5. CONSTRUCCIONES EN EL SUBSUELO

5.1 Estudios básicos de ingeniería geotécnica y geológica

La finalidad de una obra subterránea hidráulica puede ser, la conducción de agua potable o aguas negras; alojamiento de maquinaria; almacenamiento de fluidos; extracción de fluidos (pozos), o bien, acceso a líneas de conducción subterráneas (lumbreras). Para su realización es necesario aportar la información necesaria para una mejor localización y la obtención de los datos de diseño relativos a la respuesta de la masa rocosa durante la construcción y en el periodo de operación de la obra.

Es indispensable realizar estudios geológicos detallados que permitan conocer la calidad y el estado del macizo rocoso donde se alojarán dichas obras, mediante sondeos con obtención de muestras, localizados sobre el eje de las obras y hasta la profundidad que ocupe la plantilla de las mismas, como mínimo.

Los estudios geológicos se consideran de primordial valor, ya que influyen en la localización, diseño y construcción.

Las finalidades que se deberán persiguen con los estudios geológicos son: la determinación del origen y condiciones prevalecientes de la roca, su dureza, estado de descomposición, su estructura y sus fallas; la recopilación de datos hidrológicos, de temperaturas y gases del suelo, así como las propiedades físicas, mecánicas y esfuerzos de la roca a lo largo del túnel y la determinación de las principales características geológicas que influirán en la presión de la roca.

Se deberán elaborar planos de secciones transversales y perfiles geológicos, que nos den una representación de lo más exacto posible de la geología del terreno que cruzará la obra.

Otro tipo de estudios que deberán efectuarse para el diseño y construcción de obras subterráneas, son los estudios de mecánica de suelos y rocas, principalmente en este tipo de obras, ya que aportan datos básicos para el diseño y construcción de las estructuras como lo es, el comportamiento estructural de los macizos rocosos.

En sí, las características que definirán estos estudios son: el módulo elástico de la roca, los esfuerzos en ella y los resultados obtenidos de pruebas de corte directo en rocas estratificadas.

Se elaborarán estudios topográficos que consistan en levantamientos para obtener la configuración del terreno y en la elaboración de planos de curvas de nivel, en los cuales se estudian las alternativas de la localización de las obras.

Definida la localización del eje de la obra, para trazarlo en el terreno habrá que utilizar topografía de precisión o geodesia, por ejemplo, para obtener los puntos de entrada y salida y los intermedios que se consideren importantes de un túnel, por medio de triangulación, a partir de una doble base cuidadosamente medida en los extremos del eje y referidas a la triangulación geodésica.

Dependiendo de la calidad de la roca en el macizo donde se alojen las obras subterráneas, se diseñará la protección de las superficies interiores que se requiera.

Las características geológicas y mecánicas de los macizos rocosos, que deben conocerse son las que se especifican en la tabla 5.1, acompañada de los métodos directos, semidirectos y geofísicos que se emplean para su determinación. 

5.2 Túneles

Dentro de las construcciones hidráulicas realizadas en el subsuelo, se clasifican los diferentes tipos de túneles, radicando dicha diferencia en el uso o destino de la obra; los túneles pueden formar parte de una obra de toma, en obras de desvío, obras de control y excedencias; en sistemas de abastecimiento de agua, ya sea en la captación o en la conducción; o bien, en obras de ingeniería sanitaria, como colectores, interceptores o emisores. 

5.2.1 Trazo de túneles

Cuando se requieren dos o más túneles, la separación entre ejes debe ser tal que las explosiones realizadas no alteren significativamente las condiciones de la pared de roca que queda entre éstos, por lo que la separación entre ejes será mayor o igual a 2.5 veces su diámetro.

Los portales de entrada y de salida deben quedar localizados en formaciones geológicas aceptables y topografía convenientes; se deberán proponer en la sección en donde el túnel tiene un techo de 2.5 veces el diámetro.

Para garantizar que el túnel tenga el espesor de revestimiento no menor que el especificado en el proyecto, se define al constructor, en el diseño, la “línea A”, paralela a la superficie interior terminada, a una distancia igual al espesor. Esta línea A no debe ser invadida por las paredes de la excavación. Cuando la sección del túnel se adema, el forro de madera coincide con la línea “A” y los marcos quedarán embebidos en el revestimiento, retirándose previamente los espaciadores que se habían colocado entre ellos. Otra línea, la “línea B”, paralela a la anterior a unos 15 cm o más, se especificará para marcar el perímetro de la sección que se considerará para pago de la excavación.

La sobrexcavación se define como la diferencia entre el mínimo permisible y las dimensiones reales del túnel. La cantidad de sobrexcavación determina en gran medida, la rugosidad del túnel y consecuentemente la resistencia al escurrimiento. Existen muchos factores de influencia en la cantidad de sobrexcavación, tales como el tipo y calidad de la roca, las técnicas de voladura o dinamitación, la dirección en que se perfora, relativa a los planos de echado, y otras.

Se deberán tomar toda clase de precauciones en lo que respecta a la disposición de los barrenos y uso de explosivos para lograr el mínimo resquebrajamiento del material fuera de las líneas de proyecto. Se deberá también ejecutar una cuidadosa operación de amacice para que todo el material suelto y resquebrajado que resulte por el uso de explosivos, sea retirado, tanto para lograr un comportamiento adecuado de la estructura, como por la necesidad de protección del personal dentro del túnel.

 Se proveerán los medios para lograr el drenaje de las excavaciones de manera de eliminar el agua en cualquier sitio del túnel en que se requiera, bien sea, por medio de zanjas que desalojen por gravedad las filtraciones hacia el exterior por cada frente, o bien por medio de bombeo y tuberías. 

5.2.2 Sistema de soporte

El sistema de ademe cualquiera que sea debe tener por objeto el de mantener estable la excavación, tanto en el proceso de construcción del túnel como posteriormente en su operación.

En el caso de que el túnel esté construido en roca sana de alta resistencia y trabajando a presión, no necesitará revestimientos reforzados, en este caso la roca podrá resistir esfuerzos producidos por la presión hidrostática y sólo se colocará revestimiento de concreto simple al fin de lograr una superficie interior lisa que mejore el funcionamiento hidráulico. En este caso, el acero de refuerzo se diseñará solo para tomar los esfuerzos debidos a los cambios de temperatura.

Cuando las condiciones de la roca que atravesará el túnel sean malas, será necesario prever un revestimiento, el cual deberá diseñarse para resistir tanto las cargas interiores como las exteriores al túnel; en el caso de las cargas hidrostáticas externas puede recurrirse al tratamiento por medio de inyecciones a presión de las fallas de la roca o también mediante lloraderos que se colocan a través del revestimiento.

A) Requisitos de un soporte

Deben ser compatibles con los métodos de construcción y tener la resistencia y flexibilidad adecuadas. Cuando el sistema de barrenación es el convencional, empleando explosivos, la colocación del ademe debe efectuarse después de rezagar. Así, el túnel puede quedar abierto sin ademe más de 2 horas; por lo tanto es necesario estimar el tiempo máximo que la roca puede permanecer sin soporte.

El procedimiento constructivo del túnel, deberá tener en cuenta que los revestimientos se hagan tan pronto se terminen las operaciones constructivas, con el fin de evitar posibles derrumbes y estabilizar más rápidamente la roca adyacente, evitando posibles caídos. La experiencia ha demostrado que puede revestirse la sección del túnel que se localiza a una distancia de 10 veces el diámetro del túnel a partir del frente de ataque. En masas rocosas de mala calidad puede ser necesario que el soporte sea de instalación fácil y rápida. Cuando el procedimiento de excavación es con túnel piloto es conveniente que los marcos estén constituidos por varios tramos para facilitar su manejo.

Aun la roca más fracturada tiene cierta resistencia de soporte debido al fenómeno de arqueo. El soporte debe diseñarse de modo que se obtenga la mayor ventaja de ésta resistencia. Por ello, el soporte debe ser simultáneamente tan flexible que permita a los bloques de roca, en las paredes de la excavación, un desplazamiento tal que induzca el arqueo y tan resistente que soporte toda la carga que la roca le transmita sin rebasar su límite de fluencia.

La función de un sistema de soporte es mantener el túnel abierto y estable. O sea, es deseable una flexibilidad que permita el desarrollo de la resistencia propia de la masa, pero es indeseable que la deformación continúe bajo una carga aproximadamente constante. 

B) Tipos de soporte

Existen diferentes formas para ademar un túnel, sin embargo, pueden agruparse en, ademes a base de marcos, anclas de diferentes tipos, o bien, la aplicación directa de concreto lanzado, para mantener sin caídos la excavación. 

- Marcos de acero

El sistema de ademe con marcos, podrá hacerse con madera o a base de secciones metálicas. En general para excavaciones pequeñas se utiliza la madera y para grandes excavaciones las placas o perfiles laminados.

El marco de dos piezas en herradura es el de más rápida colocación. Puede estar formado por más piezas si el túnel es de gran tamaño o por requerirlo así el procedimiento de excavación empleado. Los marcos de acero de éste tipo se fabrican con secciones I o H ya que facilitan la colocación de las estructuras auxiliares y la simetría de su sección, ventaja que no tiene el perfil de sección U que no resulta adecuado.

En masas rocosas relativamente competentes y siempre que las cargas puedan ser transmitidas al piso a través de muros laterales, se emplearán, a menos que se especifique otra cosa, el tipo de marcos constituidos por dos o más piezas en arco en la bóveda apoyadas en los muros laterales. Este tipo de soporte elimina tanto el uso de los postes como las pocetas para el asiento de los mismos. Este sistema de soporte no deberá aplicarse en roca fracturada ni de mala calidad. El apoyo de los muros laterales debe ser firme y uniforme. En túneles de paredes laterales muy altas se deberán reforzar los muros laterales con postes que pueden quedar más espaciados que los arcos de la bóveda.

En rocas de muy mala calidad, muy fracturadas o expansivas, los marcos circulares son los más apropiados por su habilidad de resistir cargas en cualquier dirección.

Cuando en marcos en herradura aparecen presiones laterales importantes, se hace necesaria la instalación de la tornapunta, para resistir éstas presiones y prevenir el bufamiento del piso. En ocasiones el marco en herradura se convierte en marco circular para contrarrestar presiones laterales importantes, pero la operación es difícil.

Para dar la separación adecuada y transmitir a los marcos las cargas correspondientes a los espacios comprendidos entre ellos, se deberán instalar estructuras de soporte en el sentido longitudinal llamadas rastras. Las estructuras secundarias que se instalan entre marcos, rastra y separadores, pueden ser de madera, plástico o acero y tendrán una o más de las siguientes funciones:

• Proteger contra desprendimientos pequeños.

• Recibir y transmitir las cargas a las estructuras principales.

• Proporcionar una superficie sobre la cual debe apoyarse el acuñamiento necesario sobre el terreno y los soportes.

• Uniformar las cargas sobre muros de revestimiento de ladrillo o concreto que de otro modo se transmitirían a través de las estructuras principales.

• Servir de molde exterior a los revestimientos de concreto, cuando éstos no se construyen directamente sobre la roca.

• Evitar que el agua deslave y penetre en el concreto.

• Proporcionar rigidez longitudinal al sistema de marcos

- Anclaje

Otro sistema de soporte es el uso de anclajes presforzados cuya función es el anclar las rocas cuando éstas estén fracturadas con el fin de evitar derrumbes en los portales y en el interior del túnel. El principio general de anclaje es hacer que las anclas formen parte de la estructura de autosoporte, aumentando la cohesión de la roca y permitiendo que los esfuerzos a los que están sometidos los absorba el ancla; las anclas deberán colocarse inmediatamente después de concluida la excavación.

Las anclas más usadas se clasifican en tres grupos: tipo de cuña y ranura; tipo de tornillo o de expansión; y tipo inyectado.

El anclaje usado para estabilizar y reforzar excavaciones realizadas en rocas estratificadas o esquistosas, deberán ocasionar los efectos siguientes:

• Forman una zona de compresión en la roca, alrededor de la excavación

• Producen un esfuerzo de compresión normal al anclaje por el efecto combinado de la acción de cuña y la tensión del ancla.

• Restringen las deformaciones hacia el interior de la excavación.

Los efectos anteriores originan en la vecindad de la superficie libre de las anclas, un diagrama que hace trabajar a el ancla como miembro estructural. 

- Concreto lanzado

Este tipo de ademe resulta eficaz por la ventaja de que el concreto lanzado además de actuar como revestimiento, es obligado a penetrar en las fracturas, grietas o irregularidades de la roca ligándola y sellándola.

Las funciones que deberá cubrir el concreto lanzado son las siguientes:

• Sellar la superficie rocosa, deteniendo el flujo de agua y evitando así el arrastre de partículas y tubificación del relleno de las discontinuidades; servir de unión entre los bloques al penetran en juntas y fisuras e impedir los desprendimientos que aparecen al resecarse la superficie expuesta

• Mantener la propia resistencia de la roca evitando movimientos superficiales y locales de los bloques pequeños, propiciando así una distribución de esfuerzos y arqueo a través de los mismos bloques detenidos por una capa delgada de concreto lanzado.

• Soportar bloques sueltos importantes proporcionando la fuerza resistente suficiente en la unión o traza superficial en las paredes de la obra de los planos que limitan el bloque que tiende a caer.

• Soportar las fuerzas de interacción terreno-soporte estabilizando los movimientos hacia el interior de la excavación funcionando como arco o anillo resistente.

El empleo de concreto lanzado independiente de otros sistemas de soporte, es insuficiente en la mayoría de las grandes obras subterráneas.

El uso combinado de concreto lanzado con otros sistemas de soporte, colocado cerca del frente en masas rocosas, que dan lugar a bloques sueltos, tienen la ventaja de reducir el aflojamiento de bloques desde un principio y dar como resultado que los marcos metálicos requeridos como soporte definitivo puedan ser más livianos. 

- Mezclado y aplicación

La calidad de una mezcla para concreto lanzado dependerá de la relación agua-cemento, del tamaño y graduación de los agregados, del tipo de cemento, de los aditivos y la aplicación adecuada.

Para realizar con éxito la preparación y aplicación de la mezcla se deberá cumplir con los siguientes factores:

• Granulometría adecuada en los agregados.

• La humedad de la mezcla antes de llegar a la boquilla debe estar entre el 2 y el 5%. Una humedad menor agravaría el problema del polvo y una humedad mayor taponaría las mangueras.

• Adecuado proporcionamiento agua-cemento. Esta operación será realizada en la boquilla por una persona muy bien entrenada.

• El ángulo de lanzamiento debe ser normal a la superficie tratada.

• La boquilla debe mantenerse de 1 a 1.2 m de la superficie tratada,.

• Las presiones del agua y del aire deben ser constantes y de 5 y 5.7 kg/cm² respectivamente.

• La alimentación del aditivo acelerante debe ser constante y fácil de ser variada en el momento que se requiera (si la superficie rocosa está húmeda, deberá ser mayor la cantidad necesaria de aditivos). 

- Mediciones de control

Se deberá aplicar alguno de los siguientes métodos de control del concreto lanzado.

Uno consiste en tomar muestras durante la aplicación y efectuar con ellas pruebas de compresión simple a diferentes tiempos, por ejemplo, 8 horas y 28 días.

Otro método de control del comportamiento del concreto lanzado es el de la instrumentación, que básicamente consiste en la instalación de extensómetros para detectar los movimientos del terreno, y de celdas extensométricas (strain

gages) y cuerdas vibrantes para la medición de movimientos y deformaciones en el revestimiento de concreto lanzado.

Como método de control, la instrumentación descrita ayuda a detectar con anticipación movimientos y deformaciones que si progresaran pondrían en peligro la estabilidad de la obra. Cuando se detecta en una zona instrumentada una tendencia en los movimientos y deformaciones, aunque de valores muy pequeños, deben efectuarse las lecturas con mayor frecuencia para determinar el empleo de soportes adicionales y verificar posteriormente el efecto de estas medidas correctivas.

Debe tenerse presente que el comportamiento del revestimiento de concreto lanzado es un indicador del comportamiento del macizo rocoso y que las tendencias peligrosas se detectan generalmente durante el avance del frente del túnel a una distancia igual a un diámetro de la sección instrumentadas, y también durante los eventos de construcción como el banqueo, la construcción de otras etapas en la misma sección o la excavación de obras en la cercanía de la sección instrumentada.

En vista de que las mediciones son muy pequeñas, deben instalarse y medirse instrumentos embebidos en paneles testigos para poder descartar el efecto de las contracciones químicas y térmicas del concreto lanzado. 

5.2.3 Ventilación

En la perforación de túneles, se tendrá que ventilar la zona de trabajo con el objeto de proporcionar aire fresco al trabajador en el frente de ataque, extraer el aire viciado por los gases y vapores producidos por los explosivos, y sacar el polvo producido por el taladro, las detonaciones, escombro y otras operaciones.

Esta ventilación puede ser natural o artificial. La ventilación natural se hace perforando un túnel de portal a portal, denominado “derivador”. Este tipo de ventilación es adecuado en túneles de área transversal suficientemente grande y de longitud corta. En la mayoría de los casos no es posible hacer esta ventilación debido a la variabilidad de los elementos determinantes, a la dirección del viento, a la frecuencia del tráfico, al tipo de sección transversal, temperatura y presión atmosférica; recurriendo entonces a la ventilación artificial.

La ventilación artificial generalmente se suministra por medio de uno o más abanicos impulsados por motores eléctricos, existiendo tres métodos para ello, que son, el de inyección, el de extracción y el combinado de los anteriores.

Para resolver el problema de ventilación en túneles, primeramente se determinará el volumen de aire requerido.

Este volumen varía de acuerdo con el número de trabajadores, con la frecuencia de las detonaciones de las cargas de explosivos, con el método para controlar el polvo y con la cantidad de máquinas que consumen aire comprimido, si las hay.

Otros factores que intervienen para el cálculo son, la cantidad de explosivos usados, la temperatura, la humedad y el tamaño y longitud del túnel Por cada hombre debe suministrarse de 5 a 15 m³/min de aire renovado, mientras que 1 kg de explosivo necesita 300 m³ de aire.

El aire se considerará puro si contiene más del 19% de oxígeno por volumen; menos que el 1% de bióxido de carbono por volumen; menos del 0.02% de monóxido de carbono por volumen; menos del 0.005% de sulfuro de hidrógeno por volumen y menos del 0.002% de óxido de nitrógeno o de cualquier otro gas.

El aire comprimido suministrado a los taladros, no debe incluirse en el cálculo ya que este aire esta contaminado por la humedad, el aceite y el polvo, y por lo tanto es más perjudicial que benéfico que el que se suministra para el consumo del hombre.

Por otra parte la velocidad a la que se inyecte el flujo de aire, generalmente se admite de 6 m/s. pero por regla general se toma de 4m/s. 

5.2.4 Control de polvos

Durante la construcción de túneles, se origina polvo por las operaciones como taladrado, dinamitado y escombrado.

Se deberán tomar las medidas establecidas para eliminar este polvo, ya que constituye un grave peligro para la salud de los operarios. El peligro aumenta cuando se esta perforando roca que tenga alto contenido de sílice, ya que una prolongada exposición de este polvo ocasiona una enfermedad de los pulmones llamada silicosis. Debido a ello se han emitido leyes que limitan la concentración de partículas de polvo de sílice en el interior de un túnel.

Para controlar la cantidad de polvo, se emplean varios métodos, como son:

• El uso de agua en el aire para extraer los detritos de los barrenos

• El empleo de un capuchón al vacío, que se ajusta alrededor del taladro y pegado a la pared de la roca para recibir el polvo que sale del agujero durante la operación del taladrado.

• El empleo del método de ventilación de extracción después de cada tronada para lograr una ventilación completa en el frente de trabajo.

• Mantener húmedos los escombros durante la operación de escombrado. 

5.3 Pozos para captación de agua

Dentro de los campos de la hidrología y de la ingeniería, el pozo es una obra que reviste gran importancia práctica, ya sea como exploración directa o como captación de agua subterránea. 

5.3.1 Exploración hidrogeológica

La hidrogeología y sus técnicas, orientada a la exploración y caracterización de acuíferos, dependen de los objetivos de la exploración y de las características y complejidad del marco hidrogeológico. La exploración hidrogeológica encaminada a localizar, evaluar o desarrollar el recurso hidráulico a escala regional o en zonas de hidrogeología compleja, requiere de una investigación detallada del marco geológico superficial y subterráneo, mediante la aplicación combinada de técnicas de exploración del subsuelo.

Para la localización y caracterización de los acuíferos en la zona de interés, se deberán consultar los mapas y fotografías aéreas disponibles. Los mapas de mayor utilidad para tal fin, son los geológicos, los hidrogeológicos y los topográficos.

La información representada en los mapas, deberá verificarse mediante reconocimientos de campo de la zona investigada, para programar la exploración geofísica y, en su caso, las perforaciones exploratorias, obteniéndose elementos confiables para fijar el emplazamiento de pozos de bombeo.

La localización de los pozos exploratorios se fijará dependiendo de los datos específicos que se requieran para conocer el marco hidrogeológico subterráneo. Dichos datos a definir son: la secuencia estratigráfica; la ubicación, litología, dimensiones y características hidráulicas, la posición del nivel freático y la distribución vertical de la carga hidráulica; las características físico-químicas del agua y su distribución espacial; y la conexión del acuífero con algún curso o cuerpo de agua superficial.

No es posible garantizar a priori el éxito de una captación en un sitio dado, aún cuando se disponga de dichos estudios previos. Por ello, se empleará la práctica que consiste en perforar el agujero exploratorio para obtener los registros indicados y con base en ellos diseñar la terminación del pozo.

También se deberán aprovechar los pozos de bombeo existentes, que constituyen importantes fuentes de información hidrogeológica, ya que aportan datos respecto a las características hidráulicas, niveles y calidad del agua de los acuíferos. Por ello el censo de captaciones subterráneas debe ser una de las actividades obligadas en los reconocimientos exploratorios.

A medida de que el grado de dificultad para encontrar agua subterránea aumenta, es indispensable el uso de métodos indirectos de exploración que permitan detectar la presencia de agua desde la superficie; razón por la cual se deberán emplear los métodos indirectos de exploración geofísica.

Se podrá emplear cualquiera de los siguientes métodos geofísicos, que tienen en común el estudio de las características de los materiales del subsuelo; los métodos geoeléctricos, que utilizan las propiedades electromagnéticas, los métodos sísmicos, que estudian la propagación de las ondas elásticas; los métodos magnéticos, que aprovecha las propiedades magnéticas de las rocas; o los métodos gravimétricos que cuantifican las diferencias en la atracción de la gravedad de los materiales del subsuelo. 

5.3.2 Métodos de perforación

Muchos son los métodos de perforación que se han desarrollado, principalmente como respuesta a la amplia variedad de condiciones geológicas en que se emplean (desde rocas duras hasta materiales no consolidados), de tal forma que un método será más conveniente utilizar que los demás, dado que sus resultados, tanto técnicos como económicos, son buenos, sin embargo esto no implica que el mismo método sea el mejor, ni el más eficiente para cualquier otra condición, tanto geológica como práctica, es decir, no existe un método 100% eficiente, utilizable bajo cualquier condición natural, ya que éste varia dependiendo de la profundidad por perforar, el diámetro que se pretenda lograr, el tipo de formación, los requerimientos sanitarios y el uso del pozo.

Para construir los pozos destinados a la captación del agua, se utilizan 2 sistemas básicos de perforación: el de percusión y el rotatorio. Han surgido varios métodos, que conservando los principios básicos de uno o ambos sistemas, han desarrollado una nueva técnica y manifiestan una mayor versatilidad, de tal forma que se tienen los siguientes: rotatorio de circulación inversa, neumático y vibropercusión entre otros.

Los métodos con sistema de percusión que podrán utilizarse son: Pozos punta; Percusión-chorro; o Perforación por percusión con cable y herramienta; mientras que entre los métodos con sistema de rotación, se tienen: Barrenos manuales; Perforación con barrena-taladro sólida;

Perforación con barrena-taladro hueca; Perforación con rotación y aire; Perforación rotatoria con circulación directa; o Perforación con doble tubería y circulación inversa.

Para determinar el método más apropiado en un sitio específico, se evaluará conforme a los siguientes criterios:

• Versatilidad del método de perforación.

• Capacidad o confiabilidad del muestreo.

• Costo relativo.

• Disponibilidad del equipo.

• Capacidad del método para preservar las condiciones naturales.

• Capacidad para la terminación del pozo diseñado.

• Facilidad relativa para la terminación y desarrollo del pozo.

Será necesario el uso de fluidos de perforación, dependiendo de las condiciones físicas y químicas que se encuentren en la perforación, entre sus funciones principales se encuentran el remover las esquirlas del fondo del pozo; proteger y estabilizar las paredes del pozo; enfriar y limpiar la barrena de perforación; sellar las paredes del pozo; mantener los cortes y fragmentos de la formación en suspensión; y facilitar la obtención de información del subsuelo. Dichas funciones se cumplen gracias a la diversidad de aditivos que pueden proporcionar propiedades especiales a los fluidos de perforación. 

5.3.3 Exploración de pozos

Debido a la heterogeneidad del subsuelo, aun cuando se disponga de estudios previos, de exploraciones indirectas o de datos acerca de pozos circunvecinos, las condiciones hidrogeológicas existentes en un sitio sólo se pueden conocerse con detalle a través de una exploración directa. Por ello, cualquiera que sea su objetivo, todo pozo deberá tener en principio un carácter exploratorio.

Por medio de las exploraciones directas o pozos, se obtendrán datos hidrogeológicos un sitio dado: estratigrafía y litología, localización y características de acuíferos, niveles y calidad del agua subterránea, etc. Los objetivos de la exploración son muy variados: prospección o evaluación geohidrológica, captación de agua subterránea, estudio de la inyección de contaminantes y de la contaminación de un acuífero.

La práctica consiste en iniciar la perforación con diámetro pequeño, de 20 cm a 30 cm, para recabar información acerca de las condiciones hidrogeológicas locales a través de registros y pruebas de pozo: pruebas de penetración, cortes litológicos y registros geofísicos (en el interior del pozo), control de lodos como densidad, conductividad eléctrica, pérdidas, niveles y pruebas de productividad.

Todos los registros anteriores se complementarán entre sí, por lo que deben ser interpretados conjuntamente. 

5.3.4 Ademes 

A) Diámetro del ademe

Determinar el diámetro apropiado es de suma importancia, ya que esto tiene repercusiones en el costo de la estructura del pozo y en el uso del equipo de perforación.

Para elegir correctamente el diámetro del ademe, se deben satisfacer dos necesidades principales:

• Que exista un espacio suficiente para el alojamiento de la bomba, además de un espacio libre que permita su instalación y mantenimiento.

• El diámetro del ademe debe presentar un espacio libre que garantice la buena eficiencia hidráulica del aprovechamiento en operación.

El diámetro del ademe se determina de acuerdo al tamaño de la bomba por utilizar, que estará en función del gasto y la potencia requerida. De forma general, se recomienda que el diámetro del ademe sea 5 cm mayor que el diámetro nominal de la bomba requerida y en casos extremos cuando menos 2.5 cm. 

B) Tipos de materiales de ademes

En la construcción de ademes para pozos de agua, se emplearán materiales, que cumplan con ciertas características, por ejemplo, que sean de naturaleza tubular y los suficientemente rígidos para soportar los esfuerzos ejercidos durante su instalación y aquellos que se manifiestan posteriores a ésta.

También se tomarán en cuenta otras características como, el tipo de perforación del pozo y el método de instalación, el costo y la disponibilidad.

Existe una gran variedad y diversidad en los materiales empleados en la fabricación de ademes, los cuales se dividen en tres categorías: fluoropolímeros, metálicos y materiales termoplásticos. 

5.3.5-Filtros

Mediante la correcta elección, diseño e instalación de filtros de grava en la zona que rodea inmediatamente el tubo de ademe, se obtiene una mayor permeabilidad y una mejor eficiencia hidráulica del pozo, así como una buena estabilización de los materiales del acuífero.

Los aspectos fundamentales que se deben considerar para el diseño de filtros artificiales, son los siguientes:

• Tamaño del grano del filtro.

• Espesor del filtro.

• Tipo de material del filtro.

• Longitud total de la sección ranurada.

• Tamaño de apertura de la ranura. 

5.3.6-Protección sanitaria

Para aquellos aprovechamientos hidráulicos diseñados para abastecer agua potable, se deberán utilizar aditamentos conocidos como protecciones sanitarias, empleados con el fin primordial de asegurar la obtención de agua de buena calidad, libre de contaminantes y segura para el consumo humano.

De acuerdo con la estructura y diseño de pozos, se presentan dos áreas que son más factibles a la contaminación y que corresponden a las zonas: Terminal superior del pozo y el espacio anular entre las paredes del acuífero y el tubo de ademe.

Para obtener un terminado de pozo, tal que impida la filtración de contaminantes al interior del pozo, se realizarán las siguientes actividades:

• El entubamiento del pozo debe sobrepasar por lo menos 60cm del nivel de la superficie del terreno.

• La implantación sobre la superficie de una placa de concreto de por lo menos 10cm de espesor por 60cm de largo y ancho, con una ligera inclinación hacia sus bordes para drenar las posibles fugas del pozo.

• Colocar un canal de drenaje alrededor de la placa de concreto, su descarga se extenderá a cierta distancia del pozo.

• Implantar un sello en la parte superior para evitar en lo posible la entrada de contaminantes al interior del pozo.