CÓMO "CAZAR" UN ACUÍFERO CONFINADO

Tricono y barra de carga de máquina de sondeos con rotación inversa de lodos. Orihuela, Alicante

Se acaba de publicar el primer mapamundi de la profundidad a la que se encuentra el agua subterránea freática del planeta. Es decir, el agua de los acuíferos más superficiales y que da vida a muchos humedales, arroyos, lagunas y ríos. El primer camino del agua subterránea del que ya hablara el académico D. Silvino Thos y Codina a finales del siglo XIX, diferenciándolo del otro profundo que se adentra más en tierra para luego salir al mar (ver ciclo del agua del USGS).

No vamos hablar aquí de esas aguas "epidérmicas" y subálveas sino de las segundas. Las de los acuíferos confinados, y de como "cazarlas" con pozos y alumbrarlas antes de que acaben diluyéndose en los océanos. Pero impidiendo, al mismo tiempo y esto es lo trascendental, que las primeras (freáticas) se "escapen" por el interior de la propia perforación. Vamos a dar la receta para hacer pozos profundos sin secar los pozos someros o las fuentes y manantiales de su entorno. Una receta que lleva mucho cemento, algo de arcilla (bentonita), tubería de acero empotrada contra los primeros metros del terreno y mucho respeto a la naturaleza.

Podemos y debemos aislar eficazmente ambos tipos de aguas subterráneas estratificadas y evitar así importantes daños medioambientales.    

Nos centramos en este artículo en los acuíferos detríticos multicapa. Aquellos conformados por alternancia de estratos de arcillas, arenas o grava de relleno de valles como, por ejemplo, el Guadalentín o las vegas del Segura. (En otra entrada posterior nos referiremos a los acuíferos kársticos -calizos y dolomíticos-). Pretendemos captar solamente los niveles de gravas profundos de estas llanuras, que contienen agua presurizada desconectada de cursos fluviales y entre los 40 y los 180 metros de profundidad.

SONDEOS PARA CAUDALES DE ENTRE 30 Y 200 LITROS POR SEGUNDO

Entubado del emboquille a PERCUSIÓN: Si tenemos previsto hacer un sondeo de hasta 300 metros de profundidad, es conveniente empezar la perforación con un primer pozo de unos 20-40 metros a percusión introduciendo, por golpeo, una tubería ciega (sin ranuras) de unos 700 mm. de diámetro al mismo tiempo que el trépano avanza.  La tubería queda empotrada contra los primeros niveles arcillosos perforados, evitando la circulación y mezcla de agua en vertical. También así el suelo queda perfectamente estabilizado para continuar con el resto de la perforación.

Emboquille de la perforación a percusión introduciendo a la vez tubería ciega (sin ranuras ni filtros) de revestimiento. 

Interior de la entubación del emboquille con el cable y al fondo el trépano.

Máquina de percusión perforando el emboquille y acopio de la tubería ciega. Beniel, Murcia, junto al río Segura.Sondeo de la CHS para aportar agua del acuífero confinado al río Segura en épocas de sequía.

Perforación del resto del sondeo a ROTACIÓN INVERSA: Este método es el más rápido en este tipo de terrenos, en apenas un par de días se llegan a perforar más de 200 metros. El lodo de perforación (generalmente las propias arcillas del terreno) cae por gravedad al interior del sondeo y luego se aspira y evacúa junto con el detrítus machacado en el fondo por el interior del tricono y del varillaje hasta la balsa de lodos. Esta circulación de lodos es inversa a la que se utiliza en las perforaciones de petroleo.

Perforación con rotación inversa de lodos. Orihuela, Alicante.

Apilamiento del varillaje retirado del sondeo para la testificación geofísica del mismo.En primer plano obsérvese como hay dos tipos de varillas. Las de abajo tienen doble cámara con orificios para introducir aire mediante un compresor por el interior del varillaje. La emulsión aire-lodo provoca una fuerte diferencia de presión con respecto al lodo del sondeo que está por fuera de este varillaje, en contacto con las paredes del sondeo. Este lodo de perforación entra bruscamente por el interior del varillaje y asciende desde el fondo (por dentro del tricono) y es evacuado del sondeo hasta llegar a la balsa de lodos.Este es en síntesis el fundamento de la perforación rotación inversa.  

TESTIFICACIÓN GEOFÍSICA: Llega el momento más delicado. Una vez finalizada la perforación, con el sondeo lleno de lodo recién "batido", hay que proceder a retirar todo el varillaje introducido en la perforación para, inmediatamente, hacer un reconocimiento vertical de la misma mediante sondas geofísicas. Esta "radiografía" (diagrafías se llaman) nos permite saber exactamente a que profundidad están los estratos de grava que queremos captar y que espesor tienen. Con esta información, diseñamos la entubación para que los filtros queden enfrentados solo a estos estratos con agua. Y en el tramo superior del sondeo, cuyas aguas no son el objetivo, colocaremos tubería sin ranuras ni filtros (tubería ciega) para evitar la mezcla de aguas freáticas y profundas.

ENTUBACIÓN TOTAL DEL SONDEO con tubería de chapa: Los diámetros máximos utilizados son los de 400 y 450 mm.(diámetro interior) con un espesor de chapa  no inferior a los 8 mm. Aumenta mucho el rendimiento de los sondeos cuando se entuban en 450 mm. En efecto, un sondeo así es capaz de extraer 200 litros por segundo con el nivel dinámico a escasos 30 metros y el primer filtro colocado a más de 60 metros de profundidad. El filtro recomendado es el de puentecillo, con paso de agua acorde con el empaque de gravas que vayamos a colocar en función de la granulometría de las  gravas del acuífero captado.

Colocación del tren de entubación en el sondeo soldando los diferentes tramos de tubería filtro-ciega cuya longitud de cada tramo se ha definido en el parte de entubación deducido de la testificación geofísica. Aquí vemos un  tramo de filtro de puentecillo (abajo) que se está soldando a otro mayor longitud de tubería ciega (arriba). La tubería que se está introduciendo en el sondeo está sujeta a la máquina con lazadas de cables (ver abajo). De esta manera no hay que hacer agujeros en la chapa de la tubería para sujetarla. Agujeros circulares (orejeras) por donde suele descolgarse aguas freáticas. Podemos ver también en el suelo sobresalir la tubería del emboquille, de diámetro mayor. 

Detalle del primer tramo de la entubación, el más profundo. La forma en punta con ranuras facilita su descenso por el interior del sondeo. A la izquierda se ven los tramos de tubería ciega y a la derecha los de filtro de puentecillo. 

Interior de un tramo de tubería de filtro de puentecillo de 400 mm. de diámetro 

FILTRO DE GRAVA SILÍCEA: Posteriormente, introduciremos por el espacio anular que ha quedado entre la perforación y esta tubería, y con ayuda de una cánula, grava silícea redondeada y homogénea con diámetro de grano generalmente 2- 4 ó 4-6 mm. y condicionado éste por la granulometría de los estratos acuíferos a los que los tramos de filtros de la tubería queden enfrentados. Rellenaremos con esta grava el anular perforación-tubería hasta cubrir todos los tramos de filtro que hayamos colocado y unas decenas de metros más por encima del ultimo filtro. 

Continuamos el rellenado del resto del anular del sondeo, primero con unos cuantos sacos de pellets de bentonita (arcilla que hará de aislante al humedecerse) hasta completar una altura de uno o dos metros. El resto se puede rellenar con grava de peor calidad hasta casi la superficie. La tubería ciega y la bentonita impedirán la mezcla de aguas freáticas con las aguas de los acuíferos profundos. Las primeras no podrán entrar en el sondeo: ni por dentro de la tubería ni por fuera (entre ésta y el terreno).

Desarrollo con AIRE COMPRIMIDO: Ahora procede sacar con urgencia el lodo del sondeo bombeando con aire comprimido. Para ello se utiliza el propio varillaje de la máquina de rotación inversa. El varillaje lleva una doble cámara con orificios que  permite introducir aire a presión en su interior. Este aire se mezcla con el lodo reduciendo su densidad muy por debajo del que queda por fuera del varillaje. Esta descompresión fuerza a salir el lodo que hay en el varillaje, y así, aspira todo el que hay en el interior del sondeo, permitiendo la entrada del agua del acuífero. Esta operación se realiza por tramos y debe prolongarse no menos de 24 horas.

AFORO CON GRUPO DE BOMBEO ELECTROSUMERGIDO: Antes de ensayar el sondeo con un caudal de bombeo importante, y para terminar de evacuar el resto de lodo que queda en la perforación, debemos hacer escalones con caudales crecientes alternados con periodos de parada. Se ha comprobado que después de una parada de bombeo de 10-15 minutos con el agua ya clara, cuando éste se reinicia, el agua vuelve a salir turbia antes de aclararse totalmente, el nivel dinámico ha ascendido considerablemente y con él se han reducido las perdidas de carga al limpiarse más los tramos de filtros por el efecto de pistón producido.

Primeras horas del aforo de un sondeo ya terminado. El agua va aclarando conforme se aumenta el caudal en ciclos de bombeo y parada.

Cuando el agua ya sale clara a diferentes caudales crecientes, podemos decir que ya está el sondeo preparado para hacer un ensayo de bombeo para determinar el caudal optimo de explotación. En la mayoría de los casos, en esta etapa inicial ya podemos tener una idea bastante aproximada de que nivel dinámico vamos a tener en función del caudal y el tiempo de bombeo por ciclo diario que precisemos. Esta información determinará el tipo y potencia del grupo motobomba que necesitamos introducir en el sondeo para extraer ese caudal. 

CEMENTADO del tramo final:  Las operaciones de bombeo habrán hecho que el macizo de grava se asiente un poco y se acomode en el interior del sondeo. Es el momento de rellenarlo con grava introduciéndola por la cánula que dejamos preparada y terminar por cementar el resto del espacio anular del sondeo hasta la boca.

Y ya está. Como se ve en la fotografía de abajo, tenemos (1º) una tubería de emboquille de unos 20-40 m. de longitud aprisionada contra el terreno, evitando así la circulación de agua freática. (2º) Además, más abajo, el anular de la perforación está cementado contra la tubería interior ciega (sin ranuras). Y (3º) ese anular tiene aislada la zona de filtros (al final del sondeo)  por una anillo de no menos de 1 metro de altura de arcillas expansivas impermeables (pellets de bentonita).

A modo de ejemplo, a continuación veremos el croquis de perforación y entubación de un sondeo del municipio de Murcia ejecutado de esta manera y su diagrafía eléctrica a su derecha. Se puede ver en la diagrafía dos picos de resistividad que corresponden con dos acuíferos distintos separados por casi un centenar de metros de arcillas. Pero, como se ve en el croquis de la izquierda,  solo se ha colocado filtro en uno, en el profundo (zona central rallada). 

Columna litológica  y diagrafía eléctrica de un sondeo de la CHS en Murcia, cerca de El Palmar. A la derecha en la diagrafía se ven dos picos de resistividad:: a 20-30 metros y a 130-160 m de profundidad. Corresponden a dos estratos acuíferos de gravas separados por casi 100 metros de arcillas impermeables. A la izquierda vemos en el croquis como el acuífero superior se ha aislado y en él no se ha colocado tubería filtrante. Los tramos de filtro están a partir de los 134 metros de profundidad. A partir de ahí, el agua confinada en el acuífero asciende por el interior de la tubería hasta muy cerca de la superficie. Este acuífero inferior (MANTO PROFUNDO DE LAS VEGAS MEDIA Y BAJA DEL SEGURA) tiene un contenido en nitratos por debajo de los 5 mg/litro. En cambio, las aguas freáticas de la zona superan en diez veces este valor.Fuente CHS

RECONOCIMIENTO CON CÁMARA DE VÍDEO:  Finalmente comprobaremos la situación exacta de los tramos de filtros que hemos colocado y la estanqueidad interior de la tubería ciega  mediante un reconocimiento videográfico donde nos detendremos en comprobar las soldaduras de los tramos de tubos.

PARA CAUDALES INFERIORES A 30 LITROS POR SEGUNDO se pueden perforar en estos terrenos sondeos de menor diámetro y más económicos mediante el sistema de rotopercusión directa o inversa. En este caso es fundamental acompañar la perforación con una tubería auxiliar ciega de diámetro similar al del martillo de perforación. La tubería se va empujando por la perforación a medida que avanza el martillo. Cuando se perfora el acuífero objetivo, esta tubería no se extrae, se levanta unos metros y se introduce otra por dentro con un  tramo final de filtro. Colocaremos también, si se puede, un empaque de gravas y procederemos a aislarlo como en el caso anterior. Esta tubería auxiliar, además de evitar el descuelgue lateral de las aguas freáticas, evita el indeseable lavado de finos junto con el agua de bombeo de los niveles limoso-arenosos más cercanos a la superficie.

Con esta forma de proceder en la ejecución de sondeos podemos aprovechar aguas subterráneas profundas confinadas (para la industria, para el regadío e incluso para el abastecimiento humano) preservando, al mismo tiempo, las subálveas y freáticas que se drenan naturalmente a fuentes, cauces fluviales y humedales.