JICA Proyecto Agua es Salud y Vida Fase 2 (ASVI 2) Elaboración Manual de Capacitación Yoshinori Fukushima Karen Sanjinés Jiménez Pablo Calizaya Gutiér

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2 JICA Proyecto Agua es Salud y Vida Fase 2 (ASVI 2) Elaboración Manual de Capacitación Yoshinori Fukushima Karen Sanjinés Jiménez Pablo Calizaya Gutiérrez Jorge Lizarazu Blondel Equipo de Apoyo Juan Carlos Illanes Martín Chino Diseño Yuri Fukushima Diagramación e Impresión Arteria Producciones Cel c. Boquerón 1512 San Pedro D.R. Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) diciembre 2009 Proyecto Agua es Salud y Vida Fase 2 (ASVI 2) C. Capitán Castrillo 434 entre Av. 20 de Octubre y Héroes del Acre Teléfonos: (591) int proasvi@gmail.com asvidepto@gmail.com La Paz, Bolivia

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4 CONTENIDO Pág. Introducción 1 Antecedentes 3 Capítulo 1 Origen de Las Aguas Subterráneas Aguas Subterráneas Capítulo 2 Equipo de Perforación Manual 11 ndice Capítulo Partes del Equipo de Perforación Manual Torre de Perforación Barras o Tallos de Perforación y Manivela de Rotación Broca de Perforación Rescatadores Bomba de Lodo Compresor de Aire Caja de Herramientas Capítulo 3 Técnica de Perforación Manual de Pozos Descripción General de la Técnica de Perforación Manual de Pozos Etapa Previa a la Perforación Manual del Pozo 21

5 Capítulo 5 Etapa de Perforación Manual del Pozo Montaje y Anclaje de la Torre 5.2. Instalación del sistema de inyección de lodos Instalación de la Bomba de lodos Instalación de la manguera para inyección del lodo Preparación del lodo 5.3. Distribución del Personal 5.4. Perforación La Percusión La Rotación 5.5. Etapas de la Perforación Capítulo 6 Etapa de Post-Perforación Limpieza Preliminar del Pozo 6.2. Retiro de los Tallos de Perforación 6.3. Limpieza Previa del Pozo 6.4. Entubado del Pozo Filtro 6.5. Limpieza del Pozo 6.6. Engravado del Pozo 6.7. Desarrollo del Pozo 6.8. Base del Pozo y protección sanitaria superior (sello sanitario), para casos deexplotación del acuífero superficial. Pág.

6 ndice Instalación de la base (sello sanitario). Para casos de explotación de acuíferos más profundos (mayor a 30 metros) Instalación de la base (sello sanitario Inferior) Capitulo 7 Implementación de bombas manuales Bomba manual de agua 7.2. Partes de una bomba manual tipo Ayni Cabezal Manija o agarrador en T Descarga Cilindro Conjunto Inferior de la bomba El cilindro o cuerpo Embolo o pistón Empaquetadura, válvula de retención en el pistón Válvula del cuerpo o cilindro 7.3.Implementación o montaje de la bomba del Agua 7.4. Operación de la Bomba manual tipo Ayni 7.5. Mantenimiento del pozo perforado y la Bomba manual tipo Ayni Mantenimiento preventivo Mantenimiento correctivo

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8 Introducción El presente manual esta dirigido principalmente a técnicos de los programas de saneamiento básico, facilitadores, supervisores, autoridades locales y personas beneficiadas con el proyecto AGUA ES SALUD Y VIDA (ASVI-JICA), en Perforación Manual de Pozos. La finalidad principal del PROYECTO "AGUA ES SALUD Y VIDA ASVI es la sostenibilidad de los sistemas de agua apta para consumo humano (a través de fuentes subterránea especialmente)con la perforación y posterior implementación de bombas manuales en aquellas poblaciones de escasos recursos, comunidades seminucleadas, por lo general dispersas y de difícil accesibilidad, lugares donde no cuentan con un sistema de agua potable ni pozos higiénicamente protegidos, donde según registros son las áreas más vulnerables a consumo de agua contaminada y nada seguro. Para la ejecución de este proyecto se requerirá la participación conjunta de la prefectura, municipio a intervenir y población beneficiada, a través de esta forma de trabajo conjunto es que la difusión de esta metodología (perforación e implementación de bombas manuales) puede ser compartida y utilizada para un bien común que es la dotación de agua segura y también para prevenir futuros problemas en operación y mantenimiento. En todo este proceso es indispensable que exista una apropiación de la metodología por parte de las comunidades beneficiadas ntroducción mediante capacitaciones ya que de esa forma serán ellos quienes valoraran el uso del agua y desarrollaran acciones destinadas a su cuidado, uso racional y preservación de las fuentes de agua.

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10 Antecedentes La Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA), dentro el apoyo que brinda a Bolivia en el Sector Agua y Saneamiento Básico desde 1998 trabaja con las prefecturas con el proyecto Desarrollo de Aguas Subterráneas (PRODASUB) y desde junio del 2005 con el Proyecto Agua es Salud y Vida (ASVI). Ambos proyectos tienen el objetivo de mejorar las condiciones de abastecimiento de agua en las comunidades del área rural de Bolivia. El proyecto ASVI como una alternativa e innovación tecnológica viene realizando la perforación manual de Pozos en poblaciones dispersas de los municipios del área rural donde no hay otra alternativa más que extraer aguas subterráneas, con la participación de los propios comunarios. Por tratarse de una tecnología sencilla, barata y empleo de material común tanto para la perforación como en la construcción de las bombas manuales empleadas para la extracción del agua, es que el beneficiario previo a una capacitación y trasferencia de tecnología en perforación manual es quien realizará el ntecedentes mantenimiento del pozo como la bomba manual.

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12 Origen de las aguas subterráneas Es importante conocer algunos aspectos generales sobre el origen de las aguas subterráneas y sobre los acuíferos. Antes de hablar sobre la perforación manual de pozos Aguas subterráneas El agua que cae a la superficie terrestre desde la atmósfera son precipitaciones, estas pueden ser de diversas formas: lluvia, nieve o granizo. Algunas precipitaciones se infiltran bajo la superficie terrestre y allí se almacenan y fluyen entre las rocas del subsuelo, estas son las llamadas aguas subterráneas. El agua que se filtra y encuentra rocas impermeables, forman grandes reservas naturales de agua llamadas acuíferos. Los acuíferos desempeñan un papel fundamental tanto como conductores de las aguas desde sus zona de recarga hasta lagos, ríos, manantiales, pantanos, captaciones construidas por el hombre y como almacenadores de estos recursos que posteriormente pueden ser aprovechados para satisfacer las necesidades de abastecimiento de sus usuarios.

13 Existen básicamente dos diferentes tipos de acuíferos: Acuíferos libres, son generalmente someros, donde el agua se encuentra rellenando poros y fisuras por acción de la gravedad. La superficie hasta donde llega el agua es denominada superficie freática y en los pozos es conocida como nivel freático. (Ver figuras). Acuíferos confinados, en estos acuíferos el agua se encuentra a presión entre capas impermeables, de modo que si se extrae agua no queda ningún poro vacío, sólo se disminuye la presión del agua que colabora con la sustentación de todos los materiales, pudiendo en casos extremos, llegar a producirse asentamientos del terreno. La superficie virtual que se formaría si se perforaran infinitos pozos en el acuífero confinado se denomina superficie piezométrica y dentro de un pozo es conocida como nivel piezométrico. Existen también otros acuíferos denominados semi-confinados cuando las capas que lo limitan son de muy poco espesor o semipermeables. Sección transversal esquemático ilustrando acuíferos confinados y no confinados acuíferos Fuente: JICA ASVI - Elaboración propia 2008 Los acuíferos son explotados a través de varios tipos de captaciones, entre las cuales las más comunes son: Pozos profundos, perforados a través de muchas técnicas y que generalmente requieren de grandes equipos de perforación.

14 Pozos someros, que son pozos poco profundos generalmente excavados a mano y algunas veces revestidos con anillas de HºAº, mampostería de piedra ó ladrillo. Bosquejo de la capa freática emperchada Tipos de acuíferos Fuente: ASVI 2 Manantiales, que son exposiciones naturales de las aguas subterráneas en superficie y que son aprovechados directamente, sin necesidad de grandes obras. La elección de alguna de estas formas de acceder a los acuíferos dependerá tanto de las características hidrogeológicas de la zona en particular, como de las necesidades de abastecimiento de agua y de las condiciones socioeconómicas de la región. Una de las grandes ventajas de las aguas subterráneas es que generalmente son de buena calidad para consumo humano por estar protegidas naturalmente por capas de suelos o rocas que tienen la capacidad para atenuar, retardar o retener algunos contaminantes, además de ser menos susceptibles que las aguas superficiales a cambios climáticos. Por otro lado, una vez contaminadas las aguas subterráneas como consecuencia de alguna actividad en la superficie (agrícola, industrial, disposición residuos y de efluentes, etc.) será casi imposible o demasiado costosa su recuperación. Por lo anterior cuando accedemos a estos recursos hídricos implícitamente nos debemos comprometer con su protección y conservación para garantizar su aprovechamiento futuro.

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16 2. Equipo de perforación manual 2.1. Partes del equipo de perforación manual Las partes de un equipo de perforación son las siguientes: Los cuatro soportes de la estructura del bípode - Torre de perforación. - Barras o tallos de perforación. - Brocas. - Rescatadores. - Bomba de lodo. - Compresor de aire. - Caja de herramientas. Cuerdas tensoras para la sujeción del bípode Estaca Roldana

17 Torre de perforación Las torres de perforación tienen la función de ser el armazón o sostén de todo el quipo de perforación y por lo tanto deberán ser construidas con materiales muy resistentes, pero que a la vez sean esbeltas y de fácil montaje y desmontaje, permitiendo ser transportadas hasta zonas dispersas del área rural y de difícil acceso. Sistema de acople Mediante pernos Sistema de palea Sistema de anclaje Las características principales de esta torre en forma de V invertida usadas por JICA son las siguientes: -Para uso en zonas de acceso de vehículos pequeños. - Ideal para perforaciones en terrenos areno arcillosos aunque no se descarta su uso en terrenos conglomerados. - Con el sistema de perforación, se puede alcanzar profundidades de hasta 50m. Las partes de la torre de perforación son las siguientes: - 4 Columnas rectangulares de 3 m (unidas de dos en dos mediante acoples). - 1 Sistema de acople de las dos columnas de 6m unidas mediante pernos. - 1 Sistema de polea que permite los movimientos de percusión, por parte de los perforadores. - 1 Sistema de anclaje en forma de cuña, para anclar la torre. - 4 Cuerdas tensoras. - 4 Estacas.

18 Barras o tallos de perforación y manivela de rotación Estas barras o tallos de perforación son de hierro galvanizado de gran resistencia a los impactos de la percusión y torsión. En el proceso además de los tallos de perforación, se requiere de una palanca (manija o agarrador) que facilita las labores de rotación Barras o tallos de perforación y manivela de rotación Las brocas son las herramientas que realizan el trabajo de rotura, disgregación, trituración de las rocas o materiales por donde va pasando la perforación. Estas herramientas deben cumplir con ciertas especificaciones técnicas y geométricas que le permitan trabajar con materiales de diferente consistencia, como arenas, arcilla, conglomerados y rocas duras. A continuación se muestran las brocas usadas en la perforación manual de pozos, las cuales pueden ser construidas muy fácilmente en un taller de soldadura, con materiales existentes en los mercados locales.

19 Figura 1 Tipos de broca Fuente: JICA ASVI - Villa Esperanza - Oruro Figura 2 Broca en tallo de perforación Fuente: JICA ASVI - San Antonio de Angulo Caracollo - Oruro Figura 3 Broca con puntas de tungsteno para terreno duro(pizarra). Fuente: JICA ASVI - Garaje JICA - Oruro Figura 4 Broca de seis puntas para terreno arcilla arenoso Fuente: JICA ASVI - La Paz

20 Rescatadores Estas herramientas son usadas para realizar el rescate de brocas o tallos de perforación que se pierden en el proceso de perforación ya sea por mal empleo de la técnica de rotación (en la cual se va aflojando las uniones ya sea en la broca o en la unión de los tallos) y por la rotura de los tallos de perforación ya sea en la unión de la broca o unión de tallos. A continuación se mostrará los dos tipos de rescatadores usados los cuales pueden ser construidas muy fácilmente en un taller de soldadura, con materiales existentes en los mercados locales. Este rescatador debe de ser colocado en el tallo de perforación el cual tendrá la longitud suficiente para alcanzar ya sea a la broca o tallo de perforación. Una vez alcanzado el objetivo mediante movimientos cuidados de arriba hacia abajo se pretenderá colocarlo encima del objeto a rescatar Una vez que se posiciona el rescatador sobre el objeto a rescatar se deberá dar unos golpes a la manivela del tallo de perforación para que este agarre firmemente el objeto a ser rescatado para su posterior extracción.

21 Este rescatador debe de ser colocado en el tallo de perforación el cual tendrá la longitud suficiente para alcanzar ya sea a la broca o tallo de perforación. Una vez alcanzado el objetivo mediante movimientos cuidados alrededor del objeto ha ser rescatado en sentido horario se pretenderá engancharlo debajo de la copla. Una vez hecho el enganche se realizara la extracción con mucho cuidado Bomba de lodo Esta bomba es un dispositivo mecánico que permite inyectar lodo o agua a medida que avanza la perforación, facilitando esta labor y evitando derrumbes de las paredes del pozo. La Bomba de lodo es instalada en uno de los extremos de la fosa de lodo y es accionada por un operador mediante presión de la manija. Bomba de lodo Fuente: JICA ASVI - Entrega de equipos de perforación Oruro

22 Las partes de una bomba de lodos se describen a continuación: Agarrador en T, tiene diámetro de ¾ y es la palanca que sirve al operario para realizar la presión en la bomba. La boquilla está conectada al agarrador, tiene su mismo diámetro y es el orificio de salida del lodo. El pistón está unido a la sección anterior y tiene una longitud de 0.6 m y un diámetro de ¾. La válvula se encuentra en la parte inferior del pistón y en su interior va alojada una bola de cristal (canica) de 20 mm de diámetro. El colector de lodo va sumergido en la fosa de lodo y es la parte de la bomba por donde es succionado el lodo. Este colector va unido al cuerpo de la bomba y está constituido por dos niples de 0.20 m con diámetro de 1 y otro de 0.30 m, los cuales van soldados en forma de T y están reforzados con una varilla, como puede observarse en la Figura. El niple más largo, es ranurado con segueta. Está constituida por tres partes principales, Cuerpo, Pistón y Colector de lodo, los cuales se describen a continuación: El cuerpo es la parte externa de la bomba, está formado por un tubo galvanizado de 0,55 m de largo y 2 de diámetro, sin vena interna.

23 El pistón va dentro del cuerpo y está conformado por tres partes, el agarrador en T-boquilla, pistón y válvula Compresor de aire Este compresor es un dispositivo mecánico que permite inyectar aire comprimido a través de una manguera de alta presión de 3/4 de goma (o en su caso de los tallos de perforación) colocando estos hasta el fondo del pozo entubado y que por presión del aire enviará todo el lodo y materiales en suspensión sobrantes de la circulación del lodo hasta la superficie. Compresor de Aire Fuente: JICA ASVI - La Paz Caja de herramientas Una serie de accesorios y herramientas que permiten facilitar el trabajo de perforación manual y de los cuales consta de: un juego de llaves, dos llaves stilson, un alicate, un llave cresen, un lima, un escofina, un esmeril, dos desarmadores, un combo, un malla milimétrica de 1m2, juego de brocas, una roldada, cinco cuerdas tensoras de 8m de longitud c/u, cuatro estacas, manguera para la bomba de lodo de 5m de longitud, prensa de plomería, un juego de tarraja, cepillo de acero y un contenedor de agua (turril), además de 2 pescadores y 2 ganchos elevadores, los cuales se muestra a continuación:

24 A Accesorios de la caja de herramientas Fuente: JICA ASVI - Garaje JICA - Oruro B 1. lima 2. escoma 3. desarmador con punta plana 4. alicate 5. tarraja 6. Combo Fuente: JICA ASVI - La Pazuro C 1. llave stilson 2. prensa de plomería 3. esmeril 4. juego de tarrajas Fuente: JICA ASVI - Villa Esperanza - Oruro D Contenedor de agua (turril) Fuente: JICA ASVI - Garaje JICA - Oruro

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26 3. Técnica de perforación manual de pozos 3.1. Descrición general de la técnica de perforación manualde pozos La perforación manual de pozos, se realiza mediante una técnica relativamente fácil, y económica. Combina los sistemas de rotación y percusión, donde el origen de la fuerza motriz es la fuerza humana de los perforadores. 1. Torre de perforación 2. Sistema de percusión 3. Sistema de rotación 4. Sistema de inyección de lodo Fuente: JICA ASVI - Villa Esperanza - Oruro El equipo de perforación esta integrado por una Torre de Perforación (bípode), un sistema de percusión y rotación (broca, tubería y manivela), y un sistema de inyección de lodo (fosas de lodo y bomba de lodo). En el departamento de La Paz se logro perforar hasta 50m de profundidad, y en el departamento de Oruro hasta 35m de profundidad aprox., en terrenos no consolidados y libres de material rocoso, con un rendimiento máximo de 14 m de perforación en 8 horas y con un grupo de trabajo compuesto por 10 operarios.

27 Las perforaciones generalmente se realizan hasta una profundidad que oscila entre 3 y 6 m después de hallado el nivel freático; bajo el cual se ubica la bomba encargada de llevar el agua a la superficie. Las brocas de perforación tienen diferentes diámetros que varían de 3 a 6 los cuales se usaran según el diámetro de la tubería seleccionada, para el entubado. Las bombas manuales instaladas en los pozos, tienen una capacidad de extracción de hasta 0.6 litros por golpe (presión de la manija). Sin embargo debe recordarse que los caudales a extraer de un acuífero no sólo dependen de la capacidad de las bombas, también de las condiciones hidrogeológicas de los acuíferos, la buena construcción y estado del pozo, la limpieza de los filtros, entre otros. En el proceso de elaboración del pozo existen una serie de etapas previas y posteriores a la perforación, los cuales se mencionan más detalladamente en los siguientes capítulos.

28 Etapa previa a la perforación manual 4. de pozos Esta es la primera etapa y la más importante, que consiste en la recopilación de datos in situ tanto de beneficiarios como de pozos existentes en la zona, ya sean profundos o excavados, esto consiste en visitar los sitios, recopilar la información disponible sobre cada uno de ellos, que incluya la profundidad, el diámetro, el tipo de terreno, el nivel estático, el equipo de bombeo utilizado y la calidad del agua. El análisis de esta información permitirá conocer las principales características hidrogeológicas de la zona para ver la viabilidad de la perforación. Inicialmente se debe seleccionar e inspeccionar el sitio apropiado para la perforación, para obtener información se recurrirá a los beneficiarios quienes son los mejores en conocer su zona, también se puede realizar una inspección de pozos existentes en el sector en el cual se podrá verificar objetivamente los tipos de estratos y nivel estático de los acuíferos que presenta la zona. Para de esa forma poder recomendar si es viable la perforación manual. Otra forma de seleccionar el lugar a perforar, será mediante las características de vegetación de la zona, por lo que solo se podrá realizar esta verificación in situ por lo tanto el análisis de esta información debe hacerse muy cuidadosamente.

29 Es ideal si se cuenta con el equipo necesario se podrá realizar un sondeo geofísico, el cual determinara mediante las características de los estratos del subsuelo e identificar los posibles acuíferos y su disposición en la superficie. En muchas ocasiones, debido al costo y accesibilidad de equipos geofísicos se hace difícil este estudio El sitio también debe estar alejado de las posibles fuentes de contaminación de las aguas subterráneas. Después de seleccionar el sitio con las mejores características hidrogeológicas, es muy importante conciliar con la comunidad o los beneficiarios, que además de estar de acuerdo en el sitio seleccionado, deben participar activamente en todo el proceso de perforación y comprometerse con todos los aspectos concernientes al control de la contaminación en el sitio y con el mantenimiento. Verificación de los estratos de suelo por medio de pozos someros Fuente: JICA ASVI - Alantañita Caravi - Machacamarca - Oruro Preparación y montaje de los equipos de perforación manual con todas las especificaciones técnicas (Torre de perforación, tallos de perforación, broca, y bomba de lodo). Toma de muestras verificando calidad de agua en pozo existente Fuente: JICA ASVI - Alantañita Caravi - Machacamarca - Oruro

30 5. Etapa de perforación manual del pozo Una vez construidos y montados los equipos de perforación, se proceden a su instalación en el sitio seleccionado y se inicia la etapa de perforación en el siguiente orden: Montaje y anclaje de la torre Instalación del sistema de inyección de lodos Distribución del personal 5.1. Montaje y anclaje de la torre En el sitio previamente seleccionado para la ubicación del pozo, se unen las partes en que fue dividida la torre. Se excavan dos pequeñas fosas para introducir las patas de las columnas (terminación en cuña), con una separación entre si, de cinco metros (5.00 m). Con la ayuda del personal a perforar se agarran de las cuerdas tensoras (cuatro extremos), previo al levantamiento de la torre. Se levanta la torre y se ancla en las fosas ya construidas.

31 Figura 1 Unión de las partes de la torre Fuente: JICA ASVI - Sara Chica - El Choro - Oruro Figura 2 Unión de las partes de la torre Fuente: JICA ASVI - Huancaroma - Eucaliptus - Oruro Figura 3 Montaje de torre de peforación Fuente: JICA ASVI - Sara Chica - El Choro - Oruro Figura 4 Montaje de torre de peforación Fuente: JICA ASVI - Alantañita Caravi - Machacamarca - Oruro Figura 5 Cuerdas tensores, perpendicular al eje de las patas de la torre Fuente: JICA ASVI - Pasto Grande - Caracollo - Oruro

32 Manivela Estando la torre elevada y anclada al terreno se procede a: Bomba de lodo Proceso de perforación manual del pozo Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Tallos de perforación de 1m. Broca Utilizar la tubería galvanizada o tallo de perforación de 1m, el cual se une por un extremo a la manija o agarrador por intermedio de una copla y por el otro extremo se une a la broca. Estas piezas montadas se aseguran por la manivela a la cuerda del sistema de polea, que se desprende de la torre. Esta cuerda debe ser lo suficientemente larga el cual permita maniobrar los tallos de perforación de cuatro metros 5.2. Instalación del sistema de inyección de lodos Sobre la circulación del lodo, a medida que avanza la perforación tiene como función además de traer a superficie todo el material excavado con la broca de perforación, evitar que las paredes del pozo se derrumben cuando se están perforando capas de arena. El sistema inyección de lodo consta de los siguientes elementos: Dos fosas excavadas en el terreno unidas por un canal. Bomba manual de lodo. Manguera para inyección de lodo.

33 fosa de lodo principal ubicación para la perforación de pozo fosa de lodo secundaria Las fosas de lodo están unidas por un canal excavado (con desnivel) que parte del sitio en donde se esta perforando, pasa por la fosa intermedia y termina en la fosa principal. Este canal tiene como función permitir la circulación del lodo que asciende por la perforación arrastrando los materiales gruesos excavados con la broca, llevándolos hasta la fosa intermedia para ser decantados y desde esta hasta la fosa principal, donde se inicia de nuevo el ciclo del lodo. Excavacion de dos fosas de lodo en el terreno Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Istalación de la bomba de lodos fosa de lodo secundaria Esta bomba de lodos se instala en un extremo de la fosa principal y se asegura a la superficie por medio de un soporte (pisadera) metálico movible acorde a la profundidad de la fosa principal. fosa de lodo principal canal con desnivel Excavacion de dos fosas de lodo en el terreno unidas por un canal Fuente: JICA ASVI - Sevaruyo - Santuario de Quillacas - Oruro

34 Instalación de la manguera para inyección del lodo La manguera se instala en el orificio de salida en un extremo de la manija de la bomba de lodo. Esta manguera se lleva hasta el sitio de la perforación y se ajusta a la manija del sistema de rotación. Instalación de la manguera a la manivela en el tallo de perforación Fuente: JICA ASVI - Culluri - Toledo - Oruro Preparación del lodo Para la perforación se debe contar con cincuenta kilogramos de bentonita (50 Kg.), los cuales se mezclan con agua para preparar el lodo o Fluido de Perforación. Una vez preparado el lodo se coloca en la fosa principal. Se debe tomar en cuenta, que cuando se está perforando en terrenos arcillosos plásticos, solo hace falta inyectar agua. Instalación de la manguera a la bomb de lodos en la fosa principal Fuente: JICA ASVI - Culluri - Toledo - Oruro

35 5.3. Distribución del personal Posteriormente viene la etapa de perforación en sí, que consiste en un proceso combinado de percusión y rotación basado en la fuerza de los perforadores y en la cual se distribuye al personal de la siguiente forma: De dos a cuatro operarios dependiendo de la profundidad de perforación, para jalar la soga que sujeta al tallo de perforación, el cual permite realizar el movimiento de percusión. A medida que se desciende en la perforación se requerirán más tallos de perforación, por lo cual se necesitarán más operarios para permitir elevarlos nuevamente. Proceso de percusión entre dos personas hasta una profundidad de 10 m. Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Un operario para realizar el movimiento de rotación durante la perforación. Un operario para accionar la bomba de inyección de lodo. El equipo de trabajo puede estar integrado hasta por 10 personas, que trabajarán en turnos en los sistemas de rotación y percusión. Proceso de percusión entre cuatro personas hasta una profundidad de 30 m. Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro

36 5.4. Perforación La perforación se realiza basada en dos movimientos principales, percusión y rotación manual de la broca y tallos de perforación. Para facilitar el trabajo de perforación se inyecta el lodo manualmente mediante la bomba de lodos La percusión Proceso de rotación. Fuente: JICA ASVI - Alantañita Caravi - Machacamarca - Oruro Es el procedimiento repetido de elevación y caída de la herramienta de perforación (broca y barras de perforación), como se describe a continuación: La rotación La elevación se realiza atando una cuerda a la manija de rotación, pasándola por la polea y atándola en el otro extremo a un tallo de perforación de un metro, que debe ser jalado por los operarios para elevar los tallos de perforación y broca. Proceso de rotación. Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca Una vez suspendidos los tallos de perforación y broca, se dejan caer libremente, el golpe brusco de la broca en el terreno, romperá y ablandará el material de los distintos estratos que tuviese el subsuelo.

37 Este es el procedimiento por el cual la broca gira arrancando el material rocoso u otro por abrasión del mismo. La rotación se realiza después de que el terreno ha sido impactado por la caída de la herramienta de perforación y consiste de dos movimientos principales, torsión y rotación en dos sentidos: Torsión: de la manija T de rotación (realizado por un operario): Este movimiento se realiza en el sentido de las manecillas del reloj (para evitar que se aflojen las barras de perforación), pero cuando la broca se atasque debe acompañarse de un pequeño giro de retroceso. Rotación en media luna: Se realiza para que el pozo se mantenga en su eje de gravedad es decir para que sea recto y no se desplace. Consiste en que el operario, haga movimientos en forma de media luna (180º), sobre el eje del tallo de perforación y simultáneamente con movimientos de torsión de la manija La rotación La perforación comienza utilizando la barra de 1 metro, la cual debe estar unida a la broca en un extremo, a la manija T de rotación en el otro y acoplada al sistema de elevación. La barra es levantada verticalmente 50 centímetros y se dejan caer bruscamente, ese sitio indica el punto exacto del pozo. Posteriormente se empieza la inyección del lodo y comienza la secuencia de perforación, repitiendo movimientos de percusión (elevación y caída libre de la tubería) y de rotación (1/4 de giro a la derecha).

38 Perforado un metro, se retira la barra o tallo de 1 metro y se coloca la de 2 metros, perforados los dos metros se adiciona una barra de 1 metro, perforados los tres metros se retiran las dos barras (de 1 y de 2 metros) y se coloca la barra de 4 metros. Este procedimiento se repite hasta alcanzar la profundidad deseada para el pozo. Para el cambio de las barras de perforación se adoptan los siguientes pasos: Retirando la manguera de lodo de la manivela. Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca Se debe retirar la manguera de lodo Se aseguran los tallos de perforación con una prensa de mordaza. Con las herramientas apropiadas (llaves Stilson) se retira el agarrador en T y finalmente las barras respectivas. Posteriormente para el montaje: Se coloca la nueva barra de perforación. Se ajusta la barra. Se coloca el agarrador en T. Toma de muestras en boca del pozo Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca Se coloca la manguera de lodo. Se retira la prensa y se continúa con la perforación.

39 Figura 1 Material extraido del lodo de perforación Fuente: JICA ASVI - Sara Chica - El Choro - Oruro Figura 2 En la toma de muestra, se aprecia el cambio de estrato según la profundidad Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca Figura 3 Toma de muestras según la litología del suelo Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca

40 llave stilson llave stilson Figura 4 Herramientas necesarias para el cambio del tallo de perforación Fuente: JICA ASVI - La Madona - Sucre - Chuquisaca prensa de plomería Figura 5 Sujeción del tallo de perforación con la prensa de plomería Fuente: JICA ASVI - Sara Chica - El Choro - Oruro

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42 6. Etapa de post-perforación Esta etapa consiste en la limpieza del pozo para extraer todo el lodo y materiales en suspensión sobrantes de la circulación del lodo y prepararlo para el entubado o encamisado Limpieza preliminar del pozo Terminada la perforación y con los tallos de perforación aún en el pozo, se procede a lavarlo con la ayuda de la bomba de lodo. Esta bomba es instalada en un recipiente con abundante agua limpia. El procedimiento consiste en bombear agua vigorosamente hasta que salga lo más clara posible Retiro de los tallos de perforación Una vez terminado este primer lavado del pozo, se procede a retirar los tallos de perforación de la siguiente manera. Inicialmente se asegura el primer tubo con una prensa de mordaza, para evitar su caída dentro del pozo. Se retira la manguera de inyección de lodo Se retira la manivela Se retira tallo por tallo desenroscándolos en las coplas con la ayuda del gancho elevador y prensas, hasta llegar a la broca.

43 6.3. Limpieza previa del pozo Esta limpieza realizará con el mismo tallo de perforación mediante la inyección de agua limpia, con el objeto de bajar la densidad del lodo y retirar los materiales existentes que se encuentran en el fondo del pozo, para permitir el ingreso de la grava seleccionada por caída libre hasta el fondo del pozo Entubado del pozo El entubado del pozo tiene como función proteger las paredes del mismo para evitar que se derrumben, además ser la conducción hidráulica que pone en contacto el acuífero con la superficie. El proceso de entubado se realiza en los siguientes pasos: Con la toma de muestra extraída por cada metro perforado, se realiza un perfil litológico del pozo en la cual se realizara un diseño de pozo, para colocar los filtros en los estratos de acuíferos. Esto se detalla en la Figura. Se ranuran en los tubos de PVC en la profundidad correspondiente a los estratos que hubiesen acuíferos, el espacio entre ranuras será de 1. Estos serán los filtros por donde ingresa el agua del acuífero al pozo. A cada tubo de campana se le coloca pegamento de PVC, y si estas no hubiesen, mediante transferencia de calor se hacen las campanas, con el propósito de poder ensamblar uno con otro y posteriormente pegarlos, se aseguran con 3 tornillos de encarne, previendo cualquier caída.

44 Después de esto, se procede a introducir en el pozo los tubos de PVC, poniendo sucesivamente los demás, hasta introducir la cantidad de tubos de acuerdo a la profundidad perforada y al diseño del pozo determinado. El último tubo debe sobresalir 0.50 m por encima de la boca del pozo o del nivel de la superficie Filtro El diámetro exterior de la tubería deberá dividirse en 6 partes iguales, de las cuales tres serán ranuradas en forma intercalada y con las direcciones opuestas. El espesor del rasurado por lo general es de 2mm, siendo este el espesor de la hoja de la sierra mecánica. Ranurado del filtro en tubo de PVC de 2". Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Detalle de Ranurado NOTA: No se utilizará ningún tipo de revestimiento exterior sobre el filtro Vista Frontal Desarrollo de Ranurado

45 6.5. Limpieza del pozo Con la limpieza del pozo se pretende retirar los residuos de lodo y de otros materiales acumulados en el fondo del pozo. Debe ser realizado después del entubado y antes de realizar el desarrollo del pozo. La limpieza del pozo se realiza de la siguiente forma: Se introduce una manguera dentro del pozo. Se sella el espacio entre la manguera y el encamisado con tiras de neumático para que el agua no se devuelva y pierda presión. Limpieza del pozo con motobomba. Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Se inyecta agua a presión con la bomba de lodo para limpiar el filtro Engravado del pozo Finalizado el entubado del pozo, el espacio entre las paredes de la perforación (diámetro externo), debe rellenarse con material adecuado (grava seleccionada de 2 a 5mm). Este material debe permitir el paso del agua por el filtro. Limpieza del pozo con bomba de lodo. Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro Este proceso se realiza de la siguiente forma: Relleno del pozo con material seleccionado. Fuente: JICA ASVI - Nueva Llallagua - Caracollo - Oruro

46 Se colocará la grava poco a poco para evitar que se cólmate y obstruya el ingreso de la misma hasta el fondo, y de esta forma no dejar espacios vacíos También se deberá seguir inyectando agua limpia en todo el proceso de engravado para evitar lo mencionado arriba Desarrollo del pozo Este procedimiento busca extraer todos los restos de lodo y detritus de perforación, estabilizar las formaciones arenosas y tratar de obtener el mejor rendimiento específico del pozo. a) El desarrollo del pozo se realiza de la siguiente forma (Caso de no contar con un compresor de aire): Inicialmente se debe tener un politubo, de 1½ ó de 1 ¼ con una longitud mayor a la del pozo perforado. En un extremo del politubo se debe tener una válvula de retención y en el otro un tapón. Posteriormente, el politubo se introduce hasta el fondo del pozo, colocando una marca el cual indica 1m antes de llegar a la profundidad del pozo. Durante 30 minutos o más, se introduce y retira la manguera con movimientos rápidos y bruscos sin sobrepasar la marca.

47 b) El desarrollo del pozo (Caso de contar con un compresor de aire): Cuando el diámetro de encamisado es mayor a 2, es conveniente introducir hasta una profundidad del entubado menos 1m. Luego se introduce la manguera de 3/4 de alta presión, hasta la profundidad antes del extremo de la tubería de PVC de 2. Se envía aire comprimido, si no tiene agua se adiciona agua limpia, con la cual el aire introducido se incorpora en el agua y la bota con presión hacia la superficie. Este proceso se lo realiza en forma continua hasta aclarar el agua. Introducción del politubo al fondo del pozo Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro 6.8. Base del pozo y protección sanitaria superior (sello sanitario), para casos de explotación del acuífero superficial. Para dar protección a la parte externa del pozo y soporte a la bomba de agua, se construye una base de concreto de 0.60mx0.60mx0.20m con una dosificación de 1:2:3, alrededor del pozo denominada Base o Sello Sanitario. También se recomienda realizar un sello sanitario inferior a una profundidad de 0.50m de la boca de pozo para evitar contaminación de aguas superficiales. Desarrollo del pozo Fuente: JICA ASVI - Sora Chico - El Choro - Oruro

48 Instalación de la base del pozo (sello sanitario) El procedimiento de instalación de la base de cemento es el siguiente: Se corta el tubo que sobresale del pozo, dejando 0.3 m sobre el nivel del suelo. Al mismo tiempo se deberá realizar el anclaje del cilindro o cuerpo del cabezal de la bomba tipo Ayni. En la cual se realizara el armado de la bomba manual. Dicho cuerpo o cilindro del cabezal de la bomba tipo ayni en el diámetro exterior, llevan soldadas 4 varillas de hierro de ¼ de diámetro y 0.15m de longitud. En el extremo superior debe llevar una tapa, la cual tiene una rosca interior de 1 ½ en donde se enrosca o sujeta el politubo de 1 ½ Este cilindro o cuerpo deberá ser colocado encima del tubo que sobresale de la boca del pozo. Finalmente se hace un piso rústico al alrededor de la base de concreto, lo que constituirá una protección superior del pozo. Este piso preferiblemente debe tener una ligera pendiente desde la base del pozo hacia el terreno alrededor.

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50 VISTA ISOMÉTRICA VISTA EN PLANTA VISTA LATERAL VISTA FRONTAL PLANILLA DE FIERROS POS. ESQUEMA DIST. cm mm CANT. LONGITUDES a b c Parcial Total 1 a a a a a TOTALES Kg/H Peso Kg Fuente: JICA ASVI - Elaboración propia Distribución de armadura Fuente: JICA ASVI - Elaboración propia

51 Para casos de explotación de acuíferos más profundos (mayor a 30 metros) Instalación de la base del pozo (sello sanitario) Además de realizar en forma posterior el sello superficial se debe realizar lo siguiente. Considerando que se han atravesado mediante la perforación más de 2 horizontes geológicas o sea más de 2 acuíferos potenciales, lo que se cuenta con un perfil litológico elaborado en base a las muestra geológicas de la perforación. El procedimiento de instalación del sello sanitario es el siguiente: Se tiene determinada la primera capa de arcilla, y es nuestra meta llegar hasta esta capa para poder impermeabilizar la capa superficial con las siguientes más profundad. En el proceso de empaque de grava seleccionada, se llega hasta la capa de arcilla menos profunda (normalmente está entre los 5 y 12m de profundidad), a esta profundidad se introduce bolitas de mortero de 15 a 20mm de diámetro (cemento y arena) semiseca preparada previamente, hasta un espesor de 20 a 30 cm. Por encima de esta se introduce grava común (entre 10 a 25mm de diámetro) hasta la superficie, la cual presiona a la bolitas de cemento, formando una anilla de cemento. Finalmente se introduce una lechada de cemento, esta llega hasta la profundidad del sector donde empieza la anilla de cemento (antes bolitas de cemento). Esto viene a asegurar la impermeabilización de la capa superficial a la siguiente más profunda. Con esto garantizamos la no contaminación de las aguas superficiales contaminadas a la no infiltración al pozo perforado.

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53 Implementación de 7. bombas manuales 7.1. Bomba manual de agua Bomba Tipo Ayni Fuente: JICA ASVI - San Antonio de Angulo - Caracollo - Oruro Por ultimo una vez terminado todo el proceso de perforación se procede a instalar la bomba manual de agua que permite la extracción del agua subterránea del acuífero. Estas bombas manuales tienen un diseño simple, constan de pocos componentes y son de fácil instalación. Se debe anotar que el caudal de agua producido por el pozo dependerá de las características hidrogeológicas del acuífero. La longitud de la bomba depende de la ubicación del nivel estático y de la profundidad del pozo, teniendo una longitud de 20 a 50cm menor que el entubado del pozo. Una forma sencilla de detectar el nivel estático para este fin, es introduciendo una manguera hasta el fondo del pozo entubado y observar la profundidad de la parte que aparece mojada. Como se muestra en la Figura, la bomba de agua está compuesta de dos partes principales, (1)el cabezal de bombas manuales y (2l cuerpo y conjunto inferior dentro del pozo, las bombas más comunes utilizadas por el proyecto ASVI son las siguientes: Bomba tipo yaku que se implementan en pozos excavados con profundidades no mayores de 12m y la bombas tipo Ayni para pozos perforados hasta una profundidad de 50m, la cual se detallará en adelante. Bomba Tipo Yaku Fuente: JICA ASVI - Llanquera - Huayllamarca - Oruro

54 7.2. Partes deuna bomba manual Tipo Ayni Cabezal El Cabezal es la parte externa de la bomba, tiene una longitud que puede variar entre 65 y 74cm y un peso aproximado de 8 Kg. Esta compuesto por la manija o agarrador en T, la descarga, y el cilindro o cuerpo, los cuales serán descritos a continuación: Manija o agarrador en T Es el agarrador externo, tiene una longitud de 42 a 44 centímetros y un diámetro de ¾, para bombear el agua el operador debe sujetar esta manija y realizar movimientos ascendentes y descendentes Descarga Es el orificio de salida del agua, se localiza en la parte inferior de la manija en T, tiene una longitud de 18 centímetros y un diámetro de ½ Cilindro O cuerpo es un tubo de 2 pulgada el cual es empotrado en el sello sanitario para dar estabilidad a la manija y descarga, también es el sostén del cuerpo de la bomba que es el politubo de 1 ½ Plg Conjunto inferior de la bomba Fuente: JICA ASVI - San Antonio de Angulo - Caracollo - Oruro Las bombas tipo Ayni son construidos con politubos flexibles, el conjunto inferior de la bomba es la parte que se encuentre en el interior del pozo.

55 Esta conformado por el cilindro o cuerpo, el embolo o pistón, la válvula de pie del pistón, la válvula de pie del cilindro y el filtro A continuación serán descritas cada una de las partes de la bomba de agua: El cilindro o cuerpo Es el politubo de 1½ plg. Que se encuentra sujetado en el cilindro o cuerpo del Cabezal mediante rosca, en su interior trabaja el embolo o pistón, y en la parte inferior posee un válvula de retención Embolo o pistón Es el politubo de ¾ Plg que en la parte superior va unido a la manivela o agarrador y la parte inferior esta compuesta por la empaquetadura y una válvula de retención Empaquetadura, válvula de retención en el pistón Copla de reducción de ¾ a ½ el cual sirve para unir el politubo de ¾ con los de mas accesorios. Empaquetadura de Goma es la que realiza el trabajo de succión del agua su diámetro interior es de ½ y el exterior de 1 ½ el cual es sujetado entre la copla reducción de ¾ a ½ y el niple de ½.

56 Finalmente en el extremo se tiene la válvula de retención de ½ el cual permite pasar el agua del cuerpo de la Bomba al pistón y ser expulsado por la parte de la descarga que viene unido al agarrador Válvula del cuerpo o cilindro Es la válvula de ¾ que se encuentra en el extremo inferior del cuerpo de la bomba, es una válvula que permite el paso del agua del pozo al cuerpo de la bomba en un solo sentido. Manivela Cabezal Sello sanitario Conjunto Inferior de la bomba Cilindro o cuerpo de la Bomba PVC de 2" Reducción campana de a Cilindro o cuerpo ext. = 1½" y int. = ½" Niple de ½" Válvula de retención de ½" Válvula de retención de Fuente: JICA ASVI - Elaboración propia

57 7.3. Implementación o montaje de la bomba del Agua Primeramente se debe de realizar la medición del poso hasta la parte superior del cilindro o cuerpo del cabezal Teniendo la profundidad del pozo hasta la parte superior del cilindro o cuerpo del cabezal se deberá realizar el corte del politubo de 1 ½ menor a esa medida tomada entre 30 a 40 cm. o sea: Long de Politubo de 1 ½ =Prof. del pozo hasta la parte sup. del cuerpo del Cabezal (30 a 40 cm.) Una vez cortado el politubo de 1 ½ se deberá realizar el atarrajado en uno de los extremos para unir al cilindro o cuerpo del cabezal mediante rosca para su sujeción, y en el otro extremo se deberá de colocar la válvula de retención de ¾ la cual será sujetada con el mismo politubo haciendo calentar este extremo en fuego hasta que este se completamente manejable se introduce la válvula e inmediatamente esta será ajustada o apretada mediante bandas de goma para de esta forma sujetarla. Terminada estas operaciones se deberá introducir el politubo al interior del pozo.

58 Luego de igual manera se deberá realizar el corte del politubo de siempre cuidando que el extremo inferior no choque con el extremo inferior del cuerpo de la bomba para lo cual se deberá realizar el corte 30 o 40 cm., menor a la profundidad que se mida. La parte superior se unirá a la manija o agarrador haciendo calentar el politubo. En la parte inferior se realizará el armado de la empaquetadura y válvula de retención como se explicó anteriormente. Terminado el armado esta se introduce dentro el cuerpo de la bomba (politubo de 1 ½ ) Finalmente se asegura la manivela o agarrador Operación de la bomba manual tipo Ayni Es la acción que permite mover el agarrador o manija de arriba para abajo y viceversa para que el agua sea impulsada a través del pistón y expulsada por agarrador Mantenimiento del pozo perforado y la bomba manual tipo ayni Se deberá realizar las siguientes acciones:

59 Mantenimiento preventivo Son las acciones que se realizan para evitar problemas en el funcionamiento del pozo perforado, las cuales se detallan a continuación: Limpieza mensual del pozo. Esta acción se realiza para eliminar impurezas o sarros que pudieran estar presentes en el pozo para mantener la calidad del agua limpia y segura para la salud. Limpieza mensual del pozo. Esta acción se realiza para eliminar impurezas o sarros que pudieran estar presentes en el pozo para mantener la calidad del agua limpia y segura para la salud. Limpieza alrededor del pozo. La limpieza diaria alrededor del pozo es para retirar o sacar las basuras y otros elementos contaminantes, también se deberá realizar un canal de desagüe el cual desembocará a un pozo de absorción con relleno de gravilla para que no exista agua estancada alrededor del pozo. También se deberán evitar charcos de agua en las cercanías del pozo para no contaminar el pozo.

60 Mantenimiento correctivo Son las acciones que se realizan para realizar cambios o reparaciones en las partes de la bomba instalada. Partes que requieren cambios en la bomba manual tipo Ayni En este tipo de bomba solo es posible realizar el cambio de las siguientes partes: Válvula de retención del pistón. Válvula de retención del cuerpo. Empaquetadura de goma. Aproximadamente después de un año, las empaquetaduras sufren un desgaste o desperfecto por diversas causas, por lo que es necesario cambiarlas anualmente por otras nuevas.

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