Pozos perforados (pozo profundo)

En todo el mundo, cientos de miles de pozos perforados manualmente proporcionan a los habitantes de las zonas rurales agua para la agricultura, la industria y el uso doméstico. La perforación manual de pozos de agua para uso doméstico y productivo es muy común en zonas de Bangladesh y la India. Recientemente, esta técnica se ha introducido en algunas partes de América Latina, pero aún existe desconocimiento de su potencial para suministrar agua a bajo costo, lo que lleva a algunos profesionales del sector del agua a considerarla inaceptable (DANERT 2009). No obstante, la perforación manual puede resultar muy atractiva, pues puede ser llevada a cabo por pequeñas empresas locales.

Además de la construcción manual, los pozos también se pueden perforar mecánicamente. Los equipos de perforación van desde máquinas bastante simples hasta otras más sofisticadas y potentes, capaces de perforar más de 200 metros de profundidad (SMET y WIJK 2002). Particularmente, en regiones con acceso limitado a materiales de construcción, equipos, medios financieros y conocimientos, la perforación mecanizada solo juega un papel menor ya que no acorta el tiempo de construcción ni ofrece soluciones de bajo costo.

El principio básico de los pozos perforados es simple: se perfora un agujero en una masa de agua subterránea y luego se extrae el agua infiltrada con la ayuda de una bomba manual o mecanizada. En comparación con los pozos excavados, los diámetros de los pozos perforados son mucho menores: en un contexto rural, los pozos suelen tener un diámetro de 50 mm, mientras que los grandes complejos urbanos de extracción requieren agujeros de hasta 300 mm de diámetro (DANERT 2009; SMET y WIJK 2002). En términos de longitud, los pozos perforados manualmente alcanzan técnicamente hasta 200 metros, aunque una longitud máxima de 35 metros para los pozos perforados a mano es más común. Para pozos que se extienden a más de 50 metros, la perforación manual generalmente no representa una opción, haciendo que sea necesaria la perforación mecánica. El rendimiento del pozo en términos de cantidad depende de su profundidad y diámetro, la capacidad de recarga del acuífero y el desarrollo del pozo. Dado que el agua subterránea suele ser de calidad para el agua potable, con frecuencia no se requiere purificación. Sin embargo, los pozos perforados son susceptibles de contaminación a menos que sean operados, mantenidos y protegidos adecuadamente. Además, se debe prestar una atención estricta a la tasa de abstracción, ya que de ser muy elevada puede dar lugar a diversos efectos sobre el medio ambiente, como por ejemplo que: el nivel freático baje más allá del alcance de los pozos existentes; se sequen los humedales; haya intrusión de agua de mar en casos donde el pozo esté en áreas costeras; y, se imposibilite el uso agrícola por la formación de cráteres o colapso del suelo.

Antes de comenzar a diseñar y desarrollar cualquier tipo de fuente de agua, se debe realizar una evaluación inicial para poder administrar y desarrollar de manera eficiente los recursos hídricos. Esta evaluación incluye, por un lado, una estimación del balance de agua (es decir, recolección de datos hidrológicos, determinación del estado actual, tendencias del suministro de agua, un análisis de insumo-producto y un análisis de flujo de agua y materiales) y, por otro, una evaluación de los recursos hídricos (es decir, la evaluación y estudio sistemático de estos en relación con el impacto humano, por ejemplo, evaluación de la demanda, estimación de tendencias, análisis del uso y la calidad del agua). Al analizar el lado de la demanda, los problemas de asignación de agua juegan un papel vital. Eventualmente, esta evaluación puede conducir a un plan de desarrollo de recursos hídricos que describa el estado, la gestión y el desarrollo futuro de los mismos en un área o cuenca hidrográfica en particular.

Como primer paso para construir un pozo, se debe evaluar su ubicación, ya que es crucial para su éxito y sostenibilidad a largo plazo. No solo está determinado por factores físicos (por ejemplo, la geología, la hidrología, la proximidad al sitio real de uso), sino también por factores "blandos" (por ejemplo, aceptación de la comunidad, capacidades de operación y mantenimiento del pozo incluida la bomba, el tipo del uso del agua, hábitos locales, etc.). Los habitantes de las comunidades vecinas, así como ciertos tipos de vegetación (por ejemplo, plantas de banano, juncos, caña de azúcar, palmeras datileras) pueden ser una buena fuente de información sobre la presencia de aguas subterráneas poco profundas (COLLINS 2000).

Una vez seleccionado el lugar donde estará localizado el pozo entonces se debe perforar un agujero e instalar un revestimiento (tubería) permanente. De esta manera, para acceder al agua subterránea los trabajos de perforación deben incluir: romper o cortar la roca o suelo; retirar el material cortado del orificio y, de ser necesario, proporcionar soporte a las paredes de este para evitar el colapso mientras se perfora (WAL 2010); y, por último, ejecutar pruebas de bombeo y desarrollar el pozo.

Existe una gran cantidad de técnicas, pero, en general, se distinguen cuatro tipos distintos de perforación manual: con barrena (para comunidades con pocos recursos), a percusión (perforaciones hasta 25 m), por eliminación de lodos (perforaciones hasta 35 m) y por inyección de agua (WAL 2010). Estas técnicas se describen a continuación:

Perforación con barrena

La perforación con barrena se hace mediante barras de acero extensibles que se rotan o giran de forma manual y en cuyos extremos se pueden colocar diferentes tipos de brocas o barrenas. Una vez que se llenan de exceso de tierra cuando penetran rotando en el suelo, se deben sacar para ser vaciados. Por encima del nivel freático, el pozo generalmente permanece abierto sin necesidad de ningún tipo de soporte. Por debajo del nivel freático puede ser necesaria una carcasa temporal, para evitar que el pozo colapse. La perforación continúa dentro de la carcasa temporal usando un achicador (bailer), hasta que se alcanza la profundidad deseada. Es allí cuando se procede a instalar una carcasa permanente del pozo, retirando la temporal. Las brocas o barrenas se pueden usar hasta una profundidad de unos 15-25 metros, dependiendo del tipo de suelo, que podría ser arenoso, de arcilla suave o limo. Estas perforaciones tienen la ventaja de emplear equipos y/o herramientas económicas y que son fáciles de usar por encima de la capa freática. No obstante, podría ser difícil remover la carcasa temporal (WAL 2010).

Perforación manual a percusión

La perforación manual a percusión utiliza una herramienta pesada de corte (broca o barrena) que está unida a una cuerda o cable para cortar, martillar o fracturar el suelo. Esta herramienta se deja caer, una y otra vez, por su propio peso al orificio de perforación empleando un trípode. Al agujero se le añade agua que se mezcla con el material fracturado transformándose en lodo, que por un lado va consolidando las paredes del pozo perforado y, por el otro, hace que se eleven los fragmentos rocosos. También, hay que mencionar que se usa un achicador (bailer) que ayuda a extraerlos. La broca o barrena se sube de nuevo y se deja caer en el orificio tantas veces como se necesite. Al igual que ocurre en la perforación con barrena se puede usar una carcasa temporal de plástico o, preferiblemente, de acero para evitar que que el agujero se derrumbe o se hunda. En el momento de colocar la carcasa permanente, se debe retirar la temporal. Este tipo de perforación se utiliza para profundidades de hasta 25 metros y con suelos de arena, limo, arcilla dura, piedra arenisca, laterita, grava y rocas pequeñas. La ventaja está en que este método logra perforar formaciones duras, pero el equipo que se utiliza es bastante pesado y caro, además de que el proceso es lento en comparación con otros (WAL 2010).

Perforación manual por eliminación de lodos

La perforación por eliminación de lodos emplea la circulación de agua para llevar el suelo que se perfora a la superficie. Los tubos de perforación se mueven, progresivamente, hacia arriba y hacia abajo ayudados con un brazo de palanca. En el movimiento descendente, el impacto de la broca afloja el suelo, mientras que en el ascendente la parte superior del tubo se cierra a mano (o con válvula en algunos casos) permitiendo que el agua arrastre por la tubería el material fracturado hacia la superficie. En el siguiente movimiento descendiente, se retira la mano del tubo y el agua llega hasta un pequeño estanque que se ha excavado previamente junto a la perforación, donde el agua decantada se recircula y reúsa en el proceso. Se pueden agregar aditivos espesantes al agua para evitar que el orificio perforado colapse. Este tipo de perforación puede usarse hasta profundidades de unos 35 metros y donde el suelo puede ser de arena, limo, arcilla suave o dura y formaciones rocosas consolidadas. El proceso es muy fácil de aplicar y, además, no se requiere de carcasa temporal. La desventaja es que el nivel freático es desconocido durante la perforación (WAL 2010).

Perforación por inyección de agua

La perforación por inyección de agua se basa en la circulación y la presión del agua. A diferencia de la perforación por eliminación de lodos, el agua se inyecta a presión por las tuberías de perforación y sale por el fondo del agujero. Esa gran cantidad o volumen de agua tiene un efecto erosivo en la parte inferior del pozo y tanto ésta, como el material fracturado, se transportan a la superficie entre la tubería de perforación y la pared del pozo. Para lograr un flujo adecuado de agua se utiliza una bomba de motor o una bomba de pedal. El tubo de perforación puede tener simplemente un extremo abierto o se puede agregar una broca, usando además una rotación parcial o total del tubo de perforación. Se pueden agregar espesantes (aditivos) al agua para evitar el colapso de los orificios. La inyección (con rotación) se usa generalmente hasta profundidades de 35. Este tipo de perforaciones está limitado para suelos arenosos y con capas delgadas de arcilla suave, siendo muy rápidos en arena. La desventaja es que se necesita de mucho trabajo a la vez y que, además, el nivel freático es desconocido durante la perforación (WAL 2010).

Cada vez más, se usan una o dos técnicas en combinación (DANERT 2009) pero, sin embargo, es importante reconocer que un pozo perforado a la misma profundidad, en el mismo acuífero y debidamente hecho, será igualmente productivo independientemente del método de perforación que se use (UNICEF 2010). La elección de la técnica de perforación óptima depende, principalmente, de las condiciones geológicas e hidrológicas, así como de la experiencia y fondos económicos de las comunidades locales o los contratistas de perforación.

En lo que respecta a las perforaciones mecanizadas existen dos: perforación por martilleo en el fondo del agujero y perforación rotatoria. No obstante, este tipo de perforaciones requieren de la participación de mano de obra profesional, equipos y un presupuesto elevado, por lo que para zonas rurales de países en vías de desarrollo se consideran inadecuadas.

Después de perforar el agujero, se deben instalar varios elementos antes de que el pozo pueda ponerse en funcionamiento, es decir: la bomba; la plataforma que protege la abertura en la superficie de contaminantes o partículas que ingresan al pozo; el sello sanitario que es una capa impermeable, hecha preferiblemente de concreto, que evita la contaminación del pozo reteniendo las filtraciones a través del empaque de grava a lo largo del pozo; el revestimiento del pozo, tubo de PVC  que evita que este colapse y se filtren contaminantes; el filtro o rejilla del pozo que retiene los sedimentos mientras permite que el agua se infiltre en el pozo; y, el empaque de grava, compuesto de grava y arena graduada, sirve para rellenar el espacio entre el filtro y el pozo. Solo es necesario si el suelo circundante tiene un tamaño de grano más pequeño que el tamaño de la ranura de la pantalla (WATERAID s.f., BALL 2001; WAL 2010).  A continuación, se puede observar la siguiente figura con algunos de los elementos característicos de un pozo perforado:

Los pozos perforados pueden servir como suministro de agua para hogares individuales, para pequeñas comunidades rurales y para más áreas urbanas, dependiendo del tamaño del pozo (profundidad y diámetro) y las condiciones hidrológicas. La perforación manual es una solución práctica y de bajo costo para pozos de menos de 40 metros de profundidad en suelos aluviales o formaciones rocosas blandas (UNICEF 2010). Varias técnicas simples de perforación manual están disponibles para la mayoría de las condiciones geológicas; sin embargo, se necesita mano de obra experimentada y algunos equipos para la construcción. Debe tenerse en cuenta que, con la construcción, la provisión de agua aún no está garantizada, ya que el agua necesita, no sólo ser traída del fondo a la superficie con la ayuda de una bomba por fuerza humana o una bomba mecanizada, sino también distribuida. Se debe garantizar el mantenimiento adecuado de estos dispositivos (DANERT 2009).

Los pozos perforados para hacer uso de aguas subterráneas son tecnologías de captación que se encuentran dentro de los sistemas abastecimiento comunal por bombeo, sin tratamiento y con tratamiento, y fuentes pequeñas protegidas con transporte manual. Estos dos sistemas son aplicables para todos los escenarios  propuestos en esta herramienta. No obstante, debido a que se necesita un equipo técnico con habilidades y personal calificado, los pozos perforados no son idóneos para las poblaciones que no cuentan con capacidades ni recursos suficientes como para poder perforar a la profundidad en la que se encuentre la fuente.

En general, los pozos perforados son menos susceptibles a la contaminación en comparación con los pozos excavados. Aun así, particularmente en áreas con un desarrollo rápido, el riesgo de introducir contaminantes a la masa de agua subterránea a través del mismo agujero es considerablemente alto. La protección del pozo, por ejemplo, mediante la instalación de un sello sanitario apropiado (es decir, una plataforma) de material adecuado entre la carcasa permanente y el suelo circundante, es vital para un suministro de agua segura a largo plazo (SMET y WIJK 2002). Las medidas de protección adicionales, como el techo y la cerca, son fáciles de instalar y, además, muy efectivas para mantener la calidad del agua adecuada. Cuando se dude de la calidad del agua, se tiene que asegurar un tratamiento del agua, ya sea a nivel comunitario o en el hogar. Si las formaciones rocosas que contienen arsénico están presentes, los procesos de disolución pueden conducir a la contaminación natural con arsénico cuando el agua está expuesta al oxígeno en la superficie, lo que hace necesarias las tecnologías de eliminación de arsénico. Aunque los pozos perforados son menos susceptibles a la contaminación del agua subterránea en comparación con los pozos excavados, la construcción adecuada y la protección del pozo son vitales para optimizar un sistema local de gestión del agua a largo plazo. Se debe prestar especial atención a la tasa de extracción ya que pueden producirse efectos medioambientales y la intrusión de agua salada (solo en las zonas costeras). Si el calado es demasiado alto, los pozos pueden incluso secarse.

La operación de pozos perforados comprende el bombeo y la limpieza del área circundante, por lo que los miembros de la comunidad los pueden operar fácilmente por sí mismos. Sin embargo, también se incluye el mantenimiento de la bomba mecanizada o por fuerza humana, lo que requiere más habilidades y experiencia. Si la bomba no funciona, la extracción de agua es imposible. En cuanto a todas las fuentes de agua subterránea, la protección es vital para mantener la calidad del agua y, por lo tanto, es una parte integral de cualquier plan de mantenimiento.