos trépanos y cucharas pueden alcanzar hasta 6 metros de largo y 50” de diámetro en los casos mecanizados. A continuación se observa un cuadro comparativo de las dos variables de la perforación por percusión. Percusión por Cable

Facilidad implementación Mantenimiento

de y

Tipo de suelos en que se aplica Extracción de Muestras para detección del acuífero Entubamiento simultaneo a la perforación Retiro de material desde el fondo

Percusión con Lodos de Perforación Buena, debido al bajo Media, debido a que los costo y simplicidad de costos son mayores y debe funcionamiento. agregarse un sistema de circulación de lodos. Todos, especialmente los Ídem. duros. Buena, dado que el Mala, dado que el material contenido de agua no es obtenido está mezclado alterado, permitiendo con el lodo de perforación, buena detección del alterándose su contenido de acuífero. finos y humedad. Necesario solo en algunos Innecesario ya que el lodo tipos de formaciones. de perforación estabiliza las paredes del pozo. Lento, debido a que se Rápido, debido a que es un debe retirar todo el proceso continúo y mecanismo de perforación simultaneo a la perforación. y vaciarlo.

Tabla 2. Comparación entre percusión por cable y percusión con lodos. Fuente: Elaboracion Propia en base a fuentes diversas.

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2.1.7 Perforación por rotación Este método consiste en horadar un agujero mediante la acción de un trépano en la parte inferior de una tubería y remover los fragmentos que se producen con un fluido que circula en forma continua conforme el trépano penetra los materiales de la formación. En este método la perforación se realiza mediante un sistema de tuberías con una broca en su parte inferior la cual al rotar por la fuerza hidráulica dada al sistema, va rompiendo el terreno. El retiro del material se realiza mediante la circulación de lodos de perforación hechos de arcilla con agua (idealmente arcilla bentonitica), existiendo una variable de este sistema que usa aire comprimido como fluido para retiro del material, la cual será descrita más adelante. El fluido de perforación (aire o lodo) puede hacer el retiro de material de 2 formas: •

Circulación Directa: En este método el fluido circula impulsado por una bomba por el interior de las tuberías de perforación hasta llegar al fondo del pozo, fluyendo luego hacia arriba por el espacio entre el tubo y las paredes del pozo, logrando de esta forma arrastrar los sedimentos de la perforación hacia el exterior del pozo por rebalse, enfriar la broca permitiendo una perforación continua y además, al penetrar la arcilla en las paredes del pozo, permite darles mayor estabilidad, impidiendo derrumbes del mismo, con el efecto contrario de que una vez terminado el pozo habrá que retirar esta arcilla en un proceso de desarrollo del pozo ya construido.

•

Circulación Inversa: En el caso de que los sedimentos sean de mayor tamaño y peso (como es el caso de la perforación rotatoria en gravas o rocas) estos no pueden ser arrastrados hacia arriba por circulación directa, debiendo ser retirados a presión por una bomba instalada en la parte superior de las tuberías de perforación. Por este motivo la circulación se hace cayendo el fluido por el espacio entre las tuberías y las paredes del pozo y ascendiendo por dentro de los tubos.

En ambos sistemas el lodo, luego de ser retirado del pozo, es conducido a un foso de sedimentación en donde las partículas pesadas extraídas del fondo decantan, quedando en la parte superior de la fosa para su bombeo al pozo realizándose nuevamente el ciclo. Un equipo de perforación por rotación típico (generalmente mecánico) tiene a modo general las siguientes partes:

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•

Mesa de rotación: Es el mecanismo que recibe la fuerza del motor hidráulico y hace girar las barras de perforación, conocidas en los sistemas mecanizados como Kelly, cuya parte superior va en su centro.

•

Sarta de Perforación: El conjunto de tuberías que se emplea para la perforación se denomina columna o sarta de perforación, y consiste en una serie de trozos tubulares interconectados entre sí mediante uniones roscadas. Este conjunto, además de transmitir sentido de rotación al trépano, ubicado en el extremo inferior de la columna, permite la circulación de los fluidos de perforación.

•

Trépano: Estos tienen la función de disgregación del material durante la perforación de un pozo. Existe una amplia gama de estos y cada uno está diseñado para determinados tipos de suelo con determinadas características mecánicas y abrasivas. Los más usados son: • Trépano de rodetes dentados: Este ejerce una acción cortante y de trituración a la vez, logrando cortar formaciones duras con gran efectividad. El más usado es el Tricono convencional, cuyos dientes son hechos con acero al Tungsteno o al Cobalto) y el Tricono de Botón, con dientes hechos de incrustaciones de carburo de tungsteno u otras aleaciones de extrema dureza. No es recomendable para suelos muy finos como arcillas o limos dado que este se adhiere al espacio entre los dientes perdiendo efectividad el tricono.

Lamina 10. Triconos. Fuente: Compañía General de sondeos S.A.

•

Trépano de Arrastre: Este tiene aletas cortas a sus lados y en la parte inferior, las cuales idealmente llevan un tratamiento superficial y un filo cortante forjado para darles mayor dureza, los cuales producen una acción de corte y desgarre. Ideales para formaciones semiconsolidadas como rellenos fluviales o formaciones rocosas blandas pero inútiles en formaciones rocosas o con bolones.

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Lamina 11. Trépanos de arrastre. Fuente: Compañía general de sondeos S.A.

•

Coronas: Son usadas en formaciones duras (rocas) para extracción de testigos.

•

Bomba de lodos: Su función principal es tomar el lodo del fondo del pozo y llevarlo hacia el exterior donde, en el caso de los lodos de perforación, se depositan primeramente en un foso de sedimentación para el depósito natural del sedimento o detritus pesado y luego el lodo limpio fluirá hacia otra foso, en donde será bombeado hacia el pozo para un nuevo ciclo. Es recomendable además incluir en el ciclo una malla para retener las partículas pesadas.

•

Motor: Encargado de dar fuerza a la mesa de rotación del sistema. Generalmente va unido al chasis del camión donde va todo el equipo.

Además existen diversas variaciones del sistema para su optimización, como la inclusión de un tornillo sin fin para el ascenso del lodo, el uso de diversos tipos de brocas de diversos tipos, estabilizadores, etc.

Lamina 12. Máquina para perforación por rotación adaptada con barreno continuo (tornillo sin fin). Fuente: www.Liebherr.com

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Las principales ventajas de este método son su rapidez en comparación a la percusión (especialmente en los suelos detríticos), la precisión en la verticalidad que puede lograr, la versatilidad con que trabaja en los distintos tipos de suelo y los grandes diámetros (hasta 50”) y profundidades (hasta 5000 metros para prospección minera). Por otro lado los bajos rendimientos en terrenos duros debido al desgaste del trépano, la gran pérdida de lodos en terrenos fisurados o muy porosos, los grandes costos tanto del equipo como de su operación hacen de esta opción de perforación algo netamente mecanizado y con grandes costos siendo su campo de trabajo las grandes industrias como la minería (prospecciones geológicas) y la sanitaria (captaciones a gran profundidad), quedando fuera del alcance económico prácticamente cualquier otra actividad económica a menor escala. 2.1.8 Perforación por Rotopercusión Para solucionar los problemas de bajos rendimientos del sistema de percusión y los altos costos (especialmente al trabajar en roca) del sistema de rotación, es que a mediados del siglo XX surgió esta nueva forma de perforación. Esta consiste, tal como su nombre lo indica, en un movimiento de rotación continua combinado con la percusión periódica en forma de pulsos del trépano. El trépano ocupado (martillo de fondo) gira entre 10° y 20° entre golpe y golpe. Las primeras variaciones del método de rotación consistieron principalmente en el reemplazo del lodo de perforación por aire comprimido. Luego de esto y debido a la dificultad del trabajo de rotación en roca, se le agrego un movimiento de percusión periódica a la sarta de perforación en la parte superior de ésta, lo cual no resultó muy eficiente debido al amortiguamiento que se produce en la sarta de perforación. Finalmente y para solucionar esto se creó un trépano especial conocido como Martillo de Fondo, el cual produce un golpeteo periódico de forma independiente a la sarta de perforación, de manera que logra trabajar de mucho mejor forma en suelos rocosos sin la abrasión excesiva del trépano.

Lamina 13. Martillos de Fondo. Fuente: Compañía General de Sondeos S.A. España.

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Además existen otras variantes del método de rotopercusión que constan de dos tuberías separadas para la perforación. Una de ellas (generalmente la interior) va golpeando el suelo con un trépano de percusión mientras la otra, generalmente la externa, mediante un trépano de corona (similar al usado para la extracción de testigos de rocas) va rompiendo el terreno ya debilitado por el mecanismo de percusión. Este método a modo general es ideal para el trabajo en roca o formaciones detríticas altamente cohesionadas, no así en terrenos arenosos y arcillas blandas. Además, debido a que el lodo de circulación ha sido reemplazado por aire comprimido, en terrenos no cohesionados necesita de una entubación simultanea del pozo durante la perforación y tiene además el gran problema de que las presiones producidas por la columna de agua en el sondeo dificultan la evacuación del material de desecho, problema que se agrava más a medida que la columna de agua es mayor.

Lamina 14. Diagrama de funcionamiento de un sistema de perforación por Rotopercusión con circulación directa. Fuente: www.agua.uji.es

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2.2 TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS 2.2.1 Sistema de Perforación EMAS-AYNI Los sistemas tradicionales de perforación de pozos tienen una relación inversamente proporcional entre su eficiencia y su costo, por lo que el uso de los sistemas más avanzados estuvo en el pasado normalmente restringido a exploraciones petroleras o pozos de agua de gran diámetro para regadío o consumo de grandes comunidades o industrias. De este modo, debido a los reducidos costos de implementación, la poca mecanización y la gran cantidad de mano de obra disponible, los sistemas manuales han sido usados desde hace miles de años en la construcción de sondajes para abastecimiento de pequeñas comunidades rurales (la cuales cabrían hoy dentro de la clasificación de comunidades rurales dispersas) pese a que por la poca eficiencia de los métodos, la velocidad de construcción de estos y por ende la cantidad de pozos posibles de construir era mínima. En este escenario es que en la década de 1980 el Técnico Superior en Infraestructura y Abastecimiento de Agua y Saneamiento alemán Sr. Wolfang Buchner, basado en las experiencias en perforación ya existentes, adaptó varios de los sistemas tradicionales ya descritos e ideó un nuevo sistema conocido actualmente con el nombre de EMAS (siglas de la Escuela Móvil de Aguas y Saneamiento creada por él para la enseñanza de técnicas de saneamiento) o AYNI (palabra Aimara cuyo significado en español es “cooperación”) para construir de forma más eficiente pozos profundos a bajo costo para el abastecimiento de las comunidades rurales dispersas de Bolivia. El sistema EMAS consiste en la caída por percusión de un trépano (broca) que, luego de romper el suelo producto de la caída, es rotado en forma manual para desgarrar el suelo en el cual fue enterrado. Estos dos movimientos (percusión y rotación) alternados regularmente en conjunto con una circulación de lodo de perforación, de forma directa o continua, puede producir pozos de hasta 4” de diámetro y hasta 100 metros en terrenos sin bolones ni roca y a bajo costo (entre $2.000 y $5.000 el metro lineal de mano de obra dependiendo del tipo de suelo), consistiendo en una solución ideal para las comunidades dispersas. Esta solución incluye además una bomba manual hecha con tuberías de PVC en forma casera y un encamisado de PVC sanitario ranurado en la parte de la captación del acuífero.

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Lamina 15. Croquis del Funcionamiento del Sistema EMAS/AYNI. Fuente: Guía RAS-007, Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, Colombia.

Algunas características del sistema a modo general son: • Diseño y construcción: Los materiales con que se construye el equipo de perforación son de bajo costo y pueden ser adquiridos en el comercio habitual, usándose para la construcción del equipo soldadura al arco y herramientas de bajo costo. • Operación: Completamente manual, considerando un mínimo de 3 operarios: uno encargado de dirigir y rotar el sistema de perforación, otro de mantener un bombeo constante de lodo y otro de tirar la cuerda para dar el movimiento de percusión, pudiendo este ultimo ser ayudado por mas personas conforme avanza la perforación y la sarta de perforación se vuelve más pesada. • Mantenimiento: Mínimo, considerando básicamente solo limpieza de las partes una vez terminada la perforación y la revisión de las brocas para su reemplazo cada cierto tiempo. • Tipos de suelo en que actúa: Suelos detríticos libres de bolones o de inclusiones rocosas debido a la poca dureza de la broca. • Muestreo: Bueno aunque debido al lodo de perforación la cantidad de agua de las muestras no es buena. • Ventajas: Bajo costo de implementación y operación, no es necesaria mucha capacitación a la mano de obra, poca mano de obra necesaria en comparación a otros métodos manuales, gran eficiencia en relación a otros métodos manuales respecto a la velocidad de perforación. • Desventajas: Imposibilidad de uso en suelos duros y en pozos de diámetro sobre 4” resulta poco eficiente. Partes del Sistema Este sistema consiste en las siguientes partes: •

Torre: Sirve de soporte a la polea por la cual pasa el cable que levanta la sarta de perforación para su posterior caída. Es construida con acero

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perfilado corriente y existen comúnmente 2 tipos, la torre vertical y la torre en forma de V invertida.

Lamina 16. Torre Vertical y torre en forma de V invertida. Fuente: Manuales OPS.

Pese a que la torre en forma de V invertida presenta una mayor estabilidad, la torre vertical permite la adaptación de una palanca en su cuerpo, la cual hace más fácil el movimiento de levante de la sarta de perforación a grandes profundidades. Estas torres deben ir amarradas con 4 tirantes al suelo para asegurar su estabilidad durante el proceso de construcción. •

Sistema de levante: Este conjunto consiste en la cuerda con la cual se levanta la sarta de perforación, la polea por la cual pasa la cuerda y la palanca y manilla con la cual se facilita tirar la cuerda.

•

Sarta de perforación: Consiste en tuberías de Acero Galvanizado unidas con hilo reforzado que se deben ir montando o desmontando conforme avanza la perforación. En su parte superior llevan la manilla para darle el movimiento de rotación al sistema y en su parte inferior el trépano. A través de ellas pasa el lodo de perforación que es inyectado o aspirado por la manilla hacia o desde el fondo del pozo.

•

Manilla: Es una T de Acero Galvanizado de dimensiones suficientes para permitir un correcto agarre y un fácil torque al operario. Está conectada a la Sarta de perforación y a la manguera de inyección de lodos (en la circulación directa) y puede tener además una válvula y una manguera para la succión y expulsión de material (en la circulación inversa).

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Lamina 17. Manilla para perforación con circulación directa (izquierda) y circulación inversa (derecha). Fuente: Elaboración Propia.

Al igual que con el método de rotación, el hecho de que se use circulación directa o inversa depende netamente del tipo de sedimento que se quiere expulsar y por lo tanto del tipo de suelo a perforar, teniéndose que para partículas livianas (arcillas) se usa circulación directa y para partículas más pesadas como arenas gruesas y fragmentos de gravas se usa circulación inversa.

•

Broca: Trépano usado en la perforación, el cual debido principalmente a la baja calidad de los materiales con que es construido debe ir cambiando de acuerdo al tipo de suelo usado.

Lamina 18. Broca para Arcilla (izquierda) y para Arenas gruesas y gravas (derecha). Fuente: Elaboración propia.

•

Sistema de impulsión de lodos: Una bomba de tipo manual que bombea el lodo de perforación desde un foso de almacenamiento a la manilla (en el caso de circulación directa) o directamente al pozo (circulación inversa) para una vez completado el circuito dentro del pozo ir a un foso de sedimentación y luego por gravedad volver al foso de almacenamiento a un nuevo ciclo.

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Lamina 19. Croquis explicativo del sistema de circulacion de lodos, indicando pendientes, tamaños aproximados y posiciones. Fuente: Elaboracion Propia.

Lamina 20. Sistema de circulación de lodos. Se observa la fosa de sedimentación llena, la fosa de almacenamiento con la bomba de lodos y la manguera conectada a la bomba.

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Lamina 21. Croquis del Funcionamiento del Sistema EMAS/AYNI. Fuente: Agua para Todos, 6a edición. Escuela Móvil de Aguas y Saneamiento.

Lamina 22. Torre de perforación, Sarta de perforación y manilla del sistema EMASAYNI. Fuente: Elaboración propia.

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2.2.2 Sistema de Perforación Baptist Este método es básicamente una variación del sistema EMAS hecha por el misionero Bautista Terry Waller para su uso en Bolivia. Las modificaciones hechas consisten en lo siguiente: •

•

•

Método de Perforación: Se ha dejado de lado la alternancia percusiónrotación, concentrándose este método únicamente en la Percusión, con lo que no es necesaria la rigidez en la sarta de perforación, reemplazándose los tubos de acero galvanizado por PVC Presión Clase 16 común disminuyendo de esta forma los costos. Además, al haber un solo movimiento a realizar periódicamente, la opción de mecanizar el sistema es mucho más viable, recomendándose inclusive por los creadores del sistema, un sistema de poleas con un motor de 3 HP. Dado que con estas modificaciones el sistema es mucho más liviano, se puede reemplazar la torre de perforación por un trípode simple y puede disminuirse el número de personas encargadas del izaje de la sarta. Además por el menos peso del sistema, el número de golpes por unidad de tiempo es mucho mayor, compensándose de esta forma la menor penetración de cada golpe. Circulación de Fluido de perforación: Para una mayor economía de material y simplicidad del sistema se ocupa una válvula antiretorno en la parte inferior de la sarta de perforación (sobre el trépano) provocándose un flujo de lodos igual a la circulación inversa del método EMAS. De esta forma se prescinde de la bomba de lodos, del operario de la misma y se invierte el orden de las fosas de lodos para establecer el circuito del lodo. Trépano: Las brocas usadas en este sistema, debido a las modificaciones ya descritas, son mucho más simples y livianas, por lo que adoptan formas distintas pero con la misma versatilidad según los distintos tipos de suelo.

Lamina 23. Broca Estándar del sistema Baptist. Usada principalmente en Arcillas y Arenas. Fuente: Water for All International.

Lamina 24. Broca para Roca del sistema Baptist. Fuente: Water for All International

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•

Manilla: La manilla usada en este sistema no tiene válvula (como sí pasaba en el método EMAS con circulación inversa) estando ésta en la parte inferior de la sarta de perforación, permitiendo de esta forma que la manilla sea menos voluminosa. Además la expulsión del lodo desde la manilla no se hace con una manguera sino con un chorro que sale de esta directamente hacia el foso de sedimentación, por lo que la manilla debe estar al momento de caer apuntando hacia el foso.

Lamina 25. Perforación usando el método Baptist. Se observa la manilla dirigida al foso de lodo y la sarta de perforación de PVC hidráulico. Fuente: Water for All International

Lamina 26. Perforación usando el método Baptist. Se observa el chorro de lodo saliendo en la parte superior. Fuente: Water for All International Danilo Tapia Reed

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2.2.3 Sistema Rota-Sludge El sistema Hand Sludge, desarrollado hace alrededor de 40 años en el norte de la India, es básicamente un sistema de perforación por percusión manual en que el retiro del material de desecho del fondo del pozo se hace mediante un sistema de circulación inversa de fluido a través de una tubería de acero, de forma similar a los métodos explicados anteriormente. El este sistema, el movimiento de izaje de la sarta de perforación se realiza mediante una palanca de madera cuyo extremo lleva una cadena amarrada a la parte superior de las tuberías de perforación y que se instala junto con su soporte a un lado de donde estará el pozo. En el lado contrario del pozo, se excava el foso de sedimentación de lodos y un pequeño canal con pendiente que hará fluir el lodo ya limpio de vuelta al pozo. El ciclo de circulación del lodo de perforación se completa con una válvula instalada en la parte superior de la sarta de perforación con la cual se va expulsando el lodo con sedimentos hacia el foso a medida que se sube y baja el sistema, lo cual en su conjunto se presenta bastante similar a la circulación inversa propuesta por el método EMAS.

Lamina 27. Perforación con el sistema Rota Sludge. Se observa claramente la estructura de soporte y la palanca para el izaje, la manilla para la rotación, el foso de sedimentación y el chorro de lodo con sedimentos. Fuente: Practica Foundation.

Tal como se observa en la imagen, la parte superior de la sarta de perforación lleva una manilla cuya misión es dotar de un movimiento de rotación al sistema. Esta variante del sistema, que incluye este movimiento de rotación, se conoce como “Rota-Sludge”, y es considerada mucho más eficiente que el método original, ya que al incluir la rotación las brocas producen mayor desgarramiento del suelo. Respecto a este último, el sistema actúa solo en formaciones de poca dureza y es inútil en caso de bolones o rocas. Danilo Tapia Reed

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2.2.4 Sistema Stone Hammer Al igual que el Rota-Sludge, este sistema fue desarrollado en la India como un método manual de perforación por percusión y consiste a grandes rasgos en un sistema usual de percusión por cable en el cual la válvula encargada de recoger el material se queda en el fondo del mismo recibiendo los golpes de un martillo que es el encargado de realizar la percusión, el cual es levantado con un cable por los operarios del sistema. El peso total de la cuchara de fondo y el martinete que lo golpea es de alrededor de 70 kg. Este sistema ha sido probado con éxito en suelos detríticos altamente cohesionados, bolones y formaciones rocosas de baja dureza, siendo lento en comparación a otros métodos en suelos poco cohesionados, por lo que este sistema es considerado como un complemento al Rota Sludge.

Lamina 28 y 29. Sistema Stone Hammer. A la derecha se observa la cuchara de fondo usada. Fuente: Practica Foundation.

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3. ASPECTOS LEGALES Y ADMINISTRATIVOS REFERENTES AL SISTEMA EMAS/AYNI En este capítulo se abordará todo lo referente a los aspectos legales propios de la construcción y uso del sistema de pozos profundos conocido como EMAS (o AYNI), enfocado este como una solución a los problemas de consumo de agua, tanto para consumo humano como productivo, en el ámbito rural. Estos aspectos legales se refieren primero que todo, a la facultad de ocupar el agua subterránea, luego al uso de la misma para la producción o para consumo humano y por último a lo referente al proceso constructivo de los pozos, especialmente en lo que se refiere al uso de mano de obra y a los permisos afines a este tipo de construcciones. 3.1 DERECHOS DE APROVECHAMIENTO Los recursos de agua subterránea han permitido abastecer gran parte de los requerimientos asociados principalmente al desarrollo urbano e inmobiliario, al desarrollo de una agricultura intensiva orientada a la exportación y a las necesidades derivadas en el desarrollo minero exportador e industrial. En Chile, las aguas son bienes nacionales de uso público y se otorga a los particulares el Derecho de Aprovechamiento conforme a lo descrito en el Código de Aguas, documento que posee propiedades legales conforme al DFL 1122 of.1981. Este derecho se expresa en unidad de volumen por unidad de tiempo. Es de suma importancia la obtención de este derecho, ya que en la Constitución Política de 1980, inciso 24 del artículo 19, establece “Los derechos de los particulares sobre las aguas, reconocidos o constituidos en conformidad a la ley, otorgarán a sus titulares propiedad sobre ellos”. Al tener esta condición son susceptibles, entre otras posibilidades, de ser transados en el mercado, dejarlos en herencia, etc. El Código de Aguas es el texto que fija los conceptos y procedimientos sobre los derechos de aprovechamiento. Además, le otorga a un organismo denominado Dirección General de Aguas (DGA) todas las atribuciones y funciones que incluye el código, las cuales son: • • • • •

Planificar el desarrollo del recurso en las fuentes naturales, con el fin de formular recomendaciones para su aprovechamiento. Investigar y medir el recurso. Constituir los derechos de aprovechamiento de aguas. Policía y vigilancia de las aguas. Dirimir todas las cuestiones relacionadas con la adquisición y ejercicio de los derechos de aprovechamiento.

Los intereses principales de los usuarios son dos, la obtención de un nuevo derecho de agua (derecho de aprovechamiento) y la protección de los derechos ya constituidos frente a eventuales o potenciales nuevos usuarios. Detalle importante a mencionar es que, según el artículo 25 del código, el Danilo Tapia Reed

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Derecho de Aprovechamiento conlleva la imposición de todas las servidumbres necesarias para hacer valer ese derecho, con lo que separa totalmente la propiedad de un terreno con el derecho de aprovechamiento del agua que pueda haber en él. En lo que respecta al objetivo de este trabajo, el Código de Aguas, en su Titulo VI, Articulo 56, establece que “Cualquiera puede cavar en suelo propio pozos para las bebidas y usos domésticos, aunque de ello resulte menoscabarse el agua de que se alimente algún otro pozo; pero si de ello no reportare utilidad alguna, o no tanta que pueda compararse con el perjuicio ajeno, será obligado a cerrarlo”. Con eso hace innecesaria la constitución de Derechos de aprovechamiento en los casos en que los pozos sean utilizados para fines de consumo a menor escala (pocas familias desde el mismo pozo), quedando los pozos para consumo a mayor escala (condominios rurales por ejemplo) cubiertos también pero dependiendo de la interpretación que se le dé al artículo 56. En los casos en que el pozo no sea usado únicamente para consumo domestico (como el caso de actividades agropecuarias), deberá procederse a solicitar un derecho de Aprovechamiento de aguas subterráneas, con lo cual el beneficiario, una vez construido el pozo y si es que la solicitud ha sido aprobada, podrá utilizar este recurso en forma legal. Para dar curso a esta solicitud se debe llenar una solicitud dirigida a la Dirección Regional de Aguas correspondiente, la cual llevará información como identificación completa del solicitante, el lugar donde estará la captación (con comuna, provincia y coordenadas UTM), tipo de derecho de aprovechamiento (generalmente es consuntivo y continuo, pero puede haber variaciones dependiendo del uso). Además como anexos deberán ir la copia de inscripción en el Conservador de Bienes Raíces correspondiente del predio donde está la captación, plano a escala de la ubicación de la captación, Prueba de bombeo para el caudal solicitado, con una duración de 24 horas mínimo y con un tiempo de estabilización de niveles de 180 minutos como mínimo y por último el perfil estratigráfico del pozo. Cabe mencionar también que el proceso de inscripción suele demorar, desde la fecha de envió de la solicitud, entre 6 meses y 1 año. 3.2 AUTORIZACION SANITARIA La Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, en su Titulo VI, Capitulo 3, Artículo 6.3.4, señala que las viviendas a ser construidas que estén emplazadas en el área rural, deberán contar como mínimo con Agua Potable y Alcantarillado. Respecto del Agua Potable señala lo siguiente: “Agua Potable: Conexión a red pública si esta existiese. En su defecto, solución propia consistente en noria, pozo profundo o vertiente, según lo previsto en el Código Sanitario o la solución que en casos fundados autorice la autoridad de salud competente”.

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Según lo dispuesto en el Código Sanitario, la captación de agua de pozo (noria o pozo profundo) para consumo humano se contempla desde el punto de vista sanitario como parte de un Sistema Particular de Agua Potable y como tal debe cumplir con la aprobación del Servicio de Salud correspondiente al lugar de la captación. Para esta aprobación se requiere, con respecto al pozo de captación, lo siguiente: •

Radio de protección de mínimo de 20 metros con respecto a cualquier sistema de infiltración de aguas servidas. • Análisis físico-químico y bacteriológico de la fuente, entregada por un laboratorio certificado. Estos análisis deben cumplir lo estipulado en el D. 735 Of.69. “Reglamento de los Servicios de Agua Potable destinados al Consumo Humano”. • Establecer diversos parámetros del pozo, como su Profundidad [m], Nivel estático [m], Nivel Dinámico [m] y Caudal de entrega [lt/min] además de parámetros de la bomba, como ubicación (sumergida o superficial) y potencia [HP].

Estos antecedentes deben presentarse en ciertos formatos predefinidos por el Ministerio de Salud en conjunto con una serie de antecedentes como justificación de cálculo del sistema, dotación a alimentar, planos, etc. De no estar dentro de los rangos aceptables algunos de los parámetros físicos, químicos o bacteriológicos del agua del pozo, se procederá a la colocación de un purificador adicional al clorador o elementos similares. Si aun con la colocación de este purificador no es posible lograr estos resultados, el sistema no será aprobado, pudiendo el Servicio de Salud correspondiente clausurar el lugar en cuestión. Respecto de los Derechos de Aprovechamiento, debido al artículo 56 del Código de Aguas antes mencionado, estos son solo solicitados en el caso de Sistemas particulares de Agua potable usados con fines de actividades económicas (es decir, no para consumo domestico), por lo cual solo en este tipo de solicitudes es necesario presentar el certificado de Derechos de Aprovechamiento. 3.3 PROCESO DE CONSTRUCCION

La palabra AYNI, vocablo Aymara que en castellano significa “cooperación” y con la cual fue rebautizado el sistema EMAS por la Organización Panamericana de la Salud (OPS) para su difusión, nos remite al modo con que fue concebida la construcción de pozos con este método, la cual es el trabajo comunitario de cooperación en la comunidad, lo que en algunos lugares de Chile es conocido con el vocablo del Mapudungun “Minga”. Bajo este concepto, Danilo Tapia Reed

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las personas de una cierta comunidad beneficiada con la construcción de pozos para sus familias, trabajan para la construcción de todos y cada uno de los pozos, sin importar si este beneficiará a su familia o no, con lo cual finalmente todos tendrán su pozo. Según esta concepción, el trabajo de construcción es liderado por un maestro perforista capacitado y con experiencia en perforaciones con este método el cual, además de ser generalmente el encargado del manejo del mecanismo de perforación (en adelante se le llamará Broquero) es el encargado de guiar al resto de los trabajadores en las labores necesarias, dado que ellos son personas no capacitadas en la perforación. Las labores a realizar por las personas no capacitadas son normalmente la del bombeo de lodo de perforación usando la bomba manual instalada en el foso de almacenamiento (en adelante conocido como Bombero) y la de tirar la cuerda o palanca con la cual se levanta la sarta de perforación, manilla y broca para producir el movimiento de percusión, tarea que, pese a que en un principio puede ser realizada por una sola persona, a medida que avanza la perforación y se va haciendo más larga y pesada la sarta de tuberías es necesaria la cooperación de mas personas.

Lamina 30. Perforación con método AYNI. Se observa que, dada la profundidad alcanzada por el pozo, se necesitan de varias personas para el levante del sistema, para lo cual se usa una cuerda con 2 palos en sus extremos. Fuente: Multicomercial Ltda. Temuco.

La cooperación de toda la comunidad para el buen desarrollo de este método no ha sido muy fácilmente aplicada en muchos lugares por múltiples razones la cuales aducen principalmente a la nula comprensión del comportamiento de los factores hidrogeológicos. Una nula comprensión del comportamiento del recurso agua en relación al suelo lleva a pensar comúnmente a las personas que todos los pozos profundos de un sector son igualmente fáciles de construir y que deben tener la misma profundidad, lo cual generalmente no es cierto, necesitándose mayores tiempos de construcción, mayores profundidades o simplemente siendo imposible construir en algunos Danilo Tapia Reed

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sectores, provocando esto problemas entre las personas y el colapso del método de trabajo por cooperación. Además, este sistema de trabajo solo permite la construcción de pozos en localidades completas y no a casas individuales por si solas, restringiendo en parte la posibilidad de utilización de este sistema. Debido a lo anteriormente expuesto es que en esta memoria se plantea el cambio del sistema de trabajo de “minga” a un sistema usual de MandanteContratista con contrato de Obra Vendida, sistema en el cual el Contratista es el encargado del proceso completo de construcción, encargándose única y exclusivamente él de la contratación y administración de la mano de obra. En las secciones siguientes se abordará en detalle los aspectos a considerar en la construcción de pozos profundos AYNI en modalidad Mandante-Contratista, desde el contrato mismo entre las partes hasta los aspectos de administración de mano de obra. 3.3.1 CONTRATO DE CONSTRUCCION El contrato de construcción que, previa realización de cualquier trabajo , debe realizarse entre el Mandante de la obra y el Contratista que la realizará, puede hacerse según varias modalidades, pero dada la magnitud de estas obras, la corta duración de las mismas y el conocimiento técnico que debe tenerse para realizar estas perforaciones, corresponden los contratos por Obra Vendida, los cuales considerando los factores antes mencionados pueden hacerse en modalidad de Suma Alzada o de Serie de Precios Unitarios. •

Obra Vendida por modalidad de Suma Alzada: Bajo esta modalidad, el mandante y el contratista convienen un precio fijo para el total de las obras, absorbiendo el contratista toda variación en la cantidad de aquellas.

•

Obra Vendida en modalidad por Serie de Precios Unitarios: Bajo esta modalidad solo se establecen precios unitarios para cada partida de la construcción del pozo (perforación, desarrollo, entubación, etc.) quedando la cantidad de obra como variable.

La modalidad por Suma Alzada es solo recomendable en las situaciones en que, previo estudio hidrogeológico, considerando factores como profundidad del acuífero en pozos cercanos, cartas geológicas y topografías, se tenga gran certeza de la profundidad que deberá alcanzar el pozo para lograr el rendimiento y la confiabilidad deseada. De no tenerse esta certeza, el contratista se expone a una variabilidad en la profundidad a alcanzar en la perforación la cual puede provocarle grandes pérdidas. Por otra parte, la modalidad por Serie de Precios Unitarios es la que se ajusta más a este tipo de obras, dado que aspectos como el tiempo que durara la instalación de faenas, la profundidad del pozo, el tipo de suelo a perforar, el tipo de rejilla para entrada de agua y el largo del encamisado son aspectos que solo Danilo Tapia Reed

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pueden ser definidos mediante un buen y metódico proceso de muestreo del suelo a medida que avanza la profundidad (observación del tipo de suelo), la observación constante de la consistencia del lodo de perforación (para ver la variación en la cantidad de agua producto del contacto con un acuífero), la cantidad de lodo en relación a la profundidad del pozo (para observar si existe filtración por fisuras o porosidades del suelo) y finalmente la temperatura del fluido (las capas acuíferas tienen temperaturas muy distintas a las de otro tipo de suelo debido al contenido de agua, lo que hace variar también la temperatura del lodo. El problema que presenta la modalidad por serie de precios unitarios para la realización de estas obras es que en la mayoría de los casos el mandante, dadas sus características de ruralidad y por no contar con los recursos o la preparación necesaria, no podrá contratar ni hacer el mismo el papel de Inspección Técnica, absolutamente necesario para establecer de forma correcta junto con el contratista en el momento mismo de la construcción las cantidades de obras a realizar, por lo cual esta determinación recaería únicamente en al contratista, situación que puede significar graves discordancias con el mandante en caso de haber diferencias muy grandes con lo previsto por las partes en forma preliminar a la realización de las obras. De esta forma tenemos que, en caso de no existir gran seguridad en las cantidades de obra a realizar por el mandante, el tipo de contrato a celebrar deberá ser en modalidad por Serie de Precios Unitarios, debiendo establecerse claramente en el contrato las responsabilidades en la determinación de las cantidades de obra a realizar, recomendándose que estas sean determinadas únicamente por el mandante y colocando en el contrato cláusulas que resguarden al contratista en caso de no lograrse los rendimientos propuestos para el pozo. Además, se recomienda llevar durante el proceso de construcción un registro periódico de los resultados de los muestreos y observaciones realizadas con el fin de determinar las cantidades de obra, firmado para cada evento tanto por el contratista como por el mandante. Este “libro de obra” de la construcción del pozo permitirá tener por escrito todas las decisiones adoptadas con respecto a las cantidades de obra, lo cual permitirá dirimir cualquier problema posterior en caso de reclamos o juicios. También se recomienda para contratos por serie de precios unitarios el establecer precios unitarios variables según las condiciones de trabajo. A modo de ejemplo, establecer precios diferentes para distintos tipos de suelo a perforar, para rangos de profundidades, para rangos de duración de procesos, etc. 3.3.2 PERMISOS DE CONSTRUCCION No existe en Chile en la actualidad normativa alguna que indique la necesidad de contar con un permiso para la construcción de un pozo, de cualquier tipo que sea este, tanto en lo que se refiere a la dirección de Obras Municipales, Dirección General de Aguas ni Dirección de Obras Hidráulicas. Danilo Tapia Reed

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Aun así, dentro de las modificaciones que los usuarios de aguas subterráneas proponen hacer al Código de Aguas, está el exigir la solicitación de un permiso de construcción junto con el cual se otorgaría un derecho transitorio de aprovechamiento según lo estimado por la DGA. Esto buscaría evitar que, para poder solicitar un derecho de aprovechamiento, sea necesario primero construir la captación, lo cual implica un desembolso de dinero en la construcción que muchas veces será excesiva dado el caudal real que le podrá ser asignado por la DGA o el tiempo que demorara el trámite de inscripción en esta. 3.3.3 CONTRATACION DE MANO DE OBRA Para la construcción de pozos con el sistema AYNI, al igual que con los métodos tradicionales, es conveniente realizar el proceso de construcción de una sola vez, es decir, sin detenerse, debido a que al detener la perforación por horas (algunas veces incluso menos tiempo) suelen producirse derrumbes que dejan atrapada la broca y en caso de ser derrumbes mayores, dejan atrapada también la sarta de perforación, además de la pérdida del trabajo realizado anteriormente. Es por esto que lo ideal sería contar con una forma de contratación que no pusiera límite horario en la realización de los trabajos. Dada esta consideración, un contrato por honorarios, al estar regido no por normas laborales sino civiles, sería lo normal, pero existe la limitante de que, dado el régimen de dependencia y subordinación existente entre los trabajadores contratados y el contratista, no corresponde por ley realizar este tipo de contrato, por lo que debe optarse por un Contrato Laboral. Los Contratos Laborales están regidos por el Código del Trabajo y como tales deben respetar lo estipulado en este, dentro de lo cual cabe destacar lo siguiente: • • • •

Puede establecerse un contrato por Obra o en este caso por pozo (Articulo 9). El tiempo máximo ordinario trabajado no puede exceder las 10 horas diarias (Art. 28). El tiempo máximo extraordinario trabajado diariamente no puede exceder las 2 horas, siempre y cuando esto no implique un daño físico al trabajador (Art. 31). El horario de colación debe ser de mínimo media hora (Art. 34).

A raíz de esto, tenemos que debemos contar obligatoriamente con un sistema de turnos para trabajar, los cuales podrán ser de máximo 12 horas en el caso de no haber un desgaste físico importante (lo cual es bastante poco probable dada la naturaleza de la labor). Esto implica necesariamente contar con un turno de recambio aunque sea de forma parcial en el caso de no concluir la perforación del pozo en las 10 o 12 horas antes estipuladas.

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3.3.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL En lo referente a las normas de seguridad propias para un buen desempeño de los trabajos y la minimización de riesgos para los trabajadores, estas se remitirán a las siguientes normas: • • •

NCh 349 Of.55 NCh 436 Of.51 riesgo en Nch 1331 Of.78

“Prescripción de Seguridad en Excavaciones”. “Prescripciones generales acerca de prevención de accidentes del trabajo”. “Protección Personal – Protección contra el ruido”.

Junto con las anteriores normas, se consideraran también las disposiciones explicitadas en el Anexo A de la NCh 777 Of.2000, ya que al ser tomadas no solo de las normas, sino de manuales y la experiencia en terreno, son las más afines con las faenas a realizar. Estas últimas recomendaciones deben efectuarse solo en los aspectos concernientes al sistema AYNI. Además, cabe destacar que en el articulo 211-H del Código del Trabajo, se establece que los trabajadores no podrán manipular cargas superiores a 50 kg, lo cual debe tenerse en consideración para el operario encargado del tiraje de la cuerda cuando la sarta de perforación alcance grandes longitudes y por tanto el peso mencionado. 3.3.4.1 SALUD OCUPACIONAL En este aspecto y de acuerdo al análisis del funcionamiento del sistema hecho por los Terapeutas Ocupacionales Srta. Paula Rojas y Sra. Alejandra Pezoa Ahumada respecto de la salud ocupacional de los trabajadores que realizarán las perforaciones con este sistema, se pudo concluir que las partes más propensas a ser afectadas por el movimiento repetitivo a realizar, son las Rodillas, manos, hombros y columna de los operarios. Para prevenir de forma correcta lesiones y enfermedades profesionales producto de este trabajo, se han dado las siguientes recomendaciones: •

• •

Establecer rutinas de Ejercicios Preparatorios al comenzar los turnos de trabajo. Estos permiten preparar los músculos, articulaciones y estructuras anatómicas del cuerpo que pueden verse afectados por acción de la fatiga que produce el trabajo repetitivo. Establecer tiempos para ejercicios de Compensación. Estos ejercicios tienen como fin proporcionar descanso a cada estructura anatómica que se pueda ver directamente afectada por el trabajo a realizar. Establecer filtros para decidir de forma correcta qué personas pueden o no trabajar en estas faenas. La ocurrencia anterior de accidentes o enfermedades en las zonas más afectadas por este trabajo es indicador fundamental de la futura ocurrencia de lesiones en las mismas, por lo que no se recomienda trabajar con personas con esos antecedentes. Además,

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•

•

se recomienda la participación de un Terapeuta Ocupacional o algún profesional afín para la selección del personal. Revisión periódica del estado físico del personal. Se recomienda la visita periódica (cada 1 o 2 meses) de un Terapeuta Ocupacional o algún profesional afín a las obras con el fin de detectar problemas motrices en la realización de las faenas (fuerzas mal efectuadas, movimientos mal realizados, etc.), los cuales si no son controlados a tiempo pueden derivar en lesiones o enfermedades. Este aspecto es solo recomendable en caso de que las personas realizando el trabajo sean las mismas en largos periodos de tiempo. Turnos en la realización de las faenas. Es conveniente ir rotando a los operarios en las distintas labores a realizar, dado que de esta forma no será siempre la misma área la que se verá forzada con el movimiento, lo que implica menor desgaste físico.

Respecto de la ergonomía de las diversas partes del sistema, las profesionales citadas han hecho las siguientes recomendaciones: •

•

•

•

•

En la bomba de lodos, la “carrera” de la bomba (altura a la cual debe levantarse el mango para luego bajarlo) y la bomba misma deben estar dimensionadas al operario, de tal forma que éste no trabaje agachado y que al bajar el mango sólo realice fuerza con sus brazos, no con la espalda. Agrandar o incluir un adaptador en las manillas de la bomba de lodos y del sistema de perforación. Al ser más grande la manilla, la fuerza de trabajo será distribuida más equitativamente en toda la mano, siendo más fácil realizar el trabajo, reduciendo la tendencia a lesiones y enfermedades relacionadas. En la manilla de perforación (Broquero) junto con agrandar la manilla, tratar de que el adaptador en cuestión o el recubrimiento de la manilla esté confeccionado de una capa gruesa de algún material de cierta elasticidad (elastómeros o similares) que permita amortiguar el impacto del movimiento de percusión, reduciendo así el peligro para las articulaciones de las manos. El movimiento de tirar la cuerda y por lo tanto de caída de la sarta de perforación, debe ser de corta longitud (no más de 30 cm) para de esta forma, al moverse en un rango pequeño, no forzar inadecuadamente las articulaciones de los hombros del encargado de tirar la cuerda ni del broquero. El operario que realiza las funciones de broquero debe contar preferentemente de rodilleras (cuando el movimiento de rotación debe realizarse cerca del suelo) y contar con una superficie de apoyo para una de sus piernas como un piso a cierta altura del suelo o similar, para de esta forma ir cambiando la posición de apoyo, alternando la flexión de la pierna izquierda con la derecha y contar además con una superficie más cómoda para trabajar.

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4. MEJORAMIENTO DEL SISTEMA En este capítulo se trataran los principales aspectos a mejorar en el sistema comenzando por los que influyen en la construcción del pozo y finalmente en lo que respecta a la forma de extracción del agua mediante diversos tipos de bombas. 4.1 SISTEMA MECANICO DE LEVANTE PARA LA PERCUSION En el sistema AYNI la labor que más esfuerzo requiere y por lo tanto mayor cantidad de gente requiere es la de levantar el sistema de percusión, sea mediante palanca o mediante cuerda con polea. En este último caso y tal como se hace en otras formas de perforación (sistemas manuales de percusión y especialmente el Baptist) se puede incluir un sistema mecánico de tiraje de la cuerda en cuestión, para de esta forma prescindir del trabajo humano excesivamente fatigante que requiere esa labor. Dentro de las posibles variaciones para ejecutar de mejor forma el tiraje de la cuerda, en la literatura existente sobre métodos manuales de percusión se observan otros ejemplos de optimización de esta maniobra, como son el tiraje mediante el empuje de una cuerda cuyo extremo esta fijo, sistema que conlleva un esfuerzo físico similar al que se quiere evitar y un sistema en que el eje de la rueda del mismo vehículo con que se ha llevado el mecanismo de perforación a terreno se usa como huinche, en el cual el operario lo único que hace es mantener la cuerda tirante durante el giro del eje para levantar la cuerda y luego, una vez que ésta ya está recogida, la suelta, con lo cual la fricción sobre el eje de la rueda ya no existe, la cuerda se libera y la sarta de perforación cae.

Laminas 31 y 32. Sistemas de levante alternativos. Sistema Manual (izquierda) y Mecánico (derecha). Fuente: Water for the World.

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4.2 BROCAS 4.2.1 TIPOS DE BROCAS 4.2.1.1 BROCAS USUALES EN EL METODO EMAS Existe una gran diversidad de brocas usadas actualmente para este sistema de perforación, las cuales tienen muchas variables en su diseño, teniendo como elemento común que son construidas netamente con aceros factibles de adquirirse en cualquier ferretería, como barras para hormigón armado y tiras perfiladas en frio, de aceros generalmente A42-27ES, A44-28H, A63-42H y otros de similares características estructurales. A continuación se presentan algunas de las brocas observadas tanto en manuales sobre el método EMAS/AYNI como en visitas técnicas hechas a los sitios de construcción en Nueva Imperial (Chile) y Puerto Pérez (Bolivia). Algunas de estas brocas han sido diseñadas especialmente para algunos tipos de suelo, como es el caso de las brocas para arcilla y las para suelos granulares, siendo el resto generalmente usadas en todo tipo de suelos.

Lamina 33. Broca usada en Nueva Imperial para todo tipo de suelos. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 34. Broca usada en Bolivia para diversos tipos de suelos, especialmente los de granulometría amplia. Fuente: Elaboración Propia.

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Lamina 35. Variación de la broca de la foto anterior, con el barreno helicoidal mas acabado. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 36. Broca para suelos finos (arcillas) con la punta de una sola pieza. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 37. Broca para suelos finos (arcillas) con punta hecha con insertos individuales. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 38. Broca para suelos arenosos y con gravas recién fabricada. Fuente: Elaboración Propia.

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Lamina 39. Broca para suelos arenosos y gravosos con cierto tiempo de uso. Fuente: Elaboración propia.

Lamina 40. Broca para suelos arenosos y gravosos, especialmente diseñada para fabricas pozos de 4” de diámetro. Los anillos de dientes van aumentando de tamaño para aumentar el diámetro del pozo conforme avanza la perforación. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 41. Vista en detalle de la broca anterior. Fuente: Elaboración Propia.

Lamina 42. Broca propuesta por la Organización Panamericana de la Salud para todo tipo de suelos. Se observa el barreno helicoidal y las cuchillas laterales en la parte inferior. Fuente: OPS-OMS.

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4.2.2 PROBLEMAS USUALES En el sistema AYNI, la forma en que trabaja la broca para romper el suelo es muy distinta a como trabaja un martillo de fondo en el sistema de Rotopercusión, debido a que, en vez de un impacto cuyo fin único es romper por percusión el suelo, en el sistema AYNI este impacto busca lograr cierta penetración para permitir que el posterior movimiento de rotación desgarre la formación. Es por esto que las partes mas susceptibles de desgaste de la broca son, en un primer término la punta de la broca y en segundo término y relativamente menos importante la parte lateral de la misma.

Laminas 43 y 44. Broca usada en construcción de pozos en Nueva Imperial, Chile. En el detalle se observa claramente el desgaste en las cuchillas laterales. Fuente: Elaboración Propia.

Laminas 45 y 46. Brocas para gravas y arenas. La de la izquierda esta nueva mientras que en la de la derecha se observa claramente el desgaste en los dientes. Nótese además el largo del cordón de soldadura con que están unidos. Fuente: Elaboración Propia. Danilo Tapia Reed

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Otro de los problemas que suele ocurrir con la broca en el método de perforación AYNI es que, debido a que la confección de ésta es con soldadura al arco sin muchos controles de calidad, durante la perforación en terrenos duros, especialmente gravas y arenas gruesas, donde el área de impacto de la broca esta constituida normalmente de dientes soldados independientemente al cuerpo de la broca, los dientes pueden desprenderse del cuerpo de la broca, ocasionando, además de la rotura de la misma (lo cual conllevara un gasto de tiempo y dinero en su reemplazo), un problema bastante grave en la perforación, dado que al haber un elemento de gran dureza en el fondo, la broca, al impactar en su movimiento de percusión no lograra penetrar correctamente en el suelo, lo que podría dejar, en el caso de que el elemento en el fondo del pozo sea de un tamaño considerable (como para no poder alojarse en los lados y estar en cualquier posición tapando el centro del agujero) inhabilitado el pozo para poder continuar la perforación, habiéndose perdido todo el trabajo hecho hasta ese momento.

Lamina 47. Broca para arena y grava malograda durante la perforación. Se observa la falta del diente superior. Fuente: Elaboración Propia.

En estos casos, la única opción posible para poder continuar la perforación y no perder el trabajo hasta ese punto hecho es el lograr que la punta de acero desprendida de la broca se aloje en las paredes laterales del pozo hasta el momento de su entubación, lo cual en algunos casos, debido a lo compacto del suelo resulta técnicamente imposible. Esta situación suele ocurrir también en el caso de caída de herramientas como llaves y piezas pequeñas al interior del pozo durante la perforación, lo que puede dejar inhabilitado el pozo en construcción.

Tal como se mostro en una fotografía mostrada en este capítulo, uno de los factores que determinan la rotura de la unión de los dientes de las brocas con el

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cuerpo de la misma suele ser el largo del cordón de soldadura que los une, tal como se observa en la imagen XXX, en donde la broca de la derecha ha durado mucho tiempo debido a que los dientes están soldados de forma lateral al cuerpo de la broca en desmedro de la de la izquierda, que tal como se pudo observan en la imagen siguiente, al tener menor superficie de unión con el cuerpo, el esfuerzo en la unión fue lo suficientemente grande como para romperla. 4.2.3 SOLUCIONES 4.2.3.1 BROCAS FORJADAS El uso de la deformación en caliente del acero y su posterior temple en agua, lo cual da al acero un grado de dureza superior a la deformación en frio con que viene el acero común, suele ser usado en construcción para que los Fragüeros (maestro capacitado en la operación de la fragua) forjen herramientas de gran dureza como pueden ser puntos, cinceles, chuzos, diablos, etc. cuya punta debe resistir de excelente forma el trabajo de impactar y romper elementos como hormigón, escombros de concreto y diversos tipos de suelo (nunca roca granítica). Bajo este concepto, el uso del forjado y el posterior tratamiento térmico del acero común usado en construcción viene a ser una alternativa interesante a la hora de lograr una broca de mayor dureza, mayor resistencia a la abrasión y dependiendo de la calidad del trabajo de fragua, poder prescindir del soldado de piezas metálicas al cuerpo de la broca, siendo la broca de una sola pieza. El valor estimativo para este tipo de brocas está considerado entre $30.000 y $60.000, dependiendo del tamaño de la broca y la forma de la misma, lo cual determinará el tiempo que deberá trabajar el fragüero para fabricarla. 4.2.3.2 BROCAS DE ACEROS ESPECIALES E INSERTOS Existe la posibilidad de fabricar los diversos tipos de brocas usados normalmente en el sistema EMAS-AYNI considerando mejoras en el tipo de acero a usar, la soldadura a usar (en vez de soldadura al arco cambiar a MIG o TIG) y a colocar puntas que, en vez de aceros normales, sean de aceros especiales o de diamante o tungsteno. El problema que presenta esta solución es que, además de los costos involucrados para adquirir acero especial, diamante y tungsteno en el mercado tradicional, el trabajo de construir las brocas, considerando el trabajo de manufacturar (corte, fresado) y soldar el metal resulta en conjunto claramente más caro que otras opciones (alrededor de $130.000 cada broca), por lo cual esta solución no es adecuada en este sentido. Aún así, debe considerarse la posibilidad de que en el mercado informal (vendedores de chatarra) exista disponibilidad de estos materiales a bajo costo y muchas veces en geometrías Danilo Tapia Reed

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que no requieran tanto trabajo de manufactura, lo cual disminuiría radicalmente el costo. 4.2.3.3 ADAPTACION DE BROCAS MECANIZADAS Existen diversos tipos de brocas usadas normalmente en los sistemas mecanizados de perforación, dentro de las cuales se mencionan, por su idoneidad de funcionamiento para el sistema EMAS, las siguientes: •

Brocas para perforaciones en Hormigón Armado: Estas son básicamente el mismo tipo de brocas usadas normalmente para perforar hormigón y albañilerías, es decir, un cuerpo helicoidal de acero de alta resistencia con una punta en forma de cruz hecha con tungsteno unido al cuerpo de la broca con soldadura de plata. Como referencia tenemos que una broca tipo SDS de 38 mm de diámetro por 460 mm de largo, cuesta $12.000 + IVA (Fuente: Christensen Industrial Products) convirtiéndose de esta forma en una buena alternativa por su calidad y dureza para la perforación de suelos.

Lamina 48. Broca Concretera. Fuente: Christensen.

•

Trépanos: Existen en el mercado de implementos para la minería otros elementos que podrían ser de gran utilidad para su uso en este método como son los Triconos, Trialetas, Escariadores y Cabezas de corte, los cuales por su alto precio no son recomendables para su uso en este tipo de perforaciones. Aun así, previo contacto con las empresas mineras que trabajen con estos mecanismos, pueden adquirirse ya usados a precios adecuados para este tipo de perforación. Al ser usados, este tipo de brocas no estarán en perfecto estado, pese a lo cual, debido al uso para el cual fueron fabricadas y a las características de los pozos que queremos fabricar, presentan, aún en estado de avanzado uso, gran utilidad para su uso en el método EMAS.

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Lamina 49. Triconos. Fuente: Talleres Segovia SL.

Lamina 50. Trialetas y Tetraleta (derecha). Fuente: Talleres Segovia SL.

Lamina 51. Escariadores. Fuente: Talleres Segovia SL.

Lamina 52. Cabezas de Corte. Fuente: Talleres Segovia SL.

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4.3 SISTEMA CAPTANTE Y DE FILTRACION En el sistema EMAS, la entrada de agua desde el acuífero hacia el pozo es a través de un tubo ranurado hecho del mismo material que el entubado del pozo (PVC), el cual va cubierto de un filtro flexible hecho con tela sintética. Además, cuenta con un filtro de grava seleccionada en el espacio anular entre el entubado del pozo y la pared de la excavación. El tubo ranurado esta hecho de PVC cortado normalmente con un esmeril angular o sierra de mano cada 5 mm aproximadamente, quedando las aberturas de 2 a 4 mm de ancho en forma perpendicular al eje del pozo. Otras opciones para permitir la entrada del agua son el uso de perforaciones con taladro o ranurados en sentido paralelo al eje del pozo, las cuales pese a entregar mayor estabilidad estructural entregan una menor área de entrada para el agua, lo cual en algunos casos puede disminuir el rendimiento del pozo.

Laminas 53 y 54. Ranurado del tubo con esmeril angular (izquierda) y Perforado con taladro (derecha). Fuente: Elaboración Propia.

El uso de tubos de PVC para el encamisado del pozo es poco común principalmente por una cuestión de marketing, ya que para el común de la gente un pozo entubado en acero es mucho mejor que uno en PVC. Aun así, la gran ventaja que tiene el acero para este fin, que es su gran resistencia estructural para soportar el empuje del suelo (lo que hace mas durable al pozo), es innecesaria dado el pequeño diámetro del pozo (4” como máximo), lo que hace la tubería mas rígida estructuralmente y le permite soportar cargas mucho Danilo Tapia Reed

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mayores, estando excesivamente sobredimensionado el usar una tubería de acero para este tipo de pozos. Además, en pozos viejos, la corrosión del acero es motivo fundamental del colapso del entubamiento y por tanto de la inutilización del pozo, en contraste con el PVC que es un material inerte en el suelo. Respecto de la entrada misma del agua al pozo, normalmente para pozos grandes se usa una rejilla de acero (Criba) que se distingue por el tamaño de sus aberturas, siendo la más usada la conocida como Slot 40. El uso de estas cribas es generalmente considerado como muy superior a los tubos ranurados, creencia errónea según muchos estudios realizados comparando el Gasto Especifico y el Caudal de pozos con uno y otro sistema de filtraje. Uno de los aspectos principales que deben considerarse al hacer el ranurado del pozo y la colocación del filtro flexible en su exterior es que la misión de este sistema captante, junto con dejar pasar el agua al pozo, es impedir la entrada de arena de gran tamaño al mismo, lo cual dañaría la bomba. Por este hecho es que las bombas para extraer el agua durante el uso del pozo vienen con una tolerancia máxima para el Contenido de Arena (gr/m3) la cual debe ser respetada en todo momento para dar una máxima durabilidad a la bomba. El filtro flexible, al ser generalmente de algún polímero eslastoplástico, tiene una vida útil después de la cual no logrará una buena retención de la arena, lo cual obliga a pensar en una de las siguientes soluciones: •

•

•

•

Realizar cambio del filtro periódicamente (cada 6 meses por ejemplo) dependiendo del uso que la cantidad de agua extraída. Este cambio del filtro implica sacar la bomba y luego el entubamiento del pozo, proceso que debe hacerse con mucho cuidado para evitar derrumbes de las paredes del pozo y de la grava del filtro de grava. Reemplazar el filtro flexible de polímero con cribas de acero (de mayor durabilidad) o un tamo de tubo de acero ranurado con mucha mayor precisión y aberturas de menor anchura en mayor cantidad., las cuales pueden durar mucho tiempo más. Realizar mantención a la bomba eléctrica, la cual debe hacerse periódicamente en intervalos de tiempo recomendados por el fabricante. Este intervalo debe acortarse en el caso en que se use filtro flexible, para de esta forma no dañar la bomba. En vez de colocar un filtro flexible, disminuir el espesor de las ranuras del pozo, lo cual, debido al paralelismo existente entre las caras de la abertura, produce atascos de material granular en las ranuras, lo cual con el tiempo disminuye el área captante y por tanto el rendimiento del pozo. Este problema era usual en los pozos de grandes diámetros hasta el reemplazo de los tubos ranurados por secciones de rejillas o cribas, las cuales al no tener sus aberturas con caras paralelas, evitaban este problema.

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4.4 BOMBA DE LODOS La bomba de lodos usada para la circulación del fluido de circulación en el sistema EMAS, es una adaptación de la bomba EMAS FLEXI, siendo su funcionamiento exactamente igual variando solo sus dimensiones, geometría y sistema de captación.

Lamina 55. Bomba Manual de Lodos del Sistema EMAS-AYNI. Fuente: Elaboración Propia.

Se plantea la posibilidad de inclusión de una bomba eléctrica o a combustión para la circulación de los lodos de perforación entre el pozo de sedimentación y el mecanismo de perforación. La existencia de esta bomba implicaría una persona menos en el personal para la perforación, lo cual sería un ahorro en caso de ser el consumo de combustible menos costoso que el pago al operario. La bomba a usar debe tener ciertas condiciones: •

•

El caudal bombeado por la bomba manual es de aproximadamente 0,5 lt por bombeada y considerando un promedio de 60 bombeadas por minuto tenemos un promedio de 30 lt/min. Esta velocidad de bombeo puede ser preferentemente mayor, por lo que la bomba deberá tener un caudal de funcionamiento que cumpla con estas condiciones. Dado que el fluido a bombear (lodo de perforación) será espeso y de alto contenido de finos, una bomba normal de agua no es conveniente, dado que fallara al poco tiempo. Lo recomendable es Danilo Tapia Reed

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•

usar una bomba del mismo tipo que las que se usan para la elevación de aguas servidas, dado que trabajan con situaciones similares. En caso de que se esté perforando con circulación directa, el lodo, al salir de la bomba, debe alcanzar una presión mayor a la existente en el fondo del pozo sumada a la de las pérdidas entre la salida de la bomba y la salida del lodo del pozo y a la carga de velocidad.

Considerando que la carga de velocidad es despreciable (para una tubería de 2” de diámetro y a la velocidad de bombeo especificada más arriba es solo de 0,0031 m), al igual que las perdidas por fricción (debido a que la velocidad del fluido es poca), la bomba deberá elevar un caudal similar a la profundidad del pozo en ese instante. Al ver los tipos de bombas disponibles que cumplen con estas características, las más comunes y fáciles de encontrar en el mercado son las de tipo Sumergible para Aguas Negras, dado que están capacitadas generalmente para trabajar con líquidos viscosos que pueden contener inclusive sólidos de diámetros entre 20 y 50 mm (dependiendo de la bomba) y fibras.

Laminas 56 y 57. Bombas sumergibles para aguas negras marca Pedrollo. Modelo Top Vortex (izquierda) y MC Monocanal (derecha). Fuente: Pedrollo

Respecto a sus capacidades mecánicas, estas bombas tienen el problema de que producen impulsión de agua a presiones muy bajas. A continuación se presentan algunos ejemplos:

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Modelo Top Vortex RM Vortex ZX Vortex VX Vortex MC Bicanal VX-I Vortex MC-I Bicanal VXC Vortex MC Monocanal PVXC Vortex PMC Monocanal

H max [m] 7 15 11 15 15 10 16 16

Potencia [kw] 0,37 1,1 0,6 1,1 1,1 0,75 1,1 2,2

24 16

2,2 2,2

24

2,2

Tabla 3. Alturas manométricas máximas y potencias de impulsión de diversas bombas. Fuente: Catalogo Pedrollo 2005

Al ser la altura de los pozos variable dependiendo de la ubicación de este, tenemos que no siempre las bombas nos servirán para el proceso de construcción completo. Además, estas bombas son generalmente caras, teniendo valores que oscilan entre $200.000 y $350.000 en el mercado nacional, por lo que la posible inversión en una de estas bombas debe estar acorde al ahorro en mano de obra realizado. Al respecto, y considerando un rendimiento de 6 metros al dia de perforación (basado en los pozos perforados en Nueva Imperial, Chile y en Bolivia) en jornadas de trabajo de 8 horas diarias, un pago por turno de $10.000 por persona, un costo de la energía eléctrica de $76,5 cada kilowatt-hora (tarifa para la comuna de uilpue según www.chilquinta.cl), tenemos que: •

Costo utilizando Mano de Obra [$/ml]: 10.000 [$/dia] / 6 [ml/dia] = 1.667 [$/m]

•

Costo utilizando Bomba Sumergible: 76,5 [$/kwH] x 8 [hr/dia] x Potencia [kw] / 6 [ml/dia] =

Modelo Top Vortex RM Vortex ZX Vortex VX Vortex MC Bicanal VX-I Vortex

Potencia [kw] 0,37 1,1 0,6 1,1 1,1 0,75

Costo [$/ml] 37,74 112,2 61,2 112,2 112,2 76,5 Danilo Tapia Reed

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MC-I Bicanal VXC Vortex MC Monocanal PVXC Vortex PMC Monocanal

1,1 2,2

112,2 224,4

2,2 2,2

224,4 224,4

2,2

224,4

Tabla 4. Potencias de impulsión y costo por metro lineal de diversas bombas. Fuente: Elaboración Propia.

Al observar los valores arrojados, es notable la ventaja de contar con una bomba para la circulación de lodos en vez de una persona para ello, aunque esta ventaja se refleje solo en los primeros metros.

4.5 BOMBAS Pese a que no tiene que ver con la construcción misma del pozo, las condiciones de la dotación que este debe alimentar en lo que respecta a las distancias, altura, caudal y otras variables, son los mayores determinantes de la bomba (o sistema de bombas) que deberá obtener agua del pozo y llevarla hacia el sistema de distribución casera (estanque o hidropack). Además, las condiciones de tamaño y de funcionamiento de esta bomba son determinantes del diámetro que deberá tener el pozo, como se verá a continuación. En lo que respecta al sistema EMAS/AYNI, en su concepción original, este está equipado con una bomba manual conocida como EMAS FLEXI. 4.5.1 BOMBA EMAS FLEXI Las bombas EMAS FLEXI, conocidas también como OPS – FLEXI (debido al permiso de uso de licencia que dio EMAS a la Organización Panamericana de la Salud), son bombas manuales de fabricación artesanal en base a tuberías y piezas de PVC o Polietileno. Variando el diámetro del cilindro (usando tubo de mayor o menor diámetro) se puede determinar la presión o la cantidad de agua a bombear. Estas bombas tienen una salida de presión que permite un bombeo de hasta 60 metros de altura. El caudal varía entre 0.2 y 1 litro por bombeo, según el diámetro y la profundidad. El costo de una bomba estándar con 12 metros de longitud es de aproximadamente $20.000 en materiales más la mano de obra utilizada, que en caso de personas capacitadas en su fabricación es de aproximadamente $6.000 por bomba. Otra de las ventajas de esta bomba es que, debido a sus pequeñas dimensiones, puede funcionar correctamente en pozos de diámetros pequeños, Danilo Tapia Reed

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como son los pozos EMAS-AYNI de 2” (e inclusive de 1½”) y en cualquier tipo de captación como pozo excavado, estanque, etc. La bomba tipo estándar se compone de dos tubos rígidos de PVC, o de dos mangueras de polietileno. El tubo con mayor diámetro de 1pulgada forma el cilindro y el otro de ½ pulgada hace a la vez de biela y de tubo de salida. Su funcionamiento es parecido al de las bombas de pistón, con la única diferencia que el agua se expulsa por la misma biela. El maneral o agarrador consiste de una Te con dos niples laterales, uno de ellos ciego, y el otro con salida abierta por donde sale el agua. El tubo metálico de 1 metro entra y sale del pozo y sirve de pieza de fricción con la guía del cilindro. En su extremo de abajo está conectado el tubo de salida o la biela. En el fondo de la bomba termina la biela con una válvula de retención conocida como Válvula de Pistón. La biela, movida a través del maneral, hace subir y bajar la válvula de pistón. Al bajar el pistón se disminuye el volumen en el cilindro y se expulsa el agua del cilindro hacía arriba por la biela que sale finalmente por el niple de salida. El tubo de cilindro sale hasta la superficie y tiene en su parte superior una guía metálica, normalmente un niple de 1” hiero galv. o una copla reducción de 1” – ¾” como pieza de guía y de fricción. En la punta de abajo está pegada una válvula de retención conocida como válvula de pie o de entrada.

Laminas 58 y 59. Diagrama de construcción. Parte superior bomba EMAS (Izquierda) Válvula de Pistón y de Pie (Derecha).. Fuente: Agua para todos. EMAS.

El bombeo con este sistema puede alcanzar presiones hasta 5 bars (50 mca), lo que permite el bombeo directo desde el agua subterránea hasta a 50 metros de profundidad hasta un estanque elevado (en el caso de bombas de cilindro de 1”). El caudal de cada bombeo depende de la altura a la que se levanta el agarrador, pero en general salen entre 0,3 y 0,5 litros por bombeo, o

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sea 15 a 30 litros por minuto. (bomba de 1”). La relación entre la presión y diámetro de la boca es inversamente proporcional.

Laminas 60 y 61. Bomba manual EMAS FLEXI terminada y en uso. Fuente: Elaboración Propia.

Las válvulas se construyen con tubos de PVC tipo rosca de 3/4" (válvula normal) y tubos de PVC de 1/2” (válvula universal) con una bolita de cristal en su interior. Para lograr más compresión y evitar pérdidas en el caudal se coloca anillas de goma a la válvula de pistón. Fácilmente se cambian las válvulas o las gomitas en caso de desgaste o desperfecto. Lo mismo vale cuando se suelda adaptadores de PVC (hembras y machos) para construir las válvulas. Esta bomba debe sumergirse dentro del pozo unos 3 metros bajo el nivel dinámico, según las recomendaciones existentes. Esta bomba además ha sido probada con éxito, por lo fácil de su construcción y de su funcionamiento, en bombeos horizontales a grandes distancias y diversos tipos de pozos. Además, la bomba de lodos con que funciona el sistema EMAS normalmente es una variación de esta bomba EMAS FLEXI, tan solo que está hecha de acero galvanizado y sus dimensiones y forma están adaptadas para su uso en fosas de lodos. El uso de esta bomba manual (y de todo tipo de bombas manuales) presenta varios problemas para su funcionamiento, principalmente los siguientes:

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•

•

El bombeo manual requiere un desgaste físico que lo hace poco cómodo para personas normales y totalmente inadecuado para personas mayores o con algún impedimento físico, problema que se ve incrementado al ser mayor la profundidad de bombeo y la cantidad de agua que se requiere sacar. Al ser la capacidad de bombeo limitada por la existencia de una persona bombeando, este sistema resulta problemático para sistemas de agua colectivos, dado que en estos casos los caudales a extraer son mayores y debe hacerse un sistema de turnos para bombear el agua.

Estos factores reflejan un gasto de horas hombre bastante considerable en bombeo, por lo que es recomendable, en el caso de existir recursos y que exista la factibilidad técnica (energía y diámetro suficiente) el uso de una bomba eléctrica. 4.5.2 BOMBAS ELECTRICAS Para elegir correctamente la bomba a ocupar debemos elegir el diámetro de ésta, normalmente especificado en pulgadas. Debido a que los pozos manuales construidos con el método AYNI son normalmente pequeños (de diámetros que van desde los 1½ a 4”) las bombas a usar deben estar de acuerdo a ellos. Al respecto y viendo la disponibilidad de ellas en el mercado, hay 2 variedades de bombas que sirven: 4.5.2.1 Bombas centrifugas de superficie: En ellas la aspiración se produce a través de un tubo sumergido en el pozo, en cuya parte inferior va una válvula anti retorno (válvula de pie) por lo cual el diámetro del pozo en que se usa puede ser reducido. Son de bajo costo (menos de $100.000) y logran el empuje de agua a grandes presiones, pero son poco útiles para los pozos profundos, dado que, salvo modelos bastante caros, no son capaces de aspirar a más allá de 8 metros. 4.5.2.2 Bombas centrifugas de aspiración profunda o bombas de Chorro: Son de la misma categoría que las anteriores, pero con la particularidad de que pueden aspirar a alturas de hasta 45 m (inclusive 48 m) y por medio de una tubería de aspiración, que acompañada de una tubería de inyección, puede trabajar en pozos de 2 a 4” de diámetro. Los valores oscilan entre los $150.000 y $230.000 y las marcas más comunes en el mercado nacional son Pedrollo (series JDW XX-2”, JDW XX-3”, JDW XX-4”), Reggio (serie STBJ XXX) y Flotec (serie APXXX).

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Lamina 62. Bomba Centrifuga de Superficie de Aspiración Profunda. Fuente: Pedrollo.

La tubería de aspiración contiene 2 cañerías las que en su conjunto y considerando un espacio intermedio para permitirles cierto desplazamiento producto de la vibración, caben dentro de una tubería de 4” de diámetro, por lo que se considera esta medida como la mínima para el tipo de pozos en que se usarán estas bombas. A continuación se exploran algunas opciones de bombas para su uso en este tipo de pozos profundos, teniendo en consideración que, en base a las pruebas hechas a diversos pozos de este tipo, el caudal que estos arrojan va entre 0,75 a 1,5 lt/sg y considerando además que estas serán alimentadas con corriente monofásica (220 Volts), dado que en los sectores rurales alejados de los caminos principales (caso general de las comunidades rurales dispersas) no existe distribución de tipo trifásica (380 Volts).

Marca

Modelo

Pedroll o

JDW 1C30

H as p [m] 15 20 30

P [HP ]

V [V]

H imp [m]

Q imp [lt/min]

Ø pozo [“]

Precio con IVA [$]

Fuente

0,7

22 0

12

20

4

159.81 7

Aguamark et

12 12

14 6 Danilo Tapia Reed

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Flotec

AP1000

35

1

Pedroll o

JDW 1A30

20

1

30 35

22 0 22 0

60

50

4

34

60

4

18 14

60 30

134.90 0 176.90 0

Homecent er Rojas Hnos. Ltda.

Tabla 5. Parámetros de bombas de chorro. Fuente: Elaboración Propia.

Donde: H asp = Altura manométrica de aspiración. P = Potencia de la bomba. V = Voltaje de alimentación. H imp = Altura manométrica de impulsión. Q imp = Caudal de impulsión. Ø = Diámetro. Tal como se ve en la tabla, los rendimientos de este tipo de bombas en general es muy bajo (máximo 1 lt/sg) lo cual hace su uso no recomendable salvo en el caso de instalaciones menores o unifamiliares, tema de este trabajo. 4.5.2.3 Bombas centrifugas sumergibles: Estas, al estar sumergidas en el agua dentro del pozo, trabajan solo dando impulso al agua, alcanzando alturas manométricas de más de 500 metros en algunos casos. Estas pueden trabajar a grandes profundidades, aunque este factor, además de la altura de impulsión, depende de cada modelo. Existen, para este tipo de pozos, bombas para pozos de 3 y 4” de diámetro, a precios que van desde $200.000 a $500.000. Estas bombas deberán contar además con un Tablero Eléctrico y las siguientes partes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Electrobomba sumergible. Abrazaderas de fijación para el cable de alimentación. Sondas de nivel contra la marcha en seco. Anclaje de cables de sostén de la electrobomba a la tapa del pozo. Manómetro. Válvula de retención. Cierre metálico de regulación de caudal. Cable de alimentación eléctrico.

Además, en los casos en que se prefiera, se puede contar con un sistema hidroneumático en vez de un estanque elevado, para lo cual se consideran los siguientes elementos: 9. Cuadro de mando para sondas de nivel. 10. Equipo hidroneumático (Hidro-pack). 11. Prestostato. 12. Electroválvula/compresor. Danilo Tapia Reed

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Lamina 63. Diagrama de instalación de una bomba sumergible para pozos profundo. La numeración es correspondiente al texto anterior. Fuente: Pedrollo.

A continuación se exploran algunas opciones de bombas de acuerdo a los parámetros mencionados en el caso anterior.

Marca

Modelo

P [HP]

V [V]

H imp [m]

Q imp [lt/min]

Pedroll o

4SR2-7

0,5

22 0

46

10

44 39

20 30

Ø pozo [“] 4

Precio con IVA [$] 379.840

Fuente Rojas Hnos. tda..

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Pedroll o

4SR8-4

ESPA

FL6035m

SUBLINE

F10-7

1

1

1

22 0

22 0

22 0

33 25 14 40

40 50 60 26

4

381.633

Aguamarket

60 80 100 120 140 160 180 200 5

25 24 23 22 20 17 13 10 39

4

240.797

Codifer

10 20 30 40 50 60 70 20

38 36 33 31 27 19 11 46

4

337.877

Codifer

40 60 80 100 120 140 160

44 40 36 31 26 20 12

Tabla 6. Parámetros de bombas de pozo profundo. Fuente: Elaboración Propia.

H asp = Altura manométrica de aspiración. P = Potencia de la bomba. V = Voltaje de alimentación. H imp = Altura manométrica de impulsión. Q imp = Caudal de impulsión. Ø = Diámetro. Tal como aparece en el diagrama explicativo de la instalación de la bomba, al costo de la bomba misma deben agregarse los costos del sistema eléctrico de la misma, sin incluir el sistema hidroneumático ni los elementos anexos a él (ya que pueden reemplazarse por un sistema de estanque elevado). A continuación se presenta un detalle de dichos elementos con una cotización referencial de la empresa Aguamarket:

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• • • • •

Tablero eléctrico Monofásico 2 HP, 220 V, 2 a 8 amp $ 186.033 (c/IVA) Unión Aislada con resina 3m scothcast (mufa) $ 28.163 (c/IVA) 3 Sondas de Nivel $ 7.260 (c/IVA) Cable de PVC para sonda $ 21.450 (c/IVA) Cable plano sumergible de 4 conductores (2,5 mm) $ 46.350 (c/IVA) TOTAL $ 289.256

Estos costos son variables dependiendo de la bomba según el voltaje (220 0 380 V), la potencia de la bomba y los metros de cable a usar (dependiendo de la profundidad de la bomba) pese a lo cual nos dan una buena idea de la cantidad de dinero que significa, generalmente entre 200 y 300 mil pesos. Además de las bombas señaladas anteriormente, debe señalarse que existen variedades de bombas especialmente diseñadas para pozos de 3” de diámetro (bombas de superficie tipo Jet de Pedrollo y bombas centrifugas sumergibles de Subline) y para pozos de 2” de diámetro (tipo Jet de Pedrollo y Vertical Deep Well Jet Pump de Flotec) las cuales son muy difícil de encontrar en el mercado chileno, pese a lo cual está la posibilidad de importarlas especialmente para pozos de estos diámetros, lo cual permitiría contar con soluciones de agua para consumo humano acordes a las necesidades especificas de viviendas individuales sin tener que construir pozos de 4” de diámetro, los cuales claramente están sobredimensionados para soluciones individuales para viviendas rurales. A continuación se muestran algunas características técnicas de las bombas mencionadas anteriormente como soluciones ideales para los pozos de 2 y 3” de diámetro. •

Bomba centrifuga para pozos profundos de 3” de diámetro marca Subline

Potencia Modelo kw HP lt/min 5 10 T3-15 0,33 0,5 46 42 H T3-23 0,55 0,75 70 66 imp 92 86 T3-30 0,75 1 T3-45 1,1 1,5 128 119

Q 15 39 61 80 112

20 36 55 73 103

30 28 43 57 75

40 15 24 33 47

45 7 13 17 28

Dimensiones H [mm] kg 580 3,3 780 4,4 1000 5,6 1380 7,6

Tabla 7. Características Técnicas de la bomba para pozos de 3” marca Subline. Fuente: Subline.

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Lamina 64 y 65. Diagrama de la bomba y curvas de funcionamiento (inferiores) y de eficiencia (superior). Fuente: Subline.

•

Bombas de superficie tipo JET (Bomba de Chorro) para pozos profundos de 2 y 3” de diámetro, marca Pedrollo.

Tabla 8. Características Técnicas de las bombas tipo JET para pozos de 3” marca Pedrollo. Fuente: Pedrollo. Danilo Tapia Reed

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Tabla 9. Características Técnicas de las bombas tipo JET para pozos de 2” marca Pedrollo. Fuente: Pedrollo.

Estas bombas no se encuentran actualmente en el mercado nacional, pese a lo cual existe la posibilidad de importarlas directamente desde los fabricantes o desde distribuidores en otros países. Específicamente en el caso de las bombas tipo JET para pozos de 2 y 3” de diámetro, estas se encuentran en varios distribuidores argentinos, por lo que previo estudio de los costos y tiempos de envió, podría establecerse si son los pozos de 2 y 3” de diámetro una opción rentable económicamente de construcción por sobre los pozos de 4”, ya que estos, pese a ser más caros, tienen la ventaja de que existe amplia variedad de bombas y a tiempos de entrega muy bajos (máximo 1 día) en el mercado nacional.

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4.5.3 SISTEMA DE PISTON PARA BOMBA MANUAL Para los casos en que debido al reducido diámetro del pozo, la imposibilidad de contar con alimentación de la red eléctrica para las bombas, o la no existencia de bombas eléctricas con capacidades de extracción de agua adecuadas, es posible el uso de bombas manuales EMAS u otras adaptadas con un sistema de pistón en reemplazo de una persona para realizar el movimiento de subida y bajada para la extracción de agua. En este ámbito, el uso de molinos de viento es una alternativa bastante viable, dado que estos trabajan con energía sin costo y con una eficiencia bastante grande dependiendo del diámetro de la bomba EMAS a instalar (según lo visto en las secciones anteriores). Un molino diseñado especialmente para este uso por el creador del sistema EMAS a un costo aproximado de $200.000 es adecuado en los lugares que cuentan con la factibilidad eólica para el uso de estos molinos.

El problema principal que tiene este tipo de solución consiste principalmente en que requiere una mantención constante y en caso de alguna falla, esta debe hacerse de inmediato, de lo contrario podría producirse la rotura de otras partes del molino. Este aspecto lo hace poco adecuado para situaciones en que, debido a distancias, falta de capacitación o financiamiento, no se cuente con una persona que pueda dar mantención al sistema en poco tiempo. Además de este sistema de molino de viento, pueden hacerse diversas adaptaciones de mecanismos que hagan trabajar a bomba como un pistón, desde sistemas de engranajes con cigüeñales movidos mediante motores hasta sistemas con péndulos similares a los usados antiguamente en la extracción petrolera. Lamina 66. Foto del sistema de rotación de un molino.

También, además del sistema EMAS nombrado anteriormente, existen sistemas de bombeo con molinos de viento de mas duración y mejor calidad, pero con costos sobre los $700.000, los cuales deben ser normalmente diseñados en función al caudal a sacar, la altura de elevación a lograr y la velocidad de los vientos en el lugar, parámetros que nos darán la altura del molino, el largo de las aspas, el diámetro de la bomba, etc. Danilo Tapia Reed

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5. ANALISIS DE COSTOS 5.1 CONSTRUCCION DE POZOS CON METODOS TRADICIONALES En lo que respecta únicamente a la construcción de pozos con los métodos usuales existentes en el mercado local (principalmente rotopercusión) y en base a presupuestos actualizados, podemos encontrar los siguientes precios referenciales por metro lineal:

Empresa Material Constructora Entubación Diámetro ["] Moraga Pozos PVC 4 Constructum PVC 4 Jorge Torres Acero 4 Constructum Acero 4 Aqua Sondajes Acero 5 ML Acero 5 Perforaciones Aguasolución Acero 6 Aqua Sondajes Acero 6 Aguamarket Acero 8 Aguamarket Acero 8 Aguamarket Acero 8 Aguamarket Acero 8 Riegomat PVC 8

Precio Unitario [$/ml] (sin Ubicación del IVA) pozo 85000 Todo Chile 235000 Biobío 85000 Biobío 235000 Araucanía Valparaíso a 90000 Biobío 85000 140000 120000 180000 180000 237500 237500 47000

Valparaíso Metropolitana Valparaíso a Biobío Del Libertador Metropolitana Los Lagos Maule Metropolitana

Tabla 10. Comparación de costos por metro lineal de diversas empresas perforistas. Fuente: Elaboración Propia.

Al observar la tabla se observa claramente una gran variabilidad en los diámetros y los precios ofrecidos, lo cual nos indica la existencia de múltiples factores que influyen en estos como la estacionalidad de este trabajo (en la época de lluvia existe una demanda mínima), la ubicación del pozo (algunas empresas cobran según la región en que está ubicado el pozo con respecto a la empresa), los servicios extra que incluye la perforación (en algunos se incluye un sondaje exploratorio previo y en todos, exceptuando Riegomat, se incluye Prueba de Bombeo) y principalmente la capacidad operativa de la maquinaria usada el cual es el factor más importante.

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5.2 CONSTRUCCION DE POZOS CON METODO EMAS-AYNI En este método, al ser manual, el factor más crítico y determinante del costo por metro lineal del pozo resulta ser el tiempo que demora la construcción debido al costo que absorbe la mano de obra al tener que ser absorbido este ítem ya no por el trabajo comunitario sino por el contratista. Al respecto, en base a miles de pozos de 2” de diámetro construidos en Bolivia, se considera como referencia el gasto de 6 US$/ml (alrededor de $3.150), los cuales son únicamente para materiales. A este costo hay que agregar un gasto un mano de obra considerando un rendimiento promedio de 30 ml/día y 3 operarios y considerando el pago proporcional a un sueldo mínimo de $159.000 (800 $/hora). En Chile la experiencia en este tipo de pozos está reducida netamente a lo hecho en la localidad de Nueva Imperial (Región de la Araucanía) por parte de la municipalidad local y la empresa Multicomercial Ltda. Al respecto, se puede mencionar que han sido construidos más de 100 pozos de 2” de diámetro y solo un pozo de 4”, el cual fue construido de forma experimental en beneficio de un consultorio local. Para los pozos de 2”, considerando una profundidad promedio de 30 m, los costos ascienden a $100.000 en Mano de Obra y $60.000 en materiales, mientras que el único pozo de 4” cuya profundidad fue 32 m, tuvo un costo de $645.000 en Mano de Obra y $395.000 en Materiales:

Materiales Mano de Obra Total Neto

Pozo 2" $/ml $/ml Bolivia Chile 3150 2000 720 3870

3333 5333

Pozo 4" $/ml Chile 12343 20156 32500

Tabla 11. Costos referenciales de construcción. Fuente: Elaboración propia.

Al comparar los costos con los sistemas mecanizados se observa claramente una gran diferencia en los pozos de 2” (de más de un 1.100 % en comparación con la alternativa más económica de pozo mecanizado) y una diferencia no menor de un 44% en los pozos de 4” de diámetro, lo cual nos da cuenta de la principal característica de estos pozos, que es su bajo costo en relación a las alternativas usuales.

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6. CONCLUSIONES Al observar las diversas técnicas de construcción de pozos existentes, se observan claramente las ventajas que presentan los métodos mecanizados principalmente en lo referente al tipo de suelos que pueden perforar, teniendo el sistema EMAS la importante limitante de que trabaja con extrema lentitud en suelos cementados y no trabaja en suelos con roca o bolones, lo cual disminuye en forma importante su rango de uso especialmente en lugares bajos cercanos a cursos de agua (suelos de tipo “revuelto de rio”) y en lugares cordilleranos o precordilleranos con alta presencia de suelos rocosos o extremadamente cementados. Respecto a los aspectos legales de explotación de agua subterránea, este sistema de pozos no presenta ningún problema de importancia, no así en lo referente a la construcción del pozo, donde se tiene el problema de que, en su forma original, este sistema presenta problemas en el modo en que se administra la mano de obra necesaria, lo cual puede solucionarse reemplazando la mano de obra voluntaria y comunitaria por mano de obra contratada especialmente con este fin. Este reemplazo conlleva el riesgo de que, al ser siempre las mismas personas las que realicen la construcción de los pozos, estas sufran lesiones o daños principalmente musculares y en sus articulaciones, riesgo que puede reducirse en forma importante estableciendo mejoras pequeñas en los equipos a usar y en la forma de trabajo, como son sistemas de turnos al trabajar, revisiones periódicas de la forma de trabajo y adaptando elementos para hacerlos mas ergonómicos. Al examinar la factibilidad técnica de incluir mejoras al sistema vemos que al ser este un sistema originalmente artesanal y manual, estas son prácticamente ilimitadas, viendo que los aspectos más críticos del sistema, como son las brocas para la perforación y las bombas para la extracción del agua, son los que tienen mayor amplitud de mejoras y los que lograrían mejoras más importantes. En el aspecto puntual del trepano o broca usada, al estudiar los problemas que tienen se observa que los más comunes son los referentes a la debilidad de estas, lo cual se observa en la abrasión que sufre el acero con el tiempo y en la perdida de partes de las brocas, lo cual puede ser solucionado fácilmente recurriendo a brocas de mejor calidad como pueden ser brocas forjadas o trépanos de segunda mano usados en sistemas mecanizados (los cuales pueden ser adquiridos como chatarra), alternativas que por su bajo costo en comparación a las brocas fabricadas manualmente resultan adecuadas para este sistema. Dado la importancia del costo de la mano de obra en este sistema, se estudia la inclusión de un sistema electromecánico de levante para la sarta de perforación y la inclusión de una bomba eléctrica para la circulación de los lodos de perforación, aspectos que a nivel técnico no presentan problema alguno y que resultan atractivos a nivel económico por el bajo costo de operación.

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Para la extracción del agua del pozo se vio que la bomba manual con que suele usarse este sistema, pese a ser barata y de fácil construcción, tiene limitantes principalmente relacionadas al rendimiento físico que debe tener la persona que extraiga el agua, lo cual puede solucionarse incluyendo bombas de tipo eléctrico. Esta solución es factible solo en pozos de poca profundidad o en pozos de un mínimo de 4” de diámetro debido a que las bombas más pequeñas existentes en el mercado chileno no trabajan en pozos más pequeños. Para pozos de menor tamaño, la única alternativa existente sigue siendo la bomba manual o la adaptación de un molino de viento a la misma. De esta forma, vemos que estos pozos, en su forma más usada (2” de diámetro), no presentan la posibilidad de uso en una situación técnica de equivalencia en lo que respecta a la extracción del agua de los pozos usuales, siendo esta posibilidad reducida solo a los pozos de 4” de diámetro. Finalmente, al analizar los costos de construcción de pozos con este sistema y compararlos con los precios con que se ofrecen pozos profundos con métodos mecanizados en el marcado nacional, vemos claramente que la diferencia de costos por metro lineal de pozo es un factor importante, especialmente si consideramos que estos pozos tienen profundidades normalmente superiores a 25 metros, con lo que la diferencia de dinero resulta apreciable incluso en los pozos de 4” de diámetro. Al reunir los antecedentes tanto técnicos como de costos de construcción de estos pozos, tenemos finalmente que este sistema, pese a tener su mercado bastante reducido principalmente por el tipo de suelo en que puede ocuparse y los diámetros en que presenta igualdad de condiciones en la extracción de agua con pozos usuales, es una alternativa bastante atractiva en aquellos casos en que el diámetro necesario sea de solo 4” y el conocimiento geológico del lugar permita asegurar el éxito de la perforación, siendo además una buena alternativa a considerar en los lugares en que el factor geológico sea desconocido y pueda correrse un riesgo de perder la perforación. Además, en situaciones de emergencia como las planteadas en un comienzo (campamentos de refugiados, militares o provisión de agua urbana en caso de catástrofes) o en viviendas de bajos recursos, este método de construcción, dado el extremadamente bajo costo que presenta en relación a los pozos más pequeños del mercado (4” de diámetro) es una solución ideal incluso considerando las limitantes geológicas.

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