Desde fines de los años 2000 se ha hecho más agudo el problema de la escasez de agua en la cuenca del río Ica. Los factores que causan esta situación son el fuerte crecimiento agroexportador, el crecimiento poblacional y los efectos del cambio climático. Asimismo, la política pública desde los años 90 ha promovido la inversión privada y la agro-exportación en la costa peruana; y es responsable en parte de la escasez de agua en Ica y deterioro de los acuíferos. Sin embargo, dado el problema, la capacidad de Estado para enfrentar la emergencia hídrica está relativamente neutralizada dentro de las relaciones de poder existentes en Ica; y presenta debilidad incluso para el cumplimiento de sus propias disposiciones como es el caso de la restricción a perforar nuevos pozos de agua a fin de garantizar la sostenibilidad de los acuíferos.

Los problemas para el abastecimiento de agua potable en la costa peruana han sido una preocupación para los agricultores, población y tomadores de decisiones de larga data. Aunque se identifica una potencialidad para la producción y los cultivos en esta región geográfica, la actividad sigue siendo condicionada por factores económicos, ecológicos, sociales y políticos. En esta investigación me propongo explicar cómo es que la tecnología de pozos subterráneos ha logrado superar algunas de estas limitaciones y a la par ha generado otros escenarios de cambio ecológico, social y político. El distrito de La Yarada-Los Palos, región Tacna, es el caso de estudio y para ello se investigó el proceso histórico del distrito, junto con los aspectos políticos e institucionales relacionados a la gestión del agua subterránea. Como resultado de la investigación, se evidenció que los pozos subterráneos participan en las decisiones de las organizaciones de riego a la vez que condicionan y disciplinan a los regantes. Desde una dimensión simbólica, los pozos subterráneos son resignificados, para ser entendidos como parte de las relaciones entre naturaleza-tecnología-sociedad, como microcuencas. Por otro lado, se evidenció que el modelo de agroexportación, además de vulnerar los sistemas ecológicos también vulnera derechos laborales de los y las trabajadoras de las chacras diferenciadamente. / Water supply has long been an important concern of landowners, local residents, and decision makers in the coastal region of Peru. Although there is strong potential for irrigated cultivation in this region, this activity is conditioned by economic, ecological, social, and political factors. The aim in this research is explain how tube well technology has overcome some of these limitations while simultaneously generating new scenarios of social, ecological, and political change. This study focuses on the district La Yarada—Los Palos (Tacna). It researches the history of the district, as well as other political and institutional aspects related to the management of groundwater. The results of this study demonstrate the agency, or participation, of the tube well technology in the decision-making processes of irrigation institutions as well as their role in conditioning and disciplining farmer activities. From a symbolic perspective, the tube wells are understood as “micro-watersheds”, they are thus re-signified as components of a nature-technology-society relationship. However, this relationship, which supports the agro-export model, is shown to erode ecological conditions as well as the labor rights of the farm workers, affecting male and female farm workers in different ways.

[pt] Nesta tese, a teoria das hastes de Cosserat é revisitada e aplicada à dinâmica de coluna de perfuração. O objetivo é estudar o comportamento dessas estruturas dentro de poços de petróleo curvos. Para atingir este objetivo, um modelo estrutural determinístico é construído onde as tubos de perfuração (drill-pipes) e o conjunto de fundo (bottom hole assembly) são considerados como uma estrutura unidimensional de Cosserat. Em seguida, é desenvolvida uma estratégia para tratar o contato lateral em poços com configuração curvilínea. Depois disso, o problema de contorno livre é tratado mediante uma estratégia que considera como a condição de borda evolui à medida que a estrutura de perfuração avança. Isto é feito mediante uma formulação de interação broca-rocha que deve considerar a dinâmica de corte. Para isso, uma equação extra, de advecção, é resolvida junto com as equações de movimento de Cosserat. Em seguida, alguns casos de aplicação são apresentados. Numa primeira instancia, alguns elementos do problema são avaliados separadamente. Seguidamente, eles são integrados e analisados de forma conjunta. Por exemplo, primeiramente uma coluna de perfuração sem contato de fundo (off-bottom) é simulada, ou seja, sem contato broca-rocha, para estudar o comportamento e a implementação da estratégia para o contato lateral. Aqui também são calibrados alguns dos parâmetros do modelo de atrito. Em seguida, a estratégia para contabilizar o corte na rocha é implementada em um modelo 2-DOF de baixa dimensão e em um semi-discreto onde a dinâmica de torção é modelada como uma equação de onda. Os resultados mostram que o uso de abordagens contínuas resulta mais apropriade que aquelas onde se utilizam modelos de baixa dimensãom, particularmente quando são consideradas colunas longas, e quando há interesse em analisar não apenas o comportamento da broca, mas também o comportamento do sistema mecânico ao longo dos tubos de perfuração. Isso é reforçado por outro exemplo onde a dinâmica de corte é combinada com a formulação de Cosserat. Observações semelhantes do ponto de vista qualitativo são encontradas. Resumindo os resultados obtidos, as diferenças nas previsões dadas pelos modelos de baixa dimensão e o de unidimensional de Cosserat justificam o desenvolvimento e aplicação da abordagem com esta formulação em estruturas de perfuração. Finalmente, a modo de introduzir outro aspecto importante em colunas de perfuração e que pode ser uma linha de pesquisa para continuar o trabalho, a variabilidades presente em elementos como rocha, inclui-se um caso de aplicação considerando um poço horizontal e um campo estocástico de atrito. / [en] In this thesis, the theory of Cosserat rods is applied to the dynamics of drill-strings. The main objective is to evaluate the behaviour of these strings when they move within curved wells. To achieve this goal, a deterministic structural model is constructed, where the drill-pipes and the bottom hole assembly are taken as a Cosserat rod. Next, a strategy to deal with the lateral contact in curved well configurations is developed. After that, the free boundary problem is assessed: while drilling, the boundary changes due to cutting, modifying the position of the soil and, consequently, changing the bit-rock interaction forces. For this reason, a bit-rock model that can account for the cutting dynamics is adopted, in which an extra advection equation is solved together with the equations of motion of the Cosserat rod. Next, application cases are provided. First, some effects included in the model are tested in isolation, such as the lateral friction, the lateral contact, and the cutting. After that, they are all combined. In the first analysis, an off-bottom string is simulated, i.e. without contact at the bit. This allows testing the formulation associated with the lateral contact. Also, the calibration of the lateral friction parameters is made. Following that, the strategy to account for the cutting at the bit is implemented in a low-dimensional 2-DOF model, and in a semi-discrete model with a continuous wave equation for the torsional dynamics. The results show that the use of continuous approaches is more appropriate than low-dimensional models. Especially when long columns are considered, and when there is interest in understanding not only the behaviour at the bit but also along drill-pipes. This finding is reinforced by another application where the cutting dynamics are combined with the Cosserat rod formulation. Again, similar observations from a qualitative point of view are found. Overall, the differences in the results between the lumped low-dimensional models and the continuous Cosserat rod justify the development and application of the Cosserat approach to drilling structures. Finally, an introductory stochastic analysis concerning the variability of the rock is presented as an introduction to a future line of research, where stochasticity is included. / [es] En esta tesis, la teoria de Cosserat para elementos unidimensionales es revisitada y aplicada a la simulación de columnas de perforación. El objetivo es estudiar el comportamiento de estas estructuras en pozos de geometría curva. Para alcanzar este objetivo se construye un modelo determinístico. En este modelo, los caños de perforación (drill-pipes) y el conjunto de fondo (bottom hole assembly) son modelados como una estructura unidimensional de Cosserat. Seguidamente, una estrategia para tratar con el contacto lateral en pozos curvos es desarrollada. Luego, el problema de frontera libre es estudiado: durante la perforación, la condición de borde cambia debido al cambio del perfil altimétrico del terreno, alterando su posición y consecuentemente las fuerzas asociadas a la interacción broca-roca. Por esta razón, se decide utilizar un modelo de interacción broca-roca que tiene en cuenta la dinámica del corte. En este abordaje una ecuación extra, la ecuación de advección, es resuelta en forma acoplada con las ecuaciones del movimiento de la estructura de Cosserat. Algunos ejemplos de aplicación son presentados. En una primera instancia, algunos de los elementos del problema son estudiados en forma aislada. Luego combinados en un modelo completo. Por ejemplo, el caso de una columna sin contacto de fondo (off-bottom) es tratado para evaluar el comportamiento y la implementación de la estrategia mencionada para detectar el contacto lateral. Además, se efectúa la calibración de alguno de los parámetros relacionados con la fricción lateral. Luego, la estrategia para considerar el corte en la punta es implementada en un modelo de 2-DOF, y en otro semi-discreto donde se considera un modelo de ecuación de onda para la dinámica torsional. Los resultados muestran que el uso de formulaciones continuas es más apropiado que aquellas formulaciones donde se utilizan modelos de dimensiones reducidas, particularmente cuando se estudia columnas largas donde el interés se centra en entender no solo el comportamiento de la broca sino también a lo largo de la tubería. Este resultado es reforzado por otro caso de aplicación en donde se combina la dinámica de corte con un modelo de Cosserat. Observaciones similares son vistas en el comportamiento cualitativo de la solución. En resumen, las diferencias observadas en los diferentes ejemplos de aplicación entre los modelos de dimensiones reducidas y el modelo continuo de Cosserat justifican el desarrollo y la aplicación de la teoría de Cosserat a estructuras de perforación. Finalmente, dado que uno de los objetivos planteados también es considerar la variabilidad en algunos elementos como ser las propiedades de la roca, un caso de aplicación considerando un pozo horizontal es mostrado.