PERCUSION A CABLE: DESCRIPCION DEL SISTEMA

I- INTRODUCCION:

La rotura de las rocas mediante impacto con una herramienta dura y pesada fue el primer procedimiento que utilizo el hombre cuando se enfrento a la tarea de dominarlas para extraer sus recursos o construir sus propias viviendas.

El procedimiento de perforación mediante percusión es el más antiguo de todos y por lo tanto en todas las reuniones y publicaciones sobre perforación se hace una referencia histórica sobre el mismo y se vaticina su inmediata desaparición por su obsolescencia. Sin embargo a pesar de la sencillez del procedimiento, se han incorporado y se siguen incorporando, las innovaciones que permiten los avances en la calidad de los materiales y de los sistemas mecánicos, innovaciones que le hacen ser un sistema de perforacion en continuo desarrollo y con posibilidades de mejora.

Figura nº 1: Perforadora Walker Neer S 33 del I.N.C.

Por otra podríamos decir que una parte muy importante de los sondeos que para la captación de aguas subterráneas se han realizado y se realizan en España se han construido y se siguen construyendo mediante este tipo de perforadoras, lo que demuestra la actualidad del sistema y su adaptación a las situaciones económicas, geográficas y geológicas de nuestro país. En la imagen de la derecha se puede ver una perforadora del modelo Walker Neer S 33 del antiguo Parque de Maquinaria del Instituto Nacional de Colonización (I.N.C.). Con este tipo de maquinaria se iniciaron los trabajos de transformación en regadío de extensas zonas de secano de este país.

El sistema de percusión a cable se basa en la fracturación de las rocas que se quieren perforar mediante la caída libre de una herramienta pesada (trépano) y la extracción del detritus resultante por medio de válvulas o cucharas de distintos diseños. Para la estabilización de las paredes del pozo, cuando el material no es coherente, se utilizan sucesivos revestimientos (entubaciones). 

De esta forma resuelve el método de percusión los tres aspectos principales de un sondeo que son los siguientes:

1.- Destrucción de la formación rocosa.

2.- Extracción del detritus.

3.- Estabilidad de la obra realizada.

Figura nº 2: Percusión pura

El antecedente más sencillo y remoto de este método es por tanto el pico y la pala. En China hay referencias históricas, de hace más de 4.000 años, de haber superado con este método profundidades superiores a los 200 metros, para ello se utilizaba un balancín contrapesado que se accionaba añadiendo a su extremo el peso de varios hombres y utilizando cañas de bambú como varillaje. 

En la imagen de la derecha se puede ver este método utilizado aun en la actualidad en regiones subdesarrolladas donde varios hombres accionan el cable de la percusión.

Aquí en España en pozo más antiguo tiene una edad parecida al de los chinos, es de la Edad del Bronce  (2200-1300 a.C.) y servía de abastecimiento a la fortaleza de la Motilla de Azuer (Damiel; Ciudad Real). Como se puede ver en la siguiente imagen este pozo estaba situado dentro de un recinto fortificado y captaba el acuífero del aluvial del Río Azuer.

Figura nº 3: Vista aerea de la fortaleza con su pozo inundado.

A lo largo de la Historia el método de percusión para la captación de aguas subterráneas fue perfeccionándose hasta conseguir las sondas modernas construidas en acero y con la fuerza proporcionada por motores de combustión interna.

La sonda de percusión moderna es, por lo tanto, un conjunto de mecanismos que distribuyendo la fuerza de su grupo motriz consigue los siguientes movimientos principales:

1. -    Ciclo de elevación y caída libre de la sarta de perforación cuya composición veremos mas adelante.
2. -        Elevación y descensos continuos de esta misma sarta de herramientas.
3. -        Elevación y descenso de la válvula o cuchara que extrae los detritus.
4. -      Elevación y descenso del gancho de grúa con objeto de manejar las tuberías de revestimiento y otras maniobras auxiliares.

El procedimiento que vamos a describir es aquel en el que la sarta de herramientas se maneja mediante un cable de acero, llamado también Método o Sistema Pensilvaniense cuyo esquema se puede ver la siguiente figura:

Figura nº 4: Esquema de una maquina de percusión a cable

Se conoce una variante del método de percusión llamado Sistema o Método Canadiense en el que la herramienta se acciona mediante varillas roscadas, macizas o huecas, este sistema, que tuvo aplicación cuando no estaba resuelta la técnica de fabricación de los cables de acero actuales, esta en completo desuso. En la siguiente figura se puede ver un conjunto de herramientas utilizadas en este método:

Figura nº 5: Herramientas antiguas (trepano, desabollador y varillajes).

Una de las causas del abandono del método canadiense era la necesidad tener que maniobrar y desenroscar todas las varillas para cada operación de limpieza el pozo con la consiguiente perdida de tiempo que ello acarrea. Los antiguos sondistas saben de esto pues hace muchos años se llego ha utilizar este tipo de varillaje para realizar complejas maniobras de “pesca” o rescate de herramientas desprendidas.

Sin embargo una de las técnicas empleadas en el Método Canadiense para evitar la engorrosa y tediosa maniobra de extracción del varillaje para cada limpieza, fue la utilización de la inyección de agua a presión por dentro de las varillas huecas con el objetivo de hacer subir el detritus hasta la boca del sondeo por flotación, lo que fue un claro precedente de las modernas técnicas de perforación con inyección de lodos.

II- PROCESO DE PERFORACION.

Analizaremos a continuación el proceso de perforación en sus diferentes fases con el objeto de exponer mas adelante las maquinas y los diferentes mecanismos que hacen posibles estos trabajos.

1º.- PERCUSIÓN.

La energía necesaria para producir la fracturación de la formación rocosa a perforar se consigue mediante la elevación y posterior caída libre de la herramienta, aprovechando la masa de la herramienta y su velocidad en el momento del impacto.

Solo una pequeña parte de esta energía se consume especificadamente en el trabajo de fracturar y penetrar en la roca. La mayor parte de la energía se consume en:

1.- Deformación elástica de la herramienta, los cables y la propia formación rocosa a    perforar. 

2.-  Fricción de la herramienta con las paredes del sondeo.

3.- Penetración en el lodo producido durante la perforación.

4.- Trituración del detritus anteriormente arrancado.

5.- Otros.  

-      

El correcto diseño de las herramientas y el eficaz manejo de la máquina y obra por parte del sondista deben conseguir que la pérdida de energía en estos capítulos sea la mínima, consiguiendo por tanto el máximo avance que permita la naturaleza de la formación geológica que se este perforando.

El cable que soporta el peso de la herramienta pasa por una polea situada en el extremo superior de la torre y desciende hasta la polea del balancín. Este balancín al ser arrastrado por la biela, estando el otro extremo del cable firme, produce el moviendo de subida y bajada del trépano (ver esquema de la figura nº 4).

El movimiento alternativo de la percusión se consigue mediante un mecanismo de biela y manivela (ver figura nº 9). El desplazamiento de un punto del cable situado próximo al balancín y después de la polea de la torre es un movimiento alternativo, asimilable a una sinuoide, con las correspondientes correcciones debidas a holguras, deslizamientos de embragues y longitud finita de la biela. Se puede suponer que el trepano sigue un movimiento idéntico al del punto del cable que acabamos de señalar.

Sin embargo hay una diferencia muy importante para el proceso de perforación que depende de la longitud del cable entre ambos puntos y de la elasticidad del mismo. Esta circunstancia provoca que la amplitud del movimiento del trépano sea ligeramente superior al recorrido del balancín y que la sinuoide de su movimiento sea menos homogénea y desfasada, tanto más cuanto más se aleje la polea del punto considerado, es decir al aumentar la longitud del cable como consecuencia de la mayor profundidad del sondeo.

En efecto, si suponemos el trépano justamente apoyado en el fondo del sondeo al iniciar el balancín el tiro el trépano permanecerá en reposo hasta que la tensión del cable lo ponga en movimiento, lo que no sucederá hasta que sea adsorbida su deformación elástica. Una vez que el trépano empiece a ascender acompañando al cable en su movimiento irá aumentando su velocidad mientras desaparece la tensión del cable.

Siguiendo su ciclo, en un cierto momento, el balancín comenzará a hacer  descender el cable aunque el trépano, debido a su energía cinética, seguirá ascendiendo hasta anular la tensión del cable. En este momento el cable alcanzará el mínimo de tensión y el trepano comenzara a descender alcanzando al movimiento del cable. Por tanto la altura de caída del trépano es ligeramente superior a la correspondiente a la amplitud del movimiento del balancín que se habrá fijado de antemano en la manivela.

 Curvas descritas por el balancen y el trepano

Este movimiento de percusión es complejo porque en el mismo también influyen la viscosidad del lodo, la forma de la herramienta, el rozamiento de las paredes, etc…  Pero fundamentalmente está regulado por los siguientes factores:

1-    Amplitud del movimiento del balancín.

2-    Su velocidad (numero de golpes por minuto).

3-    La elasticidad del cable (absoluta según su longitud desarrollada).

4-    Peso y forma de la herramienta.

El movimiento que hemos descrito se produce en un espacio de tiempo muy corto y al destruir en cada golpe una determinada parte de la formación rocosa que se perfora, habrá que ir aumentado paulatinamente la longitud del cable para lograr que la herramienta siga golpeando en el frente de avance.  Pero si la longitud del cable que se da a la herramienta es excesiva, la altura de caída libre de la herramienta se reduce, pues parte del movimiento del balancín se emplea en recoger el exceso de cable en el sondeo y entonces el rendimiento del avance disminuye de una manera extraordinaria.  

Si, por el contrario, la longitud del cable es escasa el avance se anula pues la herramienta no puede alcanzar el fondo o lo alcanza con poca velocidad. Además si ocurre esto la energía del trépano es absorbida por la estructura de la máquina a través del balancín, con el consiguiente riesgo de averías mecánicas si esta circunstancia se produce con frecuencia.

El óptimo avance o rendimiento de perforación se consigue, en igualdad de otros factores, cuando el trépano alcanza el frente del sondeo con el cable en tensión. Es decir: el balancín debe iniciar el tiro del cable unos instantes antes de que el trepano alcance el fondo del sondeo y esto ocurre precisamente cuando el trépano alcanza su máxima velocidad.

Figura nº 6: Trepano enterizo emboquillando un sondeo.

Resumiendo, en un momento dado en las mismas condiciones de terreno y de herramienta, el sondista que maneja la perforadora puede actuar sobre los siguientes puntos para obtener el máximo rendimiento de avance:

a) Viscosidad del lodo: esto se hace añadiendo más o menos agua en caso de no tener nivel en el pozo o haciendo más o menos frecuentes las operaciones de limpieza con la cuchara en el caso de tener nivel. Si el lodo es muy espeso dificultará la caída de la herramienta y absorberá una parte de la energía del golpe del trepano. También ocurrirá que una parte de la energía del golpe se consumirá en triturar aun mas finamente los fragmentos de roca previamente arrancados. Pero hay que tener en cuenta que si se limpia muy frecuentemente aparte de la pérdida de tiempo que supone parar el proceso de perforación para accionar la cuchara (tiempo no productivo) además al aclarar el lodo disminuye su capacidad para mantener en flotación en detritus pudiendo este precipitar al fondo y estorbar en la perforación. 

b) Altura de caída del trepano: se actúa sobre este parámetro regulando la longitud de la manivela que acciona la biela. Lo normal es que las máquinas tengan de 3 a 4 posiciones para regular la altura entre los 30 y los 90 centímetros. 

c)  Velocidad del balancín: se regula mediante un mando de aceleración y/o la caja de cambios lo que permite lograr frecuencias de  golpeo de 30 a 60 golpes por minuto. La velocidad posible de golpeo es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la altura de elevación, al aumentar esta debe de disminuirse la velocidad.

d) Longitud del cable: se controla mediante el embrague del tambor que lo contiene, permitiendo suministrar mas o menos cable durante la perforación.

Puesto que no se debe de interrumpir el proceso de perforación el sondista actúa continuamente sobre los dos últimos factores: la velocidad del motor y la longitud del cable.  Un sondista experimentado acompaña cogido con la mano el movimiento del cable de esta forma analiza y actúa sobre estos factores dependiendo de su buen oficio y tacto el rendimiento y la buena marcha de la perforación. 

En las máquinas de percusión no se instalan controles automáticos, ni indicadores de funcionamiento y todo dependo, como en otros trabajos artesanos, de la experiencia y sensibilidad de la persona que lo realiza.  Un defecto o exceso por muy pequeño que sea en la longitud del cable o en la velocidad del motor tiene repercusiones muy grandes en los rendimientos del avance de la perforación.

2º.- EXTRACCIÓN DEL DETRITUS.

Una de las funciones fundamentales del trépano es realizar una mezcla homogénea del detritus de perforación y del agua con el objeto de permitir su extracción con la cuchara.

El tiempo de accionamiento de la cuchara es improductivo desde el punto de vista del avance de la perforación que, junto con la seguridad, debe de ser la prioridad del sondista y que lo debe de economizar al máximo.    

Para ello el sondista debe de seguir las siguiente pautas:

• -       No debe de detenerse el movimiento de percusión mientras que la válvula no esté lista para funcionar.

• -       La válvula debe de tener la capacidad volumétrica suficiente para limpiar el sondeo en 3 a 4 cargas y sus cabrestantes de accionamiento deben de ser rápidos con el objeto de realizar esta operación en el menos tiempo posible.

• -       Si el sondeo no tiene todavía agua conviene aclarar el lodo unos minutos antes de detener la perforación con el objeto de aumentar la carga de la válvula.

Figura nº  7: Descarga del contenido de la válvula.

3º.- ESTABILIDAD DEL SONDEO.

La estabilidad de las paredes de la perforación depende, obviamente, de la naturaleza litológica y deformación tectónica de los terrenos atravesados y en caso de desprendimientos conforme avanza la perforación, la estabilidad de las paredes del sondeo se consigue realizando entubaciones con tuberías de chapa de acero. En este caso se denominan entubaciones auxiliares y su objetivo es únicamente la estabilización provisional de las paredes del sondeo mientras se realiza la perforación y no servir de las entubaciones definitivas.  

Figura nº 8: Colocación de una tubería

Esta necesidad de estabilizar las paredes durante la perforación mediante sucesivos revestimientos de tubería es la mayor servidumbre de este método de perforación, pero es inevitable si tenemos en cuenta que los acuíferos se desarrollan en zonas donde las rocas presenta una cierta permeabilidad muchas veces asociadas a zonas fracturadas o al desarrollo de karstificaciones. Las rocas sanas, masivas (por ej. granitos), no suelen ser permeables.

En terrenos relativamente coherente la colocación de tuberías auxiliares puede retrasarse o incluso no necesitarse durante toda la ejecución de la perforación. Pero en terrenos disgregados o no coherentes la caída continua del material de la paredes y del frente del sondeo puede dificultar o impedir completamente el avance de la perforación, lo que nos obligaría a realizar una entubación auxiliar con el objeto de poder continuar la perforación. La realización de una entubación auxiliar nos obligará a reducir el diámetro de la herramienta que se utilizará a continuación pues, obviamente, debe de ser de calibre inferior al de la tubería colocada.

En terrenos detríticos incoherentes como gravas y arenas, el riesgo de desprendimientos es máximo debiendo avanzar la perforación seguida inmediatamente de la tubería una operación compleja pues este tipo de terrenos tiende a cerrarse y frenar el avance de la entubación por lo que será necesario golpear la tubería para ayudarla en su descenso. En todas las entubaciones es imprescindible la colocación en el extremo inferior de la tubería de una zapata de acero de borde afilado, conocida como corona de avance. Esta zapata facilita el avance de la tubería e impide la deformación de los bordes de la misma, ocasionada por el roce con las paredes del pozo durante su descenso, sobre todo si hay que golpearla para que baje.

Si se han atravesado capas que aunque durante la perforación se han comportado como terrenos duros con cierta coherencia pero que pueden presentar fracturación y/o karstificación es recomendable no alcanzar cierta profundidad sin realizar una entubación que asegure que no puedan producirse desprendimientos de piedras que impedirían la extracción normal de la herramienta y podrían en peligro el propio pozo.

Hay que tener cuidado al hacer entubaciones auxiliares. Al tener que reducir el diámetro del pozo para cualquier entubación auxiliar es posible que en un momento y a una profundidad determinada, antes de la prevista en proyecto, el diámetro de perforación sea excesivamente pequeño y se pierda la labor realizada. Por otra parte si el proyecto del pozo no permite que estas tuberías auxiliares puedan quedar como definitivas, acondicionando el sondeo de forma telescópica, el importe de estas tuberías auxiliares, que casi siempre son de gran diámetro, representaría un importante capital inmovilizado, sin contar con el coste de las perdidas de avance durante los tiempos de colocación y extracción de estas tuberías. 

 También son considerables los riesgos de que una tubería colocada como auxiliar, sobre todo si cubre un tramo largo de terreno desfavorable (margas hinchables, calizas fracturadas), sea difícil o imposible de extraer. 

Debido a estos problemas, a su escaso rendimiento y al desarrollo que han tenido en estos años los métodos de rotación con utilización de lodos, la percusión ha sido desplazada de los sondeos en terrenos poco coherentes (arcillas, margas, arenas, etc…) siendo en las calizas y otros materiales duros donde el método mantiene sus ventajas. Especialmente en la zonas kársticas donde la caliza presenta dureza al mismo tiempo que una enorme permeabilidad lo que impide el mantenimiento de una columna de lodos, en este caso muy común en muchas zonas de España es donde actualmente el método de percusión es prácticamente insustituible.

 III – EQUIPOS DE PERFORACION:

La principal característica de una maquina de percusión debe de ser su solidez. El bastidor de acero que soporta todos los mecanismos absorbe el continuo golpeo de la percusión y los enormes esfuerzos que algunas veces se realizan durante las entubaciones y operaciones de pesca. A causa de ser el método mas adecuado (por no decir el único) para perforar pozos de grandes diámetros  profundidades en terrenos duros en terrenos (calizas y dolomías) la tendencia es a que  las maquinas cada vez sean más grandes y robustas. Hay que tener en cuenta que en un terreno duro el avance se consigue principalmente gracias al peso de la herramienta y a la velocidad de golpeo, lo que requiere cables de diámetro superior a los 30 mm y pesor de hasta 8 o 9 toneladas y por lo tanto la estructura capaz de sostener y contralar los esfuerzos que se generan debe de ser muy fuerte.

Figura nº 9: Cuadro de mandos de una maquina de percusión

Si el bastidor no es muy solido cualquier deformación que se produzca en el mismo, como consecuencia de los mencionados esfuerzos, ocasionara la modificación de las condiciones de trabajo de los ejes, engranajes y otros elementos con la consiguiente aparición de averías sistemáticas en ellos.  

Las profundidades y diámetros que se proyectan realizar con una máquina de percusión condicionaran el peso de la herramienta y la velocidad en su accionamiento y por tanto el dimensionamiento de los mecanismos y de la potencia de su motor.

Además de su robustez los mecanismos de estas maquinas (engranajes, frenos de cinta, poleas, transmisiones de correas, neumáticas, embragues, etc…) deben de ser sencillos y con un fácil mantenimiento y reparación en caso de avería.

A continuación se pueden ver algunos datos sobre algunas máquinas de percusión:

MAQUINA	POTENCIA MOTOR	DIAMETRO CABLE	PESO  TREPANO	ALTURA TORRE	TIRO GRUA	CAPACIDAD MTS/MM.
SS 72	85 CV	22 mm	2.000 kg	14 mts	20.000	300/450
SS 81	140	26	3.500	14	25.000	500/500
SP 800	150	28	4.000	15,6	75.000	700/800
SP 600	83	22	2.500	15,5	22.000	600/600

Las capacidades expuestas en el anterior cuadro (profundidad en metros / diámetro en milímetros) son las de los catálogos y pueden ser algo excesivas puesto que la capacidad real de una maquina no es la máxima obra que puede hacer sino la que puede realizar con rendimientos aceptables. 

Las máquinas perforadoras de percusión suelen ir montadas sobre un camión siendo, por lo tanto, autotransportables, aunque también hay maquinas, sobre todo las mas grandes, que pueden ir montadas sobre un tráiler semiremolcable por una cabeza tractora o simplemente sobre gatos hidráulicos  que levantan al bastidor. Así se evitan inmovilizar costosos vehículos durante los grandes periodos de tiempo (varios meses) puede durar la realización de un sondeo profundo.

En el siguiente esquema, al que se ajustan con muy pocas variaciones todos los modelos conocidos, puede observarse la estructura general de una maquina de percusión: 

Figura nº 10: Esquema de una perforadora de percusión con el detalle del balancín.

Omitiré su descripción detallada aunque señalaremos algunas peculiaridades que no se pueden observar en el esquema: el “tambor de perforar” es en el que va enrollado en cable que acciona la herramienta, su movimiento en un sentido o en otro introduce o saca el trépano en el sondeo. Durante la perforación esta cable esta inmovilizado y solo se acciona para “dar cable” según en avance del trépano. Este tambor esta dividido en dos secciones mediante un separador, una parte sirve de “almacén del cable” y la otra recoge únicamente unas vueltas con el objeto de que el arrollamiento bajo tensión y el golpeo no ocasionen fricciones que acorten la vida del cable, provocando incluso su rotura. 

En la siguiente imagen se pueden ver los tambores de almacenamiento de los cables de percusión, limpieza y entubación de una maquina tipo Bucirus Erie:

Figura nº 11: Tambores de cables (perforar, limpieza y grúa).

La polea de la torre y la del balancín disponen de una amortiguación mediante discos de goma cuyo objetivo es absorber el choque del cable y mantener su tensión evitando oscilaciones y esfuerzos puntuales.

La altura de la torre debe de estar en consonancia con la potencia de la maquina, una torre muy alta debe de disponen de una estructura muy fuerte para evitar el pandeo y además permitirá trabajar con una  herramienta de mayor longitud y el manejo eficaz de largos tramos de tubería.   

IV- SARTA DE PERFORACION:

Figura nº 12: Sarta de perforación a percusión

Antiguamente la sarta de herramientas estaba formada, aunque algunas veces no se utilizaban conjuntamente, por las siguientes herramientas: trépano, barrón, tijera y montera. Actualmente esta composición esta en desuso por la utilización de las llamadas herramientas enterizas pero su descripción técnica sigue siendo valida.

Las distintas piezas que forman una sarta de perforación se unen mediante uniones roscadas con roscas cónicas siguiendo las normas API (Americam Petroleum Institute). Estas roscas cónicas permiten que pueden soltarse las herramientas con muy pocas vueltas.

La facilidad con que se producían roturas en las roscas, lo que ocasionaba frecuentes y costosas operaciones de pesca, y la casi exclusiva perforación de pozos de grandes diámetros y profundidades en rocas consolidadas donde no era necesaria la utilización de tijeras, hizo que este sistema cayera en desuso y hace ya tiempo que se ha impuesto el uso de herramientas de una sola pieza, eliminado así las peligrosas uniones roscadas.  

Aunque apenas se utilicen en la actualidad se describirán las características de cada una de ellas, pero aunque no se consideran incluidos en la sarta antes haremos unos comentarios sobre los cables:

Cables: la perforadora de percusión utiliza en sus maniobras tres cables de características distintas:

- Cable de perforar

- Cable de limpieza

- Cable de entubación o de grúa

Figura nº 13: Anclaje del cable por cinc fundido

El primero o cable de perforar es el más importante del equipo y su desgaste supone un coste apreciable sobre el costo total del sondeo. Sus dimensiones y características están determinadas por las difíciles y únicas condiciones de trabajo de la percusión y sobre todo por el peso de la herramienta y la longitud total a perforar.

El cable se sujeta a la herramienta por la montera mediante una pieza de anclaje cilindrica que lleva al cable sujeto con plomo o cinc fundido, según el procedimiento que se puede ver en la figura de la derecha.

El cable de perforar debe de ser flexible para adaptarse a las curvaturas de las poleas sin sufrir daño por ello. La flexibilidad de un cable aumenta con el numero de hilos, pero cuantos mas hilos mas delgados serán esos y tendrán una menor resistencia a la abrasión. El alma del cable de perforar puede ser de cáñamo o de polivinilo y los cordones exteriores deben de ser lo suficientemente gruesos y duros para resistir la abrasión que se produce en su rozamiento con las paredes del sondeo y en los arrollamientos. Las composiciones mas frecuentes son las SEALE 6 x 19 y 6 x 25.

Figura nº 14: anudando un cable de limpieza.

El diámetro del cable varia desde los 16 mm para pesos desde 1.200 kg hasta los 25 mm para pesos de 2.500 kg. Los cables mas utilizados para la perforación de pozos de agua son los de diámetros de 5/8 pulgadas y 3/4 pulgadas.

El cable de perforar tiene la torsión siempre a izquierda con el objeto de que tienda a apretar las uniones roscadas de la sarta de herramientas. No conviene que sea preformado, puesto que su tendencia a hacer girar la herramienta es imprescindible para que esta golpee cada vez en una posición distinta consiguiendo de esta manera que la perforación sea perfectamente cilíndrica. 

El cable de entubación o de grúa debe de ser del tipo antigiratorio y se usan composiciones de 18 x 7 o de 34 x 7 según el número de ramales del polipasto.

El cable de limpieza o valvuleo es de acero sin galvanizar en composición 6x7+1 normal, performado y con arrollamiento cruzado y torsión a derecha. Los alambres deben de tener una resistencia a la tracción de 140-160 kg/mm².  Los diámetros mas utilizados para los cables de limpieza y los pesos recomendados para el trabajo se recogen en la siguiente tabla:

Diámetro en pulgadas	Resistencia en kg
5/16	2800
3/8	4000
7/16	5400
1/2	7000
9/16	8800

Los cables se almacenan en la máquina enrollados dentro de unos tambores. Para el uso optimo de un cable los tambores deben de tener unos diámetro mínimos lo mismo que las poleas que los guían.

En la siguiente tabla se exponen los diámetros  que deben de tener los tambores y las poleas según el cable:

Cable	Diámetro tambor o polea
6 x 7	42 veces el diámetro del cable
6 x 19	30 veces el diámetro del cable
6 x 37	18 veces el diámetro del cable
8 x 19	21 veces el diámetro del cable
8 x 7	34 veces el diámetro del cable

Es preciso que la garganta de las poleas tenga una dimensión adecuada pues influye mucho en la duración del cable. El diámetro de la garganta de la polea debe de ser ligeramente superior al del cable, sin ser excesivo con el fin de evitar aplastamientos. El ángulo de contacto debe de estar comprendido entre los 120 y los 150 º.

Trépano:

Es la herramienta que golpea directamente sobre el fondo del sondeo y en su avance realiza cuatro funciones importantes, cuya incidencia relativa vendrá determinada por la naturaleza de los terrenos atravesados y el diseño de la herramienta. Estas funciones son:

-       Penetrar
-       Triturar
-       Escariar
-       Mezclar

Las partes principales en el diseño de un trepano son las siguientes:

Figura nº 15: Partes de un trepano.

Cuello: es la parte cilíndrica situada inmediatamente debajo de la rosca.

Cuadro de llave: estrangulamiento de sección cuadrada en el que se agarraban las llaves para apretar o aflojar la herramienta.

Cuerpo del trépano: parte principal donde van las guías.

Canales de agua: es la porción de perforación no ocupada por el cuerpo del trépano y separada de sus guías. En el movimiento del trépano el agua debe de circular por ellos absorbiendo parte de la energía cinética del golpeo.

Boca: es el extremo que golpea en el fondo del pozo. La boza y la superficie de desgaste son las partes del trépano que sufren la abrasión y es una tarea muy importante mantenerlas siempre en las mejores condiciones pues de ello dependerá el rendimiento. El mantenimiento de la boca se realiza mediante recargas sucesivas con electrodos especiales mediante la utilización de grupos de soldadura eléctrica, alimentados por el grupo motriz de la máquina o motores autónomos.

Figura nº 16: Boca de un trepano en cruz.

El problema principal de la recarga de la boca es conseguir el mismo tiempo una gran dureza para resistir la abrasión sin perder los filos y la tenacidad para soportar el esfuerzo de percusión sin presentar una rotura frágil. Estas dos condiciones difícilmente las reúnen en los electrodos comerciales.

Figura nº 17: Arreglando la boca del trepano.

El procedimiento utilizado para lograrlo consiste en realizar previamente un “almohadillado” con un electrodo blando de dureza intermedia entre el material del trépano y el del electrodo con el que se formaran los hilos. La función de este primer relleno es la de formar una zona tenaz  que soporte el filo e impida que al ser mas duro, el filo pueda penetrar dentro del cuerpo del trépano agrietándolo y deformando su boca.

Posteriormente al “almohadillado” y mediante la utilización de un electrodo duro se recubren los filos para conseguir su resistencia al desgaste.

Durante la perforación el sondista debe de observar la boca del trépano en cada operación de limpieza, no permitiendo el desgaste total de la zona de recargue, manteniendo los filos y dimensiones de la boca. Naturalmente en terreno muy abrasivos esta operación debe de realizarse con mucha frecuencia, puesto que si se lleva a cabo cuando el trépano ya ha sufrido mucho desgaste, el diámetro de perforación de la ultima parte realizada también se habrá reducido consiguientemente y entonces al introducir de nuevo la herramienta con la superficie de desgaste recrecida, esta se acuñara con fuerza en el fondo del sondeo dando lugar a una operación de pesca que puede resultar muy difícil. 

Los parámetros que caracterizan la boca de un trépano son los siguientes:

Figura nº 18: Bocas de trépanos

a) Angulo de  escape: es la conicidad por encima de la superficie de desgaste.

b) Angulo de penetración: es el ángulo que forma el filo de corte.   

c) Superficie de desgaste: es la parte del trépano en contacto directo con la pared del sondeo y por lo tanto la que determina si diámetro.

d) Cara trituradora: es la superficie inferior del trepano, Se expresa en % de la sección del sondeo.

e) Borde de ensanche: es el filo exterior del trépano y se mide en  % sobre la circunferencia total del sondeo.

f) Perfil del borde de penetración: puede ser recto, cóncavo o convexo.

Otra característica del trépano es el número de guías o bocas que puede oscilar entre 2 o 6 siendo los mas frecuentes los de 4 o 5 guías. Mas adelante al analizar la técnica de perforación en las distintas formaciones veremos en cada caso la composición y forma mas adecuada de la sarta.

En lo que se refiere al trépano podemos resumir sus características según las funciones a realizar de la siguiente forma:

TIPO DE TERRENO	ANGULO DE PENETRAC.	ANGULO ESCAPE	SUPERFICIE DESGASTE	CARA TRITUR.	FUNCION PRINCIPAL
Cal. blanda	Agudo	Grande	Pequeña	Grande	Penetrar
Cal. dura	Obtuso	Grande	Pequeña	Grande	Penetrar
Cal. Abras.	Obtuso	Pequeño	Grande	Normal	Penetrar y escariar
Arcillas	Agudo	Grande	Pequeña	Grande	Mezclar
Granito	Obtuso	Pequeño	Grande	Pequeña	Penetrar y escariar

Los diámetros de los trépanos no están normalizados como los de los triconos y martillos en fondo, en la siguiente tabla podemos ver los diámetros de perforación mas utilizados en relación con el acabado final del sondeo:

DIAMETRO DEL TREPANO (MM)	DIAMETRO DE LA TUBERIA (MM)
650 - 700	600
580 - 600	500
520 - 580	450
480 - 520	400
400 - 480	350
380 - 400	300
300 - 320	250
250 - 260	200
200 - 210	150

Barrón:

Es una herramienta que prácticamente ya no se utiliza, era una barra de carga cuya misión principal era proporcionar peso a la herramienta. En su parte inferior el barrón iba provisto de una rosca hembra para unir el trépano y en su parte superior una roca macho para conectar con la tijera o la montera según los casos. Su peso oscilaba entre los 500 y los 1.500 kg e iba provisto de cuadrados para las llaves de apriete.

Figura nº 19: trepano mas barrón con estabilizadores

El peso total de una herramienta de percusión es una cuestión muy discutida y aunque en la documentación sobre el tema y en los catálogos de fabricantes se habla de cifras de 2 a 3 kg de peso total por milímetro de diámetro de perforación en la practica estas cifras se rebasan ampliamente llegan incluso a herramientas con pesos de 8.000 a 9.000 kg para sondeo de 650 mm de diámetro lo que supone una carga de 14 kg por mm de diámetro (2,7 kg/cm²).

En la fotografia de la figura de la derecha se puede ver un trepano que lleva roscado un barrón con estabilizadores.

Desde luego en formaciones de litologías duras es elemento fundamental que produce en avance es el peso, por el contrario en terrenos blandos un exceso de peso puede ser perjudicial consiguiéndose rendimientos mayores y mayor seguridad al reducirlo. Hay técnicos que opinan que un exceso de peso puede ser perjudicial en el comportamiento de las zonas acuíferas durante la explotación del sondeo y que presiones muy elevadas, durante la perforación del sondeo, pueden producir que en rocas de consistencia media (por ejemplo calizas margosas) un  efecto de sellado de las paredes del pozo reduciendo la porosidad en esa zona y por lo tanto su capacidad productora como acuífero que es, al fin y al cabo, el objetivo de la obra y no la realización de un simple agujero.

Este efecto negativo podría corregirse mediante desarrollo pero si es muy fuerte resultaría difícil.

También se observa con cierta frecuencia que, en algunas formaciones o tipos de terreno, si se perfora con herramientas muy pesadas se reduce la cantidad de detritus extraído y además este se saca muy fino y triturado. En estos casos el trépano no esta cumpliendo su función de mezclar y lo que se esta realizando es embutir la herramienta en la perforación con el consiguiente “calafateado” de las zonas permeables y la correspondiente merma de las posibilidades productoras del pozo.

Tijera:

Figura nº 20: Tijeras

Otra herramienta que también esta obsoleta. Se la conoce también por destrabador. La herramienta estaba formada por dos eslabones entrelazados que permitían un juego libre de unos 30 centímetros. La misión de la tijera era permitir golpear hacia arriba aprovechando el ascenso del balancín, por tanto su función era únicamente de seguridad, para poder arrancar mas fácilmente el trepano cuando este quedada clavado al fondeo del sondeo al perforar formaciones blancas y/o plásticas.

En la figura de la derecha se puede ver una herramienta compuesta de un desabollador de tuberías y una tijera.

La tijera absorbía una parte importante del movimiento del balancín disminuyendo el rendimiento de la perforación por lo que solo se usaba como mal necesario para prevenir los riesgos antes citados.

Montera:

Era la pieza que remataba la sarta de herramientas y su función era unir el cable con el resto de las herramientas y permitir el giro libre de la sarta sobre su eje. Además la montera es la pieza por la que se traba la sarta  cuando se realiza una pesca y por lo tanto debe de ir preparada para ello.

El cable de perforar se une a un balón cilíndrico que se aloja en el interior de la montera (ver figura nº 12). Esta unión se realizaba en la practica formando un nudo especial en el extremo del cable de manera que se impedía que saliera por el orificio del bulón. Esta unión del cable era un punto débil en la sarta y su ejecución debía ser muy cuidadosa.  

V - VALVULAS:

Figura nº  21: Válvula o cuchara

La válvula o cuchara es la herramienta que se utiliza para extraer del sondeo los detritus arrancados durante la perforación y que previamente han sido mezclados y homogenizados con el lodo. 

Una válvula o chuchara es un tubo cilíndrico de 2 a 4 metros de longitud provisto en su extremo superior de un asa para el enganche de la herramienta al cable y en la parte inferior una tapa o válvula de retención que permanece abierta mientras desciende por el sondeo y se cierra al iniciar el ascenso por la presión de su contenido.

Ademas de servir para extraer los detritus y lodos la herramienta también se utiliza para realizar pruebas de productividad en pozos de poco caudal. Para ello se realizan extracciones controladas midiendo volúmenes de agua y tiempos con las consiguientes correcciones de tiempos no útiles de ascenso y descenso de la válvula hasta el nivel freático.

VI – PRACTICA DE LA PERFORACION:

Comienzo de la perforación:

Una vez instalada la máquina, perfectamente nivelada mediante los gatos y afianzados los vientos que dan solidez a la torre, comienza la perforación casi siempre desde superficie.

Figura nº 22: Maquina de percusión emplazada.

Para los primeros golpes es necesario utilizar una guía en  el mástil, guía que impida desviaciones que pueden ser muy peligrosas. Esta guía puede ser una horquilla que abraza a la herramienta alineando su movimiento con la torre.  También es frecuente realizar a pico y pala un hoyo de un metro para colocar un tubo vertical por dentro del que comienza a golpear la herramienta.

En los primeros metros de perforación la herramienta no esta perfectamente guiada y el terreno puede ser muy irregular, por ello conviene perforar muy despacio hasta que toda la herramienta se hay introducido en el agujero.  Además al principio, y sobre todo si no hay agua, la perdida de velocidad por el lodo no se produce y al ser muy pequeña la longitud del cable desenrollado, el desfase entre el trepano y el balancín es mínimo por lo que la velocidad puede llevarse al máximo, por encima de los 50 golpes por minuto, reduciéndola según se profundice el pozo.

Toma  de muestras:

La correcta toma de muestras del terreno perforado es imprescindible, tanto para el diseño del acondicionamiento posterior del pozo, como fuente de preciosa información geológica de la zona.

Las muestras se recogen con la válvula o cuchara, teniendo mucho cuidado de recogerla del fondo del sondeo, justamente en el frente de avance y , a ser posible, sin mezcla de otros materiales superiores que se podrían haber decantado. 

Se aprovechan las operaciones normales de limpieza para recoger las muestras que deben hacerse de cada metro perforado y tenerlas colocadas en cajetines a pie de obra para información del propio sondista y del Director de Obra. Igualmente un sondista experto debe de advertir y anotar cuidadosamente las cotas de corte de las capas acuíferas que encuentra al perforar el pozo, cuya presencia se nota por lo cambios en la cota del nivel del agua y en el comportamiento del lodo detalles que también es necesario anotar en los partes diarios de la perforación.

Figura nº 23 : Muestras de una perforación preparadas para su estudio

PERFORACION EN TERRENOS DUROS

Como ya se ha indicado en terreno duros la percusión debe de realizarse con la mayor frecuencia posible, aprovechando la postura corta de la biela. La herramienta será la de mayor peso con un ángulo de penetración grande y son convenientes los trépanos de 4 o 5 guías que previene mejor la desviaciones.

Los principales problemas en este tipo de terrenos son:

Exceso de dureza: esto provoca la reducción del rendimiento y la necesidad de recargar frecuentemente la boca del trépano para mantener los diámetros de perforación. Despues de cada reparación de la boca del trépano conviene empezar a repasar el sondeo unos metros por encima del fondo del mismo con el objeto de evitar acuñamientos debidos a la menores dimensiones de esta zona. En el siguiente cuadro se puede ver una practica escala de dureza:

Existencia de cavernas: en zonas kársticas las cavernas y grandes huecos son frecuentes   y si son muy grandes, incluso superiores a la longitud de la herramienta, pueden acarrear dificultades durante la perforación. En una caverna la herramienta puede ver alterada su verticalidad y para corregirlo se deberá de entubar para hacer una guía al trepano que deberá emboquillada de nuevo en el fondo de la caverna.

Buzamiento: el buzamiento es la inclinación de los estratos, la perforación siempre tendera a seguir la dirección del buzamiento sobre todo si hay una alternancia de capas duras y blandas. Esta circunstancia deberá ser advertida inmediatamente por el sondista antes de avanzar varios metros con inclinación lo que haría muy difícil la continuación de la obra pues la herramienta se apoya en la pared del pozo y deja de girar.

La inclinación en un sondeo se corrige rellenando la parte desviada con algún material mas duro que la formación que se perfora como rocas, hierros, cable viejo, etc… y reperforando de nuevo.

En el caso de que, a priori, se sepa que la zona de buzamiento es muy amplia lo mejor es realizar un sondeo piloto de pequeño diámetro guiado con tubería y posteriormente ensanchando con un trépano provisto de guía.

La altura de caída del trepano en rocas duras debe de ser la mas corta hasta una profundidad de 20 – 30 metros para después aumentar esta altura en función del alargamiento del cable y a criterio del sondista.

PERFORACION EN TERRENOS NO CONSOLIDADOS

La función que realiza el trépano en terrenos que no presentan dureza es la de mezclar por ello el golpeo debe ajustarse a la carrera mas larga y, por tanto, reducir la velocidad. 

Si el terreno es arcilloso el trépano tendera a quedar adherido al fondo y si por el contrario es muy arenoso los continuos desprendimientos impedirán el avance, haciendo necesaria la entubación. A veces es aconsejable mejorar la consistencia del lodo de perforación añadiendo arcilla o arena según los casos.

Cuando se perfora en arenas y gravas sueltas es necesario realizar una entubación que vaya siguiendo de manera continua el avance del sondeo. Hay que tener en cuenta que las presiones laterales del terreno pueden hacer que la tubería no descienda por su propio peso, por lo que será necesario golpearla, utilizando la cabeza de golpeo y las bridas. 

Figura nº  25: Entubación de un sondeo en terrenos incoherentes (Vega de Orihuela)

En algunas formaciones de gravas y arenas muy limpias (sin arcillas) la perforación puede realizarse solamente con la válvula, utilizando una cuchara especial que extrae continuamente el terreno mientras se hace descender la entubación. 

FAENAS DE PESCA

Los sondistas tienen un dicho: “la mejor pesca es la que no se hace” queriendo indicar la necesidad de realizar constantes controles de la perforación y tomar precauciones que disminuyan los riesgos, ya de por si elevados en este tipo de operaciones.

A continuación describiremos las herramientas mas corrientes que se utilizan en las operaciones de pesca aunque siempre hay variantes y circunstancias nuevas en las que el ingenio del sondista deberá de resolver en cada caso.

Ante una pesca, por sencilla que parezca, lo primero es hacer un plan detallado para llevarla a cabo, inspeccionando el estado y las medidas de las herramientas a utilizar. Por ello es imprescindible que en cualquier momento de la operación el sondista tenga anotadas todas las dimensiones de todas las herramientas que utiliza en la realización del sondeo. Un pequeño error en una medida o el estado defectuoso de una herramienta puede complicar  o hacer imposible una operación que, en principio, se planteaba sencilla.

La herramienta de pesca o pescador se maneja con una sarta que presenta algunas variaciones con lo normal y que se compone de:

Montera de pesca: es una montera rígida o sea antigiratoria aunque también puede usarse una normal colocando una cuña en el bulón que impida su giro. Al ser rígida la longitud del cable es constante, impidiendo errores que, aunque pequeños, puedan hacer fracasar la operación. 

Barrón de pesca: para la pesca no se necesita tanto peso como para perforar y por tanto este barrón es mas corto y menos pesado que los normales. El barrón se utiliza para proporcionar masa al golpe hacia arriba de la tijera y, por tanto, su situación en la sarta de pesca es entre la montara y la tijera.

Tijeras de pesca: son iguales que las de perforar pero con un recorrido de eslabón mucho mas largo (1 metro). El objeto de esta mayor longitud es eliminar el riesgo de que en la operación de golpeo hacia arriba se produzca también un golpe hacia abajo que pueda soltar un agarre que ha costado mucho tiempo realizarlo. 

PESCADORES Y HERRAMIENTAS AUXILIARES

Golpeador: también llamado como “mono”, es una barra cilíndrica que mediante una corredera puede ser bajada sirviéndose de guía del cable de perforar y sujetada por el cable de limpieza. Su misión es golpear la herramienta que ha quedado acuñada o atrapada si no se dispone de tijeras en la sarta de pesca. Unos golpes mientras se tiene la herramienta fuertemente tensada por el cable suelen bastar para soltar fácilmente un trépano agarrado.

Figura nº  26: Golpeador o "mono"

Deben de tomarse precauciones al hacerlo bajar para impedir que los cables se arrollan entre si, absorbiendo en su rozamiento el golpe de la barra.

Corta cables: si la herramienta está tan atascada que no puede soltarse mediante el barrón de golpeo, es necesario cortar el cable lo mas cerca posible de la montera, con objeto de que no estorbe a las faenas de pesca que se iniciaran a continuación.  El corta cables se monta con toda la sarta de pesca y se maneja sobre el cable de limpieza, una vez que se le ha descendido hasta la montera se corta el cable,  a unos 10 – 20 centímetros de la misma, golpeando hacia arriba con la tijera. 

Gancho de red: es un útil que se emplea, como operación previa a la pesca, para enderezar la herramienta que puedan quedar apoyadas sobre la pared del sondeo. Normalmente se maneja con varillaje.

Arpones: son herramientas que se utilizan para pescar cables cuando por rotura de estos se quedan con la herramienta dentro del sondeo.

La herramienta que sirve para agarrar la herramienta y así poder sacarla a la superficie es la campana de pesca de las que hay varios tipos:

Campana de fricción: se usa en pescas sencillas como las producidas por el desenroscado o rotura de la herramienta. Su agarre se realiza solamente por  fricción de sus paredes con la superficie de la pieza por lo que no suele aguantar el golpeo hacia arriba.

La operación se realiza de la siguiente manera: una vez conocida la profundidad a la que se sitúa la herramienta a pescar y comprobado que esta bien centrada, se introduce la campana y su golpea fuertemente hacia abajo para que se produzca el agarre, una vez agarrada la herramienta se procede a su extracción.

Campana de combinación: se emplea para pescar el cuello de la herramienta después de cortado el cable. El agarre de la campana se consigue mediante unas cuñas dentadas que resbalan sobre un asiento cónico y es muy fuerte por lo que es difícil soltarlo en caso necesario. Por ello solo se debe usar cuando se esté seguro que la herramienta no esta atascada y que va a salir una vez enganchada.  

Campana de circulo completo: es la herramienta mas eficaz para realizara una pesca pues permite, utilizando las cuñas adecuadas, pescar a un diámetro previamente fijado. Además esta herramienta permite, que si el agarre no es satisfactorio o no se consigue soltar la herramienta,  soltar con facilidad la campana y extraerla para intentar otra maniobra.

En todas las operaciones de pesca es necesario bajar primero la campana sin instalarle las cuñas, para comprobar la colocación y entrada de la pieza a pescar. En ocasiones, y si se supone que la pieza a pescar esta muy trabada, es aconsejable descender la sarta de pesca utilizando un varillaje conjuntamente con el cable, de esta forma, una vez realizado el agarre, se pone en tensión el varillaje mientras se golpea hacia arriba con las tijeras. El efecto del golpeo mientras se mantiene la tensión es mas eficaz que solamente la del golpeo.   

ENTUBACION DEL SONDEO:

Una vez perforado el sondeo es necesario proceder a revestirlo con una tubería que tiene varias funciones:

a) Evitar desprendimientos de las paredes del pozo.

b) Proteger y guiar al conjunto de bombeo (bomba sumergible, tuberias de impulsion y cables). 

Las entubaciones de los sondeos normalmente se realizan con tuberías de hierro, tuberías que pueden ser de chapa lisa o de chapa helicoidal y de 6 o 8 mm de grosor de plancha (menos serian muy débiles y se deformaría con facilidad y mas pesarían mucho). Las tuberías son suministradas por tramos de 6 metros de longitud (mas largos raramente) y sus diámetros dependerán del diámetro de la perforación del sondeo pudiendo oscilar entre los 200 y los 700 mm. Los mas utilizados son los de 300 a 500 mm, quedando los menores para sondeo de investigación y piezometros y los mayores para emboquilles y tuberías auxiliares.

Figura nº 27: acopio de tuberias en un sondeo

Figura nº 28: Soldando tuberias

Al principio de la entubación suelo colocarse una corona de acero de mismo diámetro y mayor grosor con el fin de asentar la columna de tuberías sobre el terreno evitando deformaciones de su parte inferior por aplastamiento. Los sucesivos tramos de tubería de sujetan a la boca del pozo mediante cables, cuñas o bridas de entubación (ver figura nº 8) y se van descendiendo soldando unos a otros tal como se puede apreciar en la figura de la derecha.

La soldadura de los tramos de tubería es un proceso que debe de realizarse con mucho cuidado pues estas soldaduras deben de aguantar todo el peso de la entubación que normalmente es de varias toneladas (por ejemplo una tubería de 400 mm de diámetro interior y 6 mm de espesor de chapa tiene un peso de  63 kg/m), una rotura de la soldadura puede ocasionar un grave problema de pesca de tubería o la perdida total del pozo.

Las tuberias de chapa normalmente son lisas y los filtros pueden prepararse en el mismo emplazamiento del sondeo mediante rajando la chapa con soplete, pero también pueden pedirse a la fabrica indicando que parte de la tubería sea rajada con soplete o plasma o que venga estampada con puentecillo (ver figura nº 22), este ultimo caso para los sondeos que tengan que engravillarse.  

En algunos casos las entubaciones se realizan con PVC, normalmente con PVC azul tipo Preussag en este caso las tuberías van roscadas y no son necesarias las soldaduras (son mas utilizadas en los sondeo de rotación inversa).

Herramientas auxiliares para entubaciones:

A la hora de entubar un sondeo hay que contar con una serie de herramientas auxilares:

Brida de entubación: es una corona circular de acero de paredes muy gruesas que se utiliza para sujetar la tubería en la boca del pozo. La sujeción se realiza mediante cuñas de acero que se colocan entre la pared interior de la brida y la pared exterior de la tubería. 

Cabeza de golpeo: es un tapón de paredes gruesas, muy resistente,  que se coloca sobre la tubería cuando es necesario golpearla para introducirla en el sondeo. Este tapón impide que se deforme la boca superior de la tubería.

Brida de golpeo: es una pieza que se coloca atornillada sobre el cuadrado de llave de la herramienta o del barrón para aprovechar el impacto de la herramienta sobre la cabeza de golpeo.  

Cortador de tubería: esta herramienta permite realizar, a una cota determinada, un corte horizontal sobre la tubería del sondeo. Se utiliza para el rescate de tuberías y para cortar tuberías concéntricas cuando se han colocado desde la superficie y se desea acondicionar el sondeo para que adquiera una forma telescópica.

Figura nº 29: Desabollador o "limón".

Desabollador o limón:es una herramienta de forma ovoide que normalmente va sobre un barron o una barra de carga para darle peso. Se utiliza para desabollar una tubería cuando esta a implosionado dentro del sondeo, bien durante el proceso de entubación o por un desprendimiento. La operación consiste en dar sucesivas pasadas cada vez a diámetro mayor hasta lograr restituir el diámetro inicial de la tubería. 

En la fotografía de la figura de la derecha se puede ver una de estas herramientas.

Entubación colgada: en aquellos casos en los que se desea revestir de tubería una zona profunda del sondeo a continuación de otra parte previamente entubada se utiliza un collar de rosca de apriete a izquierda con el que sujeta la tubería que se hace descender al pozo mediante un varillaje. Una vez colocada la tubería en su sitio se afloja y suelta la brida con un giro a la derecha del varillaje.

Figura nº 30: Pistón para desarrollo de pozos

Piston: Es una herramienta que se puede utilizar para operaciones de limpieza de sondeos, en el desarrollo de los mismos o en las operaciones de engravillado. 

Como se puede ver en la fotografía de la figura de la derecha se trata de una herramienta que, para darle peso, construye sobre un barrón o sobre una barra de carga y que en su extremo inferior lleva una serie de anillos metálicos sobre los que se pueden colocar juntas de goma.

El metodo consiste en pasar la herramienta por la zona que se quiera limpiar o desarrollar, normalmente un filtro de la entubación.  Aprovechando el movimiento oscilatorio de la percusión se puede pasar la herramienta muchas veces por la misma zona en la que el rozamiento de las juntas de goma contra la pared interior de la tubería o de los filtros hace que, por el propio efecto mecánico del rozamiento y/o el movimiento turbulento del agua producido el efecto de pistón de la herramienta, se desprendan las impurezas adheridas a la superficie de la tubería y la reorganización del paquete de gravas del filtro haciendo que las partículas mas finas (arenas, limos y arcillas) sean arrastradas al interior del pozo y puedan ser evacuadas con la válvula o cuchara. 

Gatos: cuando se trate de recuperar tuberías, bien por ser auxiliares o porque el sondeo haya sido negativo, es aconsejable disponer de unos gatos hidráulicos para poder tirar de la tubería con la seguridad y la fuerza suficientes para extraerlas, aunque estén cogidas por el terreno. En la siguiente fotografía se pueden ver unos gatos hidráulica acondicionados para extraer entubaciones de sondeos:

Figura nº 31: Gatos hidráulicos para extracciones de tuberías de sondeos.

En la siguiente figura se puede ver un croquis de un sondeo de percusión en el que se puede ver una perforación telescópica comenzada con un diámetro de 770 mm y terminada con 340 mm. El sondeo por causa de su diversidad litológica necesito de varias entubaciones auxiliares que al final quedaron como definitivas quedando una cámara de bombeo de 400 mm de diámetro y 270 metros de profundidad:

VII - CONSIDERACIONES ECONOMICAS:

El coste horario de una sonda de percusión a cable funcionando se puede descomponer en varios capítulos, capítulos que se pueden expresar en un porcentaje de repercusión sobre el total, es decir se puede realizar una estructura del coste de operación.

Los costes de operación varían en función del tamaño de la máquina, de la dotación de personal, precio de los consumibles, etc… por lo que las cifras que se van a dar son muy aproximadas:

COSTES DIRECTOS	%
Mano de obra	60 - 70
Combustible	6 – 8
Lubricantes	0,5 - 1
Mantenimiento de herramientas	0,5 - 1
Consumo de cables	4 - 5

COSTES INDIRECTOS	%
Amortizaciones	8 - 10
Reparaciones	5 - 6
Gastos de vehículos auxiliares	4 - 5
Gastos generales	10 - 12

A estos costes habría que añadirles los relacionados con las entubaciones auxiliares (depreciación de la tubería, gasto de electrodos, etc…) que no consideraremos en ese momento.

El coste del metro perforado, que es la unidad sobre la que se valora y presupuesta en el proyecto de un pozo, depende exclusivamente de la duración del mismo, es decir del rendimiento o avance logrado por unidad de tiempo. Este avance depende de factores intrínsecos de la máquina, como su potencia, el peso y calidad de las herramientas, la habilidad y experiencia del sondista, etc… y de las características del pozo como sus dimensiones (profundidad y diámetro), su entubación y acabado (rajado de tuberías, engravillados,…) y sobre todo de la naturaleza de los  terrenos a perforar.

NATURALEZA DE LOS TERRENOS

A igualdad de dimensiones, la mayor o menor dificultad de perforación vendrá condicionada por el tipo de terreno y sus características de dureza, cohesión, estabilidad, tendencia a la desviación, hinchamiento, desprendimientos, etc…. En el siguiente cuadro se puede una clasificación de las principales rocas sedimentarias  con sus principales características identificativas:

Basándonos en la experiencia de perforación se puede realizar una clasificación agrupando los terrenos según el rendimiento obtenido, de mayor a menor tenemos:

  

GRUPO A – Arcilla arenosa, marga arenosa, yesos, toba, calizas, calcarenitas y en general los terrenos blandos y estable.       

GRUPO B – Calizas, calizas arcillosas, conglomerados, pizarras blandas, areniscas poco consolidadas, arenas, gravas, etc…

GRUPO C – Calizas marmóreas, margas petrificadas, pizarras duras, areniscas consolidadas, dolomías y granitos descompuestos.

GRUPO D – Calizas y dolomías silidIficadas, cuarcitas, basaltos, granitos y rodenos.

Dentro de esta clasificación puede haber muchas variaciones como la existencia de cavernas o buzamientos, la presencia de arcillas expansivas, la aparición de acuíferos surgentes, etc… Estas variables pueden aumentar las dificultad de perforación en un mismo terreno.

DIAMETRO DE PERFORACION

La superficie de avance y el volumen de detritus aumentan proporcionalmente al cuadrado del diámetro de perforación, por lo que la presión unitaria que realiza la herramienta sobre el terreno disminuirá en la misma proporción, al igual que el rendimiento de la perforación. Sin embargo un mayor diámetro permite la utilización de herramientas mas pesadas y válvulas de limpieza mas grandes y de mayor capacidad por lo que la anterior proporción en el descenso de los rendimientos no es tan elevada, aunque sigue siendo importante.

PROFUNDIDAD DE TRABAJO

Como ya vimos anteriormente, la elasticidad del cable limita el peso de la herramienta que se puede utilizar y la velocidad que se pueda dar a la  percusión. La longitud del cable desarrollado es proporcional al alargamiento total producido y por tanto condiciona a estos parámetros (peso y velocidad) que determinan el avance.

Por otra parte si el sondeo tiene una gran profundidad las maniobras de meter y sacar las herramientas de perforación y limpieza son mas lentas lo que aumenta el tiempo de perforación.

Las grandes profundidades necesitan un mayor cuidado a la hora de prevenir posibles desprendimientos que puedan ocasionar que la herramienta quede atrapada en el sondeo, lo que puede obligar a la colocación de una o varias entubaciones auxiliares de gran envergadura, disminuyendo enormemente el rendimiento de la perforación.   

En base a observaciones estadísticas de sondeos realizados a percusión, se ha confeccionado una tabla de coeficientes en los que, adjudicando el valor unidad (1) al avance posible de un sondeo perforado entre los 100 y los 200 metros de profundidad con un diámetro de 500 mm, en terrenos del tipo B, se han creado, proporcionalmente, los índices para otras condiciones de perforación.

  

DIAM. mm.	Profund. 0 - 100 m				Profund. 100 – 200 m				Prof. 200 - 300 m
	A	B	C	D	A	B	C	D	A	B	C	D
300	0,45	0,48	0,50		0,56	0,61	0,77		0,65	0,90	1,74
350	0,47	0,55	0,65		0,58	0,71	0,83		0,71	1,00	2,14
400	0,53	0,62	0,76		0,62	0,80	1,05		0,77	1,12	2,54
450	0,56	0,70	0,90		0,67	0,90	1,19		0,83	1,25	2,83
500	0,59	0,79	1,06		0,70	1,00	1,59		0,88	1,36	3,26
550	0,61	0,87	1,25		0,73	1,09	1,87		0,94	1,47	3,76
600	0,63	0,97	1,59		0,75	1,17	2,34		0,98	1,60	4,06
650	0,65	1,04	1,79		0,77	1,25	3,00		1,02	1,70	4,29
700	0,66	1,11	2,15		0,78	1,32	3,04		1,04	1,79	4,55

Puede observarse como el descenso de los rendimientos aumenta, mas que proporcionalmente, al incrementarse las dimensiones del pozo (diámetro y profundidad) y al empeorar la naturaleza de los terrenos (Tipo C).

Lógicamente una tarifa de costes o de precios debería guardar una proporcionalidad semejante a la de esta tabla.

 VIII-  CRITICA DEL METODO:

Las mayores ventajas a la hora de la elección del sistema de perforación de percusión a cable para realizar un sondeo de captación de aguas se derivan de su sencillez y capacidad de adaptación a cualquier tipo de circunstancias del terreno donde se pretende emplazar el sondeo.

Las necesidades de aprovisionamiento (agua, combustibles, etc…) de una máquina de percusión son mucho menores que las de las maquinas de rotación. En condiciones adversas (malos accesos, mala climatología, …) una maquina de percusión es capaz de mantenerse trabajando autónomamente mucho mas tiempo que una maquina que utilice cualquier otro método. 

Si el pozo se construye adecuadamente la formación acuífera queda en las mismas condiciones de permeabilidad y porosidad que tenia naturalmente. Por otra parte, y desde el punto de vista hidrogeológico, al no tener que usar lodos de perforación ni aditivos químicos, no hay contaminación para los acuíferos y se puede perforar en campos de pozos sin problemas de contaminación de otras captaciones y sin tener que para las extracciones de otros pozos.

En la percusión a cable la toma de muestras y la determinación de la situación del techo y muro de los acuíferos se hace con mayor precisión que con los otros métodos de perforación, en los que el lodo (rotación) y el sistema de extracción de detritus (rotopercusión) enmascaran estas observaciones. La mayor precisión a la hora de establecer la columna litológica del son deo y la situación de los niveles productivos permitirá a la dirección de obra diseñar con mayor precisión las operaciones de terminación del pozo: entubaciones, filtros, desarrollos, colocación de bombas sumergibles, etc…

Figura nº 32: Terrenos kársticos

La percusión a cable es insustituible cuando los terrenos a perforar presentan cavernas o huecos (acuíferos kársticos) por lo que se escapan los lodos de perforación de la rotación inversa y el aire comprimido que necesita la rotopercusión para su funcionamiento.

Los principales  inconvenientes del método de percusión a cable son la menor velocidad de perforación, sobre todo en terrenos no coherentes en los que es necesario de realizar sucesivas entubaciones auxiliares para estabilizar las paredes del pozo, lo que, en algunos casos, impide llegar a grandes profundidades con los diámetros necesarios.

Por ello el tipo de terrenos mas adecuados para la utilización de este método de perforación y donde, hoy por hoy, son insustituibles son las grandes extensiones de terrenos carbonatados compuestos por calizas y dolomías, principalmente mesozoicas, donde se localizan los acuíferos kársticos que constituyen la parte mas importante de los recursos de aguas subterráneas de la Península Ibérica, tal como se puede ver en esta ultima figura.