Pozzi scavatiModifica
Fino ai secoli recenti, tutti i pozzi artificiali erano pozzi senza pompa scavati a mano con vari gradi di sofisticazione, e rimangono una fonte molto importante di acqua potabile in alcune aree rurali in via di sviluppo dove sono abitualmente scavati e utilizzati oggi. La loro indispensabilità ha prodotto una serie di riferimenti letterari, letterali e figurativi, ad essi, compreso il riferimento all’incidente di Gesù che incontra una donna al pozzo di Giacobbe (Giovanni 4:6) nella Bibbia e la filastrocca “Ding Dong Bell” su un gatto in un pozzo.
I pozzi scavati a mano sono scavi con diametri abbastanza grandi da ospitare una o più persone con pale che scavano fino a sotto la falda. Lo scavo è rinforzato orizzontalmente per evitare frane o erosioni che mettono in pericolo le persone che scavano. Possono essere foderati con pietre o mattoni; estendere questo rivestimento verso l’alto sopra la superficie del terreno per formare un muro intorno al pozzo serve a ridurre sia la contaminazione che le ferite da caduta nel pozzo. Un metodo più moderno chiamato “caissoning” utilizza anelli di pozzo prefabbricati in cemento armato o in calcestruzzo semplice che vengono calati nel foro. Una squadra di scavatori scava sotto un anello di taglio e la colonna del pozzo affonda lentamente nella falda acquifera, mentre protegge la squadra dal collasso del pozzo.
I pozzi scavati a mano sono poco costosi e a bassa tecnologia (rispetto alla trivellazione), poiché usano principalmente lavoro manuale per accedere all’acqua freatica nelle località rurali dei paesi in via di sviluppo. Possono essere costruiti con un alto grado di partecipazione della comunità, o da imprenditori locali specializzati in pozzi scavati a mano. Sono stati scavati con successo fino a 60 metri (200 piedi). Hanno bassi costi operativi e di manutenzione, in parte perché l’acqua può essere estratta a mano, senza una pompa. L’acqua proviene spesso da una falda acquifera o dall’acqua freatica, e può essere facilmente approfondita, cosa che può essere necessaria se il livello dell’acqua freatica scende, facendo scendere ulteriormente il rivestimento nella falda. La resa dei pozzi scavati a mano esistenti può essere migliorata approfondendo o introducendo tunnel verticali o tubi perforati.
Gli svantaggi dei pozzi scavati a mano sono numerosi. Può essere poco pratico scavare pozzi a mano in aree dove è presente roccia dura, e possono richiedere molto tempo per scavare e allineare anche in aree favorevoli. Poiché sfruttano le falde acquifere poco profonde, il pozzo può essere suscettibile alle fluttuazioni di rendimento e alla possibile contaminazione da acque superficiali, comprese le acque di scarico. La costruzione di pozzi scavati a mano richiede generalmente l’uso di una squadra di costruzione ben addestrata, e l’investimento di capitale per attrezzature come stampi ad anello in cemento, attrezzature di sollevamento pesanti, casseforme per pozzi, pompe di disidratazione motorizzate e carburante può essere grande per le persone nei paesi in via di sviluppo. La costruzione di pozzi scavati a mano può essere pericolosa a causa del collasso del pozzo, della caduta di oggetti e dell’asfissia, anche a causa dei fumi di scarico della pompa di disidratazione.
Il Woodingdean Water Well, scavato a mano tra il 1858 e il 1862, è il pozzo più profondo scavato a mano a 392 metri (1.285 piedi). Il Big Well a Greensburg, Kansas è presentato come il più grande pozzo scavato a mano del mondo, con 109 piedi (33 m) di profondità e 32 piedi (9,8 m) di diametro. Tuttavia, il Pozzo di Giuseppe nella Cittadella del Cairo a 280 piedi (85 m) di profondità e il Pozzo di S. Patrizio costruito nel 1527 a Orvieto, Italia, a 61 metri (200 ft) di profondità per 13 metri (43 ft) di larghezza sono entrambi più grandi per volume.
Pozzi guidatiModifica
I pozzi guidati possono essere creati molto semplicemente in materiale non consolidato con una struttura del foro del pozzo, che consiste in una punta di guida temprata e uno schermo (tubo perforato). Il punto è semplicemente martellato nel terreno, di solito con un treppiede e un driver, con sezioni di tubo aggiunte come necessario. Un driver è un tubo appesantito che scorre sopra il tubo che viene guidato e viene ripetutamente fatto cadere su di esso. Quando si incontra l’acqua freatica, il pozzo viene lavato dai sedimenti e viene installata una pompa.
Pozzi trivellatiModifica
I pozzi trivellati sono tipicamente creati usando macchine di perforazione a testa superiore di tipo rotativo, rotativo da tavolo o a cavo, tutte che usano steli di perforazione che vengono girati per creare un’azione di taglio nella formazione, da cui il termine perforazione.
I pozzi trivellati possono essere scavati con semplici metodi di perforazione a mano (augering, sludging, jetting, driving, hand percussion) o a macchina (rotativa, percussione, down the hole hammer). Il metodo di perforazione rotativa Deeprock è il più comune. La rotazione può essere usata nel 90% dei tipi di formazione.
I pozzi trivellati possono ottenere acqua da un livello molto più profondo di quanto possano fare i pozzi scavati – spesso fino a diverse centinaia di metri.
I pozzi trivellati con pompe elettriche sono usati in tutto il mondo, tipicamente in aree rurali o scarsamente popolate, anche se molte aree urbane sono fornite in parte da pozzi comunali. La maggior parte delle macchine per la perforazione di pozzi poco profondi sono montate su grandi camion, rimorchi o carrelli di veicoli cingolati. I pozzi d’acqua tipicamente vanno da 3 a 18 metri (10-60 piedi) di profondità, ma in alcune aree possono andare più in profondità di 900 metri (3.000 piedi).
Le macchine di perforazione rotanti usano una stringa di perforazione segmentata in acciaio, tipicamente composta da sezioni di 6 m (20 piedi) di tubi in acciaio galvanizzato che sono infilati insieme, con una punta o altro dispositivo di perforazione all’estremità inferiore. Alcune macchine di perforazione a rotazione sono progettate per installare (guidando o perforando) un rivestimento d’acciaio nel pozzo in congiunzione con la perforazione del foro effettivo. L’aria e/o l’acqua sono usate come fluido di circolazione per spostare i detriti e raffreddare le punte durante la perforazione. Un’altra forma di perforazione in stile rotativo, chiamata fango rotativo, fa uso di un fango appositamente fatto, o fluido di perforazione, che viene costantemente alterato durante la perforazione in modo che possa costantemente creare abbastanza pressione idraulica per tenere le pareti laterali del foro aperto, indipendentemente dalla presenza di un rivestimento nel pozzo. Tipicamente, i pozzi trivellati in roccia solida non vengono rivestiti fino a quando il processo di perforazione non è completato, indipendentemente dal macchinario utilizzato.
La forma più antica di macchinario di perforazione è l’utensile a cavo, usato ancora oggi. Specificamente progettato per sollevare e abbassare una punta nel foro, il lancio del trapano provoca il sollevamento e la caduta della punta sul fondo del foro, e il design del cavo provoca la torsione della punta a circa 1⁄4 giro per caduta, creando così un’azione di perforazione. A differenza della perforazione a rotazione, la perforazione con utensile a cavo richiede che l’azione di perforazione sia fermata in modo che il foro possa essere svuotato o svuotato dei residui della perforazione.
I pozzi perforati sono solitamente rivestiti con un tubo fatto in fabbrica, tipicamente in acciaio (nella perforazione a rotazione ad aria o con utensile a cavo) o in plastica/PVC (nei pozzi a rotazione di fango, presenti anche nei pozzi perforati nella roccia solida). Il rivestimento è costruito saldando insieme, chimicamente o termicamente, segmenti di rivestimento. Se il casing viene installato durante la perforazione, la maggior parte delle trivelle spinge il casing nel terreno mentre il foro avanza, mentre alcune macchine più recenti permettono al casing di essere ruotato e perforato nella formazione in modo simile alla punta che avanza appena sotto. Il PVC o la plastica sono tipicamente saldati e poi calati nel pozzo perforato, impilati verticalmente con le loro estremità annidate e incollate o giuntate insieme. Le sezioni di rivestimento sono solitamente di 6 metri (20 piedi) o più di lunghezza, e da 6 a 12 pollici (da 15 a 30 cm) di diametro, a seconda dell’uso previsto del pozzo e delle condizioni locali delle acque sotterranee.
La contaminazione superficiale dei pozzi negli Stati Uniti è tipicamente controllata dall’uso di un sigillo superficiale. Un grande foro è praticato fino a una profondità predeterminata o a una formazione confinante (argilla o bedrock, per esempio), e poi un foro più piccolo per il pozzo è completato da quel punto in avanti. Il pozzo è tipicamente rivestito dalla superficie fino al foro più piccolo con un rivestimento che ha lo stesso diametro di quel foro. Lo spazio anulare tra il foro grande e il rivestimento più piccolo viene riempito con argilla bentonitica, cemento o altro materiale sigillante. Questo crea un sigillo impermeabile dalla superficie allo strato confinante successivo che impedisce ai contaminanti di viaggiare lungo le pareti laterali esterne del rivestimento o del foro e nella falda acquifera. Inoltre, i pozzi sono tipicamente tappati con un tappo o un sigillo ingegnerizzato che fa fuoriuscire l’aria attraverso uno schermo nel pozzo, ma impedisce a insetti, piccoli animali e persone non autorizzate di accedere al pozzo.
Al fondo dei pozzi, in base alla formazione, viene lasciato un dispositivo di schermatura, un pacchetto filtrante, un rivestimento scanalato o un foro aperto per consentire il flusso dell’acqua nel pozzo. Gli schermi costruiti sono tipicamente usati in formazioni non consolidate (sabbie, ghiaie, ecc.), permettendo all’acqua e a una percentuale della formazione di passare attraverso lo schermo. Permettendo il passaggio di un po’ di materiale, si crea un filtro a grande area dal resto della formazione, mentre la quantità di materiale presente per passare nel pozzo diminuisce lentamente e viene rimosso dal pozzo. I pozzi rocciosi sono tipicamente rivestiti con una fodera/cassa in PVC e uno schermo o un rivestimento scanalato sul fondo, questo è per lo più presente solo per evitare che le rocce entrino nel gruppo della pompa. Alcuni pozzi utilizzano un metodo a pacchetto filtrante, dove uno schermo sottodimensionato o un involucro scanalato è posto all’interno del pozzo e un mezzo filtrante è imballato intorno allo schermo, tra lo schermo e il foro o l’involucro. Questo permette all’acqua di essere filtrata dai materiali indesiderati prima di entrare nel pozzo e nella zona di pompaggio.
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Un sistema automatico di pozzo d’acqua alimentato da una pompa a getto
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Un sistema di pozzo automatico alimentato da una pompa sommersa
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Un sistema di pozzo con cisterna
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Un sistema di pozzo d’acqua con cisterna pressurizzata
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Una sezione di un pozzo schermato in acciaio inossidabile