Hand dug wells/es

Un pozo excavado a mano es un tipo de pozo de agua que se construye utilizando únicamente herramientas manuales sencillas. Los pozos excavados a mano se utilizan en todo el mundo y constituyen una fuente de agua extremadamente eficaz para innumerables países en desarrollo. Sin embargo, un pozo mal mantenido es completamente ineficaz e incluso puede contaminar todo el acuífero . Por lo tanto, con 780 millones de personas aún sin acceso a agua potable mejorada, según lo establecido por la Organización Mundial de la Salud ^{[ 1 ],} es imperativo que todos los pozos se construyan, operen y mantengan adecuadamente para garantizar agua potable limpia durante toda su vida útil.

Agua subterránea

El agua subterránea es una de las fuentes de agua dulce más abundantes del mundo. Se estima que hay 35 veces más agua subterránea que todos los ríos, lagos de agua dulce, lagos salados y mares interiores. ^{[ 2 ]} Sin embargo, dado que el agua subterránea es mucho más difícil de obtener, a menudo utilizamos nuestras fuentes superficiales de agua dulce. Desafortunadamente, estas fuentes superficiales solo representan el 0,3 % del agua dulce de la Tierra, mientras que el 30,1 % corresponde a agua subterránea. El 68,7 % restante proviene de glaciares y casquetes polares, y el 0,9 % restante se atribuye a otros recursos. ^{[ 3 ]} Por todas las razones mencionadas, es imperativo que el agua subterránea se convierta en una fuente principal para el consumo de agua dulce.

Flujo de agua subterránea

El flujo de agua subterránea puede ocurrir de dos maneras: interflujo y flujo base . ^{[ 4 ]} El interflujo es cuando el agua fluye a través de la zona vadosa y el flujo base es cuando el agua fluye directamente hacia abajo a través de la zona no saturada a la zona saturada y eventualmente se convierte en recarga para otra fuente.

Localización de aguas subterráneas

La localización de una fuente adecuada de agua subterránea es el primer paso para construir un pozo excavado a mano. Si la fuente de agua está contaminada o no es lo suficientemente abundante para su uso, el pozo pronto quedará abandonado. Existen innumerables métodos tecnológicamente avanzados y bien documentados para localizar agua subterránea, como la teledetección , los métodos gravimétricos y magnéticos (incluidos los estudios aerogravimétricos y aeromagnéticos ), los métodos sísmicos , eléctricos , electromagnéticos y radiactivos. ^{[ 5 ]} Sin embargo, estos métodos suelen ser costosos y no son adecuados para situaciones en las que se pretenda construir pozos excavados a mano.

La ubicación de otras fuentes de agua superficial es un indicador clave de la presencia de agua subterránea. Si existen fuentes de agua superficial, lo mejor es utilizar la topografía del terreno para determinar la ubicación adecuada del pozo. Si no existen otras fuentes de agua superficial, los mapas topográficos de la zona son el mejor método para localizar agua subterránea. Si no están disponibles y no se pueden crear fácilmente, el siguiente mejor método es buscar dónde se han construido pozos anteriores. Al utilizar este método, se debe analizar la tasa de recarga del pozo ya construido para determinar si la fuente de agua subterránea es suficiente para un segundo pozo. La existencia de un pozo anterior también brinda la oportunidad de analizar el agua subterránea en busca de contaminación. Si el pozo original ha sido abandonado, se debe tener precaución antes de construir un segundo. Se debe determinar la tasa de recarga del acuífero, así como analizar cualquier contaminación que pudiera haber provocado el cierre del pozo. Los métodos para esto se detallan a continuación.

Cuando ninguno de los indicadores anteriores está presente, se necesita un enfoque más geofísico. El método más fundamental para localizar agua subterránea es observar la topografía del terreno. El agua subterránea siempre fluirá por el gradiente hidráulico desde lugares de mayor altura a áreas de menor altura por la fuerza de la gravedad. La presencia de cualquier otro cuerpo de agua es asimismo una clara indicación de agua subterránea. Además, la existencia de ciertas formaciones de roca, suelo y plantas siempre servirá como base para cualquier existencia de agua subterránea. Se ha encontrado que grandes cantidades de agua subterránea poco profunda son más comunes debajo de un valle que debajo de una montaña. ^{[ 6 ]} De manera similar, el nivel freático tiende a ser más alto debajo de las áreas con la superficie más alta, como las cimas de las colinas, y desciende cerca de las áreas de menor superficie, como los valles. ^{[ 7 ]} Si la región es árida, entonces las plantas abundantes en agua, como el cedro salado y los álamos, son indicadores de agua subterránea. ^{[ 8 ]} Sin embargo, el indicador más seguro de agua subterránea son las formaciones de roca y suelo y su porosidad.

Formación de acuíferos

Los acuíferos son capas de roca (posiblemente roca fracturada) o sedimentos dentro de la región saturada que contienen abundante agua subterránea que fluye libremente. ^{[ 9 ]} Las dos características más importantes de un acuífero son su porosidad y permeabilidad . Un acuífero debe ser lo suficientemente poroso para almacenar agua y, al mismo tiempo, lo suficientemente permeable para permitir su flujo sin obstáculos. Un material puede ser muy poroso y, sin embargo, debido a la geometría del empaquetamiento de grano, no ser muy permeable.

Existen dos categorías básicas de acuíferos según las capas que los rodean: confinados y libres. Si un acuífero se encuentra bajo la superficie del suelo, donde el agua puede filtrarse directamente, se clasifica como libre; el nivel freático suele ser la capa superior de un acuífero libre. Un acuífero confinado, por otro lado, tiene una capa de material impermeable por encima.

La composición de las capas del suelo es el principal indicador del potencial acuífero. Algunos de los materiales acuíferos más productivos son la arena o grava limpia y gruesa, la arenisca gruesa y porosa, la roca volcánica fragmentada, la caliza cavernosa, el basalto y las rocas ígneas y metamórficas fracturadas. Los materiales acuíferos deficientes son la arcilla, el limo, las rocas cristalinas y cualquier otro material denso, no poroso e impermeable. Una forma de determinar la composición del suelo es localizar un acantilado cercano y analizar sus capas de roca. Si bien las capas del acantilado no pueden considerarse exactamente iguales a las del área circundante, pueden utilizarse como un punto de partida adecuado.

Construcción

Seguridad

Se debe extremar la seguridad de los trabajadores en todo momento. Toda la construcción debe realizarse bajo la supervisión de un técnico experto. Siempre debe haber presente una persona con capacitación reciente en primeros auxilios, así como un botiquín de primeros auxilios a mano. La comunicación con los servicios de emergencia debe ser siempre eficaz. Cada trabajador debe estar equipado con el equipo de seguridad adecuado, como cascos y máscaras de respiración. Las máscaras de respiración deben usarse siempre mientras se trabaja dentro del pozo. Además, todos los trabajadores que manipulen equipos o herramientas deben recibir la capacitación adecuada en su uso, y cada herramienta debe inspeccionarse antes del inicio de cada jornada para verificar su correcto funcionamiento. Todas las herramientas deben colocarse aproximadamente a cinco yardas (4,5 m) del pozo para evitar que se introduzcan accidentalmente. Se deben elaborar planes para situaciones de emergencia, como colapso del pozo, mal funcionamiento del equipo y el caso de que un trabajador se lesione o incluso quede inconsciente dentro del pozo. Considere crear señales claras y fáciles de usar sobre el funcionamiento del equipo, especialmente las relacionadas con la elevación de trabajadores y herramientas al pozo. Un conjunto de señales auditivas podría ser el siguiente:

• una parada de sonido
  
• dos sonidos más bajos
  
• tres sonidos-polipasto
  
• Cuatro sonidos - personal de elevación
  

También debería haber una señal distinta utilizada sólo para emergencias.

Riesgos para la salud

Trabajar dentro de un pozo puede suponer innumerables riesgos respiratorios, entre los que destacan la deficiencia de oxígeno y la supresión de polvo. Dependiendo del tipo de suelo excavado, pueden presentarse en la atmósfera riesgos de metano, dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, vapores de gasolina y diésel, y óxido nitroso (si se utilizan explosivos). ^{[ 10 ]} Por estas razones, es fundamental que el sitio sea inspeccionado por personal cualificado antes de la construcción. Los trabajadores deben usar siempre mascarillas respiratorias mientras trabajan dentro o alrededor del pozo y deben procurar mantener la perforación lo más ventilada posible. De ser posible, siempre debe haber un dispositivo que mida el contenido de oxígeno para informar a los trabajadores sobre las condiciones de trabajo peligrosas.

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional define una atmósfera deficiente en oxígeno como una atmósfera con menos del 19,5 % de oxígeno por volumen. ^{[ 11 ]} Una técnica rudimentaria para comprobar los niveles de oxígeno consiste en encender un encendedor de butano. Una llama de butano necesita un contenido de oxígeno de al menos el 16 %. La atmósfera tiene un contenido de oxígeno de aproximadamente el 21 %. ^{[ 12 ]} Por lo tanto, si un encendedor de butano no puede mantenerse encendido, las condiciones de trabajo se han vuelto inseguras para la continuidad de la ocupación.

Ubicación

Como se mencionó anteriormente, el primer paso para la correcta ubicación de un pozo es comprender los principios del flujo freático y la formación de acuíferos. La productividad y longevidad de un pozo de agua dependen de un acuífero adecuado, por lo que la ubicación debe elegirse en consecuencia. Por lo tanto, lo ideal es que el pozo se ubique lo más cerca posible de una fuente o recarga. Sin embargo, también es importante que el suelo sea de un material que permita excavar profundamente con herramientas manuales sencillas.

Además de los factores hidrológicos generales, también deben tenerse en cuenta las consideraciones sanitarias básicas para la ubicación de los pozos. No se debe excavar un pozo cerca de letrinas ni vertederos. Además, no debe ubicarse cerca de zonas habitadas o utilizadas por animales. El agua que se filtra a través de estos suelos puede contaminarlo. También se ha observado que los pozos ubicados a menos de 30 metros de un río muestran un aumento estadístico significativo en la presencia de coliformes totales. ^{[ 13 ]} Una vez elegida la ubicación adecuada, se debe despejar el área para maximizar la eficiencia del trabajo. A continuación, se presenta una tabla con las distancias recomendadas respecto a diversos posibles contaminantes. ^{[ 14 ]}

Si existen otros pozos, es importante no ubicar el nuevo pozo demasiado cerca de los ya establecidos. Colocar dos pozos demasiado cerca interferirá en sus respectivas tasas de bombeo. La distancia entre los pozos también debe considerarse en relación con el costo de la posible conexión a un sistema de tuberías. Se ha comprobado que el espaciamiento óptimo entre pozos, tanto hidrológica como económicamente, se puede describir mediante la siguiente ecuación para dos pozos que bombean al mismo caudal desde un acuífero de gran extensión: ^{[ 15 ]}

os=2.4incógnita108dopagQ2kTdónde

os:Espaciamiento óptimo entre pozos (pies).
dopag:Costo de elevar un galón de agua 1 pie, que consiste principalmente en cargos de energía y equipo, en dólares
k:Costo capitalizado de mantenimiento, depreciación, costo original de la tubería, etc. en dólares por año por pie de distancia intermedia
Q:La tasa de bombeo de cada pozo (gpm)
T:El coeficiente de transmisibilidad (gpd/ft)

Para los pozos en los que Q y T no tienen importancia práctica y el acuífero tiene menos de 100 pies de espesor, se recomienda que los pozos se ubiquen al menos a 2 m de distancia. ^{[ 16 ]} Si uno de los pozos ya establecidos es un pozo de eliminación, entonces la distancia apropiada, suponiendo un acuífero isótropo extensa en área, está dada por: ^{[ 17 ]}

od=2QdTIdónde

od:Distancia permisible entre pozos de producción y disposición para evitar la recirculación del agua (pies)
Qd:Tasa de bombeo y eliminación (gpd)
T:Coeficiente de transmisibilidad (gpd/ft)
I:Gradiente hidráulico natural del nivel freático (ft/ft)

Métodos

Las técnicas de construcción de pozos excavados a mano han sido documentadas exhaustivamente por diversos autores. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} A continuación, se presenta una recopilación de sus hallazgos y se pretende ofrecer un resumen general. Antes de comenzar cualquier construcción, se debe realizar un estudio completo sobre los métodos de construcción segura de pozos excavados a mano.

Hundimiento del cajón

Este método de perforación de pozos es más seguro y sencillo que el método de perforación y revestimiento que se explica a continuación. La perforación con cajones es más sencilla, requiere menos mano de obra, materiales y, en última instancia, costos. Dado que la perforación con cajones implica revestir todo el pozo con cajones, este método se beneficia de la simplicidad de usar menos materiales.

El pozo se excava inicialmente a una profundidad donde las paredes del suelo aún son fuertes; cinco metros es un buen punto de partida. A continuación, los cajones se bajan de forma adecuada y segura al pozo. El primer cajón bajado debe nivelarse completamente antes de colocar los demás sobre él. Si el cajón inferior se asienta incluso en un ligero ángulo, el revestimiento del pozo puede deformarse considerablemente al apilarse cada cajón. Después de bajar y nivelar el primer nivel de cajones, únalos temporalmente. Esto es para asegurar que, una vez que se reanude la excavación, el cajón inferior no se deslice. Al excavar por debajo del cajón inferior, es importante excavar lenta y uniformemente, comenzando por el centro y avanzando hacia afuera. El cajón debe hundirse por su propio peso y el peso de los que están apilados encima.

Fregadero y línea

El método de hundimiento y revestimiento de pozos se realiza in situ durante la excavación; por estas razones, a menudo se denomina vaciado in situ . Esta práctica implica excavar a una profundidad aproximada de 5 metros y revestir el pozo con contraventanas. Sin embargo, esta profundidad puede modificarse según la resistencia del suelo. Debe haber un espacio igual al espesor de pared deseado entre las contraventanas y el borde interior del pozo excavado; un espesor de pared de 7 a 10 cm es un límite adecuado. Una vez instalados correctamente las contraventanas en los primeros cinco metros, se rellena con hormigón detrás de ellas. Una vez fraguado el hormigón, se retiran las contraventanas y se continúa la excavación para preparar el segundo juego de contraventanas. Este proceso de excavación, revestimiento con contraventanas y relleno de hormigón continúa hasta alcanzar el nivel freático. Una vez alcanzado el nivel freático, se continúa la excavación del cajón hasta alcanzar la profundidad deseada del pozo.

Recursos

A continuación, encontrará enlaces a recursos relacionados con la construcción de pozos excavados a mano utilizando los métodos mencionados. Cada recurso abarca a fondo la construcción de un pozo excavado a mano, incluyendo prácticas de seguridad, riesgos para la salud, herramientas, equipos y organización del lugar de trabajo.

Fregadero y línea ^{[ 22 ]}

Hundimiento del cajón ^{[ 23 ]}

Revestimiento de pozos

Se han utilizado varios materiales para revestir pozos en el pasado, como madera, mampostería (ladrillo o piedra), alcantarilla, hormigón de cal, hormigón de cemento y hormigón armado. ^{[ 24 ]} La mayoría de estos materiales se han descartado debido a varias deficiencias, como la falta de resistencia y la exigencia de un mantenimiento continuo. Al final, el hormigón de cemento y el hormigón armado han demostrado ser los más fiables. Una ventaja del hormigón armado sobre el cemento es que no necesita ser tan grueso debido a su soporte estructural añadido. Independientemente del método que se utilice, los tres metros superiores del pozo siempre deben estar completamente sellados. De lo contrario, es probable que el agua que circula por las capas superiores del suelo que no han tenido tiempo de filtrarse y descontaminarse entre en el pozo. Al revestir el pozo, algunos argumentan que se debe mezclar un hormigón más poroso (hormigón mezclado sin arena) o se deben crear agujeros de drenaje en los cajones inferiores durante su vaciado. Se recomiendan ambos métodos para un mayor flujo del acuífero hacia el fondo del pozo. Sin embargo, otros también han argumentado en contra de la integridad estructural del hormigón poroso y afirman que el agua fluirá naturalmente a través de las juntas del cajón. No existe evidencia sustancial a favor ni en contra de ninguna de estas prácticas.

Fuerza de colapso

Sea cual sea el revestimiento del pozo elegido, lo más importante es que sea estructuralmente lo suficientemente resistente como para resistir el colapso. Un revestimiento débil puede agrietarse y permitir que el agua superficial contaminada se filtre al pozo. Cleindeinst propuso un método para calcular la presión de colapso de un pozo: ^{[ 25 ]}

PAGdo=2mi1−Tú21(del)(del−1)dónde

PAGdo:Presión crítica de colapso (psi)
mi:Módulo de elasticidad
Tú:coeficiente de Poisson
d:Diámetro exterior del revestimiento (pulg.)
el:Espesor del revestimiento (pulg.)

Si se trata de un revestimiento de doble pared, la presión de colapso viene dada por ^{[ 26 ]}

PAG=(6.25incógnita106)(0.65)(Dmetroel)(Dmetroel−1)2dónde

PAG:Presión de colapso (psi)

y los términosely el diámetro medioDmetroviene dado por

Dmetro=D1+D22

el=(T12+T22)dónde

D1:diámetro interior del revestimiento (pulg.)
D2:diámetro exterior del revestimiento (pulg.)

T1:Espesor de la junta interior (pulg.)
T2:Espesor de la junta exterior (pulg.)

Si el revestimiento del pozo está hecho de un material perforado, entonces el límite elástico viene dado por: ^{[ 27 ]}

YsSy(πDmetroel)

Ys:Resistencia a la fluencia (lb)
Dmetro:Diámetro medio como se describe arriba (pulg.)
el:espesor del revestimiento

Cabeza de pozo

El tipo de cabezal de pozo elegido depende del método de extracción de agua. Si se elige un tipo de bomba adecuado, el cabezal puede sellar completamente el pozo con solo la bomba penetrando en él. Si el agua se extraerá mediante un método más manual, como un sistema de poleas y cangilones, se necesita un cabezal de pozo desmontable. Independientemente del tipo de cabezal de pozo, es importante que tenga algunas propiedades clave: En primer lugar, si el cabezal es desmontable, debe ser capaz de sellar completamente el pozo y cerrarse de forma segura. Esto es imperativo para reducir las posibilidades de contaminación. Con frecuencia, los cabezales de pozo en mal estado o la ausencia total de ellos son las causas de la contaminación del pozo y su cierre final. En un estudio se encontró que el 71% de los pozos con cabezales sueltos y sin sellar están contaminados con bacterias coliformes totales. ^{[ 28 ]} Si el cabezal del pozo se puede desmontar, se debe construir una plataforma para reducir las posibilidades de que se introduzcan objetos extraños o se caigan accidentalmente en el pozo.

Toma de pozo

La entrada del pozo debe cubrirse con una malla para filtrar las partículas de roca. Sin embargo, es posible que algunos desconozcan que el tamaño de la malla también determina el caudal del acuífero hacia el pozo; no solo su permeabilidad, sino también su longitud y diámetro. Se ha comprobado que una malla reduce el radio efectivo del pozo mediante la siguiente ecuación: ^{[ 29 ]}

omi=oApagAdodónde

omi:Radio efectivo del pozo
o:Radio real de la pantalla
Apag:Área de perforaciones en la pantalla
Ado:Área de la pared del cilindro del pozo

También se ha encontrado que la longitud de la pantalla afecta directamente la descarga del acuífero hacia el pozo mediante la siguiente ecuación: ^{[ 30 ]}

Yo=QAmiVdo(7.48)

Yo:Longitud de la pantalla (pies)
Q:Descarga (gpm)
Ami:Área abierta efectiva/pie de pantalla (pies cuadrados/pies cuadrados) p. ej., aproximadamente la mitad del área abierta real
Vdo:Velocidad crítica (fpm), por ejemplo, velocidad por encima de la cual se transporta la partícula de arena.

Dimensiones

La profundidad y el diámetro de un pozo varían según la tasa de recarga deseada por el diseñador y la capacidad de excavación. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, otros factores, como el tamaño de la malla, también afectan el radio efectivo del pozo. Además, un estudio reveló que el 71 % de los pozos con una profundidad inferior a 60 metros dieron positivo en las pruebas de coliformes totales. ^{[ 31 ]}

Ecuaciones gobernantes

Para la descarga de un acuífero confinado o no confinado de flujo constante que se extiende infinitamente tenemos: ^{[ 32 ]}

Q=2πKmetro(h2−ho)en⁡o2oodónde

Q:descargar
K:conductividad hidráulica
metro:profundidad del acuífero
h2 y ho:niveles de cabeza por encima del lecho impermeable
o2 y oo:distancia radial de los respectivos niveles de cabeza

Si se trata de un acuífero libre entonces

Q=πK(h22−ho2)en⁡o2oo

Para hallar la tasa de descenso para una distancia radial constante r: ^{[ 33 ]}

ΔD=D2−D1=2.3Q4πTregistro⁡el2el1

ΔDReducción por ciclo logarítmico de tiempo
el2el1tiempo

== Referencias ==

Datos de la página

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)
Autores	Khale
Licencia	CC-BY-SA-3.0
Idioma	Inglés (en)
Traducciones	Tamil , hindi , español
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Creado	8 de abril de 2012 por Khale
Última edición	11 de abril de 2023 por Irene Delgado
Citar como	Khale (2012–2023). «Pozos excavados a mano» . Appropedia . Consultado el 16 de agosto de 2025 .
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