UNIVERSIDAD “CESAR VALLEJO”
- TRUJI LLO
F aculta cultad de I nge ngenie ni er í a E scue scuela P r ofesio si onal nal de de I ngeni ngenie er í a C i vi l
TEMA:
“ CAPTACIÓN CAPTACIÓN DE AGUA”
CURSO:
Ingeniería Sanitaria
PROFESOR: Ing. Alex Arquímedes Herrera Viloche ALUMNOS: INTEGRANTES
NOTA:
Calificación- exposición
……................... ……................... EN NUMERO
EN LETRA
.................................. FIRMA DEL PROFESOR
Ingeniería Sanitaria
INFORME N° 01-2017-II/UCV/FIC/EIC/MGLI 01-2017-II/UCV/FIC/EIC/MGLI DE:
Monzón García, Lizbeth Ingri
AL:
Ing. Alex Arquímedes Herrera Viloche
ASUNTO: Captación de Agua FECHA:
Trujillo, 15 de Setiembre del 2017 - II
Es grato dirigirme a su persona para hacerle llegar mi más cordial saludo y al mismo tiempo hacerle llegar el informe titulado “ C apta ptación ci ón de A g ua” Es todo cuanto tengo que informar, pues más adelante se podrá observar el desarrollo del tema.
Atentamente, Monzón García, Lizbeth Ingri
Obras de Captación
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INFORME N° 01-2017-II/UCV/FIC/EIC/MGLI 01-2017-II/UCV/FIC/EIC/MGLI DE:
Monzón García, Lizbeth Ingri
AL:
Ing. Alex Arquímedes Herrera Viloche
ASUNTO: Captación de Agua FECHA:
Trujillo, 15 de Setiembre del 2017 - II
Es grato dirigirme a su persona para hacerle llegar mi más cordial saludo y al mismo tiempo hacerle llegar el informe titulado “ C apta ptación ci ón de A g ua” Es todo cuanto tengo que informar, pues más adelante se podrá observar el desarrollo del tema.
Atentamente, Monzón García, Lizbeth Ingri
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INTRODUCCIÓN
A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal factor limitante para la existencia de la vida humana. La destrucción de las cuencas naturales hidrográficas ha causado una crítica escasez de la misma, afectando extensas áreas y poblaciones. Sin embargo, a través de la tecnología conocida como captación ("cosecha") del agua, granjas y comunidades pueden asegurar el abastecimiento del agua para uso doméstico y agrícola. La captación consiste en recolectar y almacenar agua proveniente de diversas fuentes para su uso benéfico. El agua captada de una cuenca y conducida a estanques reservorios puede aumentar significativamente el suministro de ésta para el riego de huertos, bebederos de animales, la acuicultura y usos domésticos.
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INDICE INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ ....................................................................................................................... 3 1.
OBJETIVOS ................................................................. ........................................................................................................................ ....................................................... 5
2.
MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. ............................................................................................................ 6 2.1.
CAPTACIÓN DEL AGUA .......................................................................................... 6
2.1.1.
Fuentes de abastecimiento de agua potable ................................................. 7
2.1.2.
Captación de Agua Cruda ............................................................................... ............................................................................... 16
2.1.3.
Tipos de Captación: .......................................................... ......................................................................................... ............................... 18
2.1.4.
Criterios de diseño ............................................................................................ ........................................................................................... 20
3.
CONCLUSIONES ............................................................................................................. ............................................................................................................ 53
4.
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. ................................................................................................................. 53
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1. OBJETIVOS a. OBJETIVO GENERAL:
Analizar y comprender las diversas diversas fuentes de obtención de agua y sus tipos de captación, basándonos en los criterios de diseño.
b. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Definir que es una Captación de Agua.
Detallar las fuentes de abastecimiento de Agua potable.
Detallar los tipos de Captación de agua potable.
Definir los criterios de Diseño de Captación.
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2. MARCO TEÓRICO 2.1. CAPTACION DEL AGUA Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable y antes de dar cualquier paso es necesario definir su ubicación, tipo, cantidad y calidad. De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento, así como a la topografía del terreno, se consideran dos tipos de sistemas: los de gravedad y los de bombeo. En los sistemas de agua potable por gravedad, la fuente de agua debe estar
ubicada en la parte alta de la población para que el agua fluya a traves de tuberías, usando solo la fuerza de la gravedad. En los sistemas de agua potable por bombeo, la fuente de agua se encuentra
localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de almacenamiento ubicados en elevaciones superiores al centro poblado. Para el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable , es importante
seleccionar una fuente adecuada o una combinación de fuentes para abastecer de agua en cantidad suficiente a la población. De acuerdo a la forma de abastecimiento se consideran tres tipos principales de fuente: aguas de lluvia, aguas superficiales y aguas subterráneas. En el presente capitulo se desarrollan los tipos, selección, cantidad y calidad de fuentes de agua.
Las obras de captación : son las obras civiles y equipos electromecánicos que se
utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea. Dichas obras varían de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localización y magnitud. Es necesario separar en el término Obras de Captación
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general de “obra de captación” el dispositivo de captación propiamente dicho y
las estructuras complementarias que hacen posible su buen funcionamiento. Un dique toma, por ejemplo, es una estructura complementaria, ya que su función es represar las aguas de un río a fin de asegurar una carga hidráulica suficiente para la entrada de una estabilidad y durabilidad. Un dispositivo de captación puede consistir de un simple tubo, la pichancha de una bomba, un tanque, un canal, una galería filtrante
2.1.1. Fuentes de abastecimiento de agua potable Para poder realizar un correcto abastecimiento de agua potable debemos contar con las fuentes correspondientes, de las que se deben considerar dos aspectos fundamentales para tener en cuenta:
Capacidad de suministro
Condiciones de sanidad o calidad del agua
La capacidad de suministrar debe ser la necesaria para proveer la cantidad necesaria en volumen y tiempo que requiere el proyecto de abastecimiento. Las condiciones de sanidad o calidad del agua son claves para definir las obras necesarias de potabilización. Las fuentes se clasifican en: Obras de Captación
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Meteóricas
Superficiales, Ríos, Arroyos, Canales, Lagos, Lagunas y Embalses.
Subterráneas, Profundas y Subsuperficiales.
Es necesario realizar estudios sobre las fuentes posibles de abastecimiento, para establecer sus capacidades y estado sanitario. A g uas Meteóri cas :
Las aguas de lluvia son potables, las que provienen de la nieve derretida son de calidad inferior pues ya se suelen contaminarse al estar depositada sobre el suelo. Las aguas de lluvia no sufren por lo general alteración apreciable a través de su paso por la atmósfera, de la cual recogen cantidades ínfimas de anhídrido carbónico, oxígeno, nitrógeno y polvo en suspensión coloidal, con su posible contenido bacteriano. Para su recolección se requieren superficies muy extensas para poder recolectar cantidades suficientes, usándose comúnmente el techo de las casas. Se recurre a esta fuente cuando faltan otros recursos y también en establecimientos rurales y pequeñas instalaciones. Como vimos anteriormente, las aguas superficiales y subterráneas tienen su origen en las aguas meteóricas, mediante escurrimiento e infiltración.
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Las aguas meteóricas que se precipitan sobre el suelo sufren un fraccionamiento triple. Una porción vuelve a la atmósfera por evaporación, otra se escurre por la superficie del suelo y el resto se infiltra formando
depósitos
subterráneos.
Las
proporciones
de
ese
fraccionamiento varían de manera considerable con la temperatura, viento y humedad del aire. Intervienen en forma determinante las condiciones topográficas y la constitución geológica del suelo. Por ejemplo, las lluvias cortas de verano que encuentran un terreno compacto pueden sufrir más de un 90 % de evaporación. En cambio, sobre un suelo rocoso o desprovisto de vegetación y con fuertes pendientes, el escurrimiento puede llegar hasta un 95 %. La infiltración también puede presentarse en casos muy importantes si tenemos un suelo constituido por arenas finas, se infiltra con gran celeridad absorbiendo casi totalmente las aguas meteóricas. No existen coeficientes generales que representen las proporciones del fraccionamiento y se deberá valorizar para cada región, ya que nos brinda información para evaluar y calcular las capacidades de embalses y descargadores o aliviadores de crecientes. La cantidad que se restituye a la atmósfera por evaporación es distinta, según provenga de una superficie líquida, del suelo libre o de un terreno cubierto de vegetación. La evaporación de una superficie líquida se puede determinar fácilmente por medio de los evaporímetros. Como resultado general y basado en gran cantidad de mediciones, se ha establecido que la franja del globo terrestre comprendida entre los paralelos 50 tanto norte como sur, evapora en sus superficies líquidas, anualmente, mayor cantidad que la proporcionada por la precipitación pluvial, mientras que en el resto la situación es inversa. La evaporación por la superficie del suelo es de más difícil determinación, ya que, a los factores mencionados, debe sumársele la variable de la vegetación que lo cubre total o parcialmente, la naturaleza intrínseca del suelo y la capilaridad del mismo. Para determinar su valor se usan los lisímetros, constituidos por cajones de suelos con fondo de libre salida. Los suelos impermeables o poco permeables producen un escurrimiento similar a los suelos que permiten infiltración, pero que se encuentren Obras de Captación
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saturados por precipitaciones anteriores. Es claro notar entonces que la fracción de escurrimiento es muy dependiente de las características intrínsecas del suelo, tales como granulometría, compactación, fisuración, capacidad de retención de agua intersticial, etc., como también de su estado hidrogeológico en el momento en que se produce la precipitación de agua. Por ejemplo, si tenemos precipitaciones muy cercanas en el tiempo, o continúas prolongadas durante varias horas, o muy intensas en poco tiempo, no permiten que el suelo, infiltre la cantidad de aguas precipitada por unidad de tiempo, y, por consiguiente, el resto escurre por la superficie del suelo. No siempre es posible medir directamente el agua que escurre pues buena parte de la que se infiltra, puede aflorar y tornarse nuevamente superficial, por tal razón las observaciones se orientan al aforo total, que se derrama a la salida de la cuenca. Recordando que la fracción de escurrimiento es función de la naturaleza del suelo, de su pendiente, de la temperatura y otros factores locales, No es posible fijar valores absolutos ni siquiera para una misma cuenca, pues varía de años lluviosos a años secos, como valores indicativos anuales, se pueden tomar los que fueron determinados por Lautenberg y que se indican en la tabla 5-1, como porcentaje de la lluvia anual.
Estos valores nos permiten estimar los valores de escurrimiento de forma aproximada, debiendo controlarse con mediciones locales propias de la región. El resto de las aguas de precipitaciones que no son evaporadas ni escurridas, se infiltra en el suelo. Es muy difícil realizar una investigación directa de esta fracción o porcentaje de infiltración. La cantidad de agua infiltrada varia con las circunstancias locales y depende Obras de Captación
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fundamentalmente de la constitución del suelo, como hemos visto anteriormente. En la constitución del suelo se distinguen la capacidad de imbibición como la cantidad máxima de agua que necesita para su saturación, la capacidad de retención que es la cantidad que guarda bajo libre efluencia y el grado de permeabilidad que representa la cantidad de agua que deja atravesar en la unidad de tiempo. Estos caracteres no son correlativos, la arcilla, por ejemplo, tiene fuerte poder de imbibición, pero su permeabilidad es casi nula, pues el agua al penetrarla la emulsiona, cerrando sus poros con partículas coloidales. Las aguas que penetran en los terrenos permeables, descienden bajo la acción de la gravedad con velocidades reguladas por su grado de permeabilidad. A medida que se internan encuentran capas más comprimidas lo que explica muchas veces los tiempos que tardan en llegar a grandes profundidades. Las aguas de infiltración forman napas o acuíferos. A g uas S uperfici ales
Las aguas que se encuentran en la superficie comprenden dos categor ías distintas. Las animadas de un movimiento continuo por acción de la gravedad descienden desde los puntos más elevados y después de un recorrido más o menos regular se vierten en el mar. En forma genérica se denominan corrientes de agua. Otras aguas, en cambio se detienen en depresiones naturales donde se acumulan formado grandes depósitos. Se llaman lagos cuando ocupan grandes extensiones con gran profundidad, siendo esta última mayor que la de sus tributarios o emisarios. Los reservorios de menores dimensiones y profundidades se denominan lagunas y bañados cuando son de muy poca profundidad. Los esteros son abundantes en vegetación. Las cañadas son tierras bajas con poca o ninguna agua presente en la mayor parte del año, pero tienen una especie de cauce que durante las épocas lluviosas llevan aguas abundantes. Las corrientes de agua se deslizan por una hendidura del suelo que se llama indistintamente lecho, alveo o cauce, que tiene características especiales según sea la topografía y características de los suelos que traviese. Normalmente se inician con agua recogida por la Obras de Captación
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cuenta imbrífera o de recolección en los altos valles. En esta etapa del trayecto el régimen suele ser torrencial. Con ello se entiende pendientes fuertes, generalmente entre 60 y 20 por mil, grandes variaciones de caudal, lechos irregulares y gran arrastre de canto rodado o piedras de aluvión.
Al llegar al valle bajo, deposita casi todo el material grueso que trae en una zona que se denomina cono de deyección moviendo solo el material particulado tipo grava o de menor tamaño porque la velocidad se ha disminuido. Penetra luego en la llanura donde labra su cauce de forma más regular con pendientes decrecientes en su camino al mar. Las variaciones de caudal son menos pronunciadas y el material que arrastra es cada vez de menor tamaño y peso, pasando de la arena gruesa al limo. Esta última sustancia está compuesta por arcilla y arena de grano mediano a fino. El régimen se ha vuelto de aguas tranquilas y las variaciones de caudal quedan regularizadas por aportes de afluentes y/o napas subterráneas. Los lagos no son lo común más que el ensanche del alveo de los ríos y sus aguas provienen de sus afluentes tributarios. Sirven de depósitos naturales de reserva y regularizan el régimen de los ríos.
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Del examen hidrogeográfico de una región puede inferirse su naturaleza geológica. Las corrientes son numerosas en los suelos impermeables, pues las lluvias engendran un gran número de torrentes que se vierten en los ríos vecinos con gran rapidez, provocando crecidas violentes de poca duración. En las comarcas permeables los ríos son poco numerosos y su cambio de caudal más acompasado, respondiendo a un régimen de relativa estabilidad. Las fuertes lluvias no causan grandes crecidas, a causa de la infiltración considerable, ya que el movimiento de las aguas subterráneas es muy lento. El régimen de crecidas indicado puede cambiar en los años muy lluviosos, ya que, en esos casos, los suelos están saturados y no pueden infiltrar más agua, por lo que la escorrentía aumenta considerablemente y termina en los cursos aumentando su caudal pudiendo provocar inundaciones. Los volúmenes de agua que llevan los ríos varían con los períodos o estaciones de acuerdo con el régimen de lluvias, por esa razón deben aforarse periódicamente. Se denominan módulo del río al volumen en m3 por segundo que tienen en un tiempo normal ordinario y se llama coeficiente de perennidad a la relación entre el valor en m3 por segundo de la mayor bajante o estiaje y su módulo. Las corrientes de agua son muy numerosas en nuestro país, y constituyen una de las fuentes principales de provisión. Sus aguas son en su mayoría dulces, de buenas condiciones de potabilidad y solo presentan el problema de las partículas en suspensión que suele ser muy abundante el agua superficial debe ser depurada, mediante procesos específicos.
Aguas Subterráneas Las aguas que se infiltran en el suelo provenientes de las precipitaciones, ríos, lagos y lagunas de fondo permeable, descienden por acción de la gravedad y su velocidad de penetración es inversamente proporcional al grado de permeabilidad de los suelos que atraviesa. Las aguas pueden ser detenidas en su marcha por un estrato geológico impermeable, horizontal o inclinado, el cual retendrá el agua y su acumulación llenará los vacíos existentes en el suelo y formará una napa o acuífero. Si la capa Obras de Captación
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impermeable es horizontal, permanecerán en el lugar formado una napa estática, si fuera inclinada, iniciará un movimiento de traslación horizontal formando una napa dinámica, siendo la velocidad de traslación de pendiente de la permeabilidad del suelo que la contiene.
Cuando el estrato impermeable que ha detenido la infiltración tiene fallas o grietas o no es totalmente impermeable, se produce un nuevo descenso hasta otra barrera impermeable. Se habrá formado así una segunda napa o acuífero la que puede además recibir el aporte de aguas distantes. De esa manera se forman las sucesivas napas o acuíferas. Se las denominan libres cuando no llenan totalmente el espacio contenido entre los dos estratos impermeables y son cautivas o confinadas en caso contrario. El agua acumulada sobre el primer estrato impermeable se denomina freáticos. En la figura 5-3 se representa un corte esquemático de la corteza con tres acuíferos, la primera llamada freática, la segunda libre y la tercera confinada, es decir bajo presión. La línea piezométrica declina desde el punto A al B. Si se practican perforaciones se tendría en el indicada como 3 un pozo común a la primera napa o freática. En el 4 se alcanza la segunda napa, mientras que en 5 las aguas casi afloran en la superficie del suelo, es lo que se llama un pozo semisurgente. En el 2 las aguas se elevan sobre el nivel del suelo hasta su nivel piezométrico y entonces tenemos un pozo surgente o artesiano. En el punto 1 las aguas surgen Obras de Captación Página 14
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libremente con una débil presión dando como consecuencia un manantial. La extensión y profundidad de los acuíferos se reconocen haciendo sondeos apropiados. Una vez determinada la extensión y altura o profundidad nos da una idea del volumen de la reserva del acuífero. Pero es de más utilidad conocer el rendimiento o potencia del acuífero, el cual depende de sus fuentes de alimentación o recarga, estas pueden ser las aguas de lluvia, infiltración de corrientes de agua o aportes de otros acuíferos. Pero en la práctica es muy difícil establecerlas, por lo que en general se recurre al aforo directo, mediante a la ejecución de pozos de exploración, bombeando el agua hasta encontrar el nivel de depresión y nos da el caudal del acuífero en el sitio del pozo. En las napas dinámicas es muy útil conocer la dirección y velocidad de la misma. La dirección puede determinarse recurriendo a una serie de perforaciones y midiendo el nivel piezométrico de los mismos. Por interpolación se determinan las curvas de igual presión y la marcha de la corriente es normal a dichas líneas y se efectúa en el sentido de las cargas o niveles decrecientes. La velocidad puede medirse vertiendo una mezcla colorante en el pozo superior y medir el tienen que tardar en aparecer en los pozos inferiores. Se debe tener cuidado de utilizar colorantes inocuos para el ser humano y que no contaminen el acuífero. Las oscilaciones de nivel son muy frecuentes en las napas superiores y son el reflejo de las variaciones de las fuentes de alimentación o también pueden reflejar un cierto agotamiento debido a una abundante explotación del recurso, en cambio las napas inferiores se caracterizan por una mayor constancia volumétrica. Las napas freáticas se hallan en casi toda la extensión de nuestro país variando de una profundidad de 0,5 a 150 metros, su nivel no es fijo, sino que varía de acuerdo con los regímenes pluviales fundamentalmente. Las napas siguientes en profundidad contienen aguas semisurgentes y son alimentadas por acuíferos que descienden de la cordillera en muchos casos, existiendo otros que son alimentados por infiltración de aguas meteóricas. Presentan por lo común buenas características de potabilidad, pero no se Obras de Captación
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conocen exactamente su potencia, por lo que se recomienda la investigación local de la misma.
2.1.2. Captación de Agua Cruda Captación A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal factor limitante para la existencia de la vida humana; a través de la tecnología conocida como captación del agua se puede asegurar el abastecimiento del agua para el uso de todas las personas. La captación consiste en recolectar y almacenar agua proveniente de diversas fuentes para su uso benéfico. El agua captada de la cuenca y conducida a estanques reservorios puede aumentar significativamente el suministro.
Línea de Aducción Entre la captación y la planta de potabilización del agua, como entre esta y la red de distribución urbana, suele darse la necesidad de conducir ya sea el Obras de Captación
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agua cruda o el agua tratada, o ambas, para salvar distancias y obstáculos naturales entre la fuente de suministro y los consumidores. El trazado y el tipo de conducción, en sus efectos sobre los suelos y la propiedad, son factores ambientales que deben ser convenientemente valorados. Entonces aducción es la conducción o transporte de agua desde la cuenca hasta la planta de tratamiento, tanque de regulación, o directamente a la red, ya sea por tubería, canal o túnel.
Planta de tratamiento Una planta de tratamiento de agua potable es un conjunto de estructuras y sistemas de ingeniería en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano.
Reservorio La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente. Un sistema de abastecimiento de agua potable requerirá de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto máximo horario (Qmh). En caso que el rendimiento de la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio, y debe asegurarse que el Obras de Captación
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diámetro de la línea de conducción sea suficiente para conducir el gasto máximo horario (Qmh), que permita cubrir los requerimientos de consumo de la población. En algunos proyectos resulta más económico usar tuberías de menor diámetro en la línea de conducción y construir un reservorio de almacenamiento
Aducción
Conducción
2.1.3. Tipos de Captación: a. Captación directa Cuando el agua de un río está relativamente libre de materiales de arrastre en toda época del año, el dispositivo de captación más sencillo es un sumergido. Es conveniente orientar la entrada del tubo en forma tal que no quede enfrente la dirección de la corriente, y se debe proteger con malla metálica contra el paso de objetos flotantes Obras de Captación
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b. Captación por Bombeo En el caso en que la captación por gravedad no sea factible debido a la topografía el método de captación recomendable es por bombeo. De las bombas disponibles comercialmente, la bomba centrífuga horizontal tiene la ventaja de que la ubicación del equipo de bombeo y el punto de captación pueden ser distintos, o sea que la estación de bombeo pude construirse en el sitio más favorable desde el punto de vista de cimentación, acceso, protección contra inundaciones, etc. Su desventaja principal es que la altura de succión queda limitada y el desnivel máximo permisible entre la bomba y el nivel de bombeo, es relativamente pequeño. c. Captación de aguas subterráneas El agua subterránea existe casi en cualquier parte por debajo de la superficie terrestre, la exploración de la misma consiste básicamente en determinar en dónde se encuentra bajo las condiciones que le permitan llegar rápidamente a los pozos a fin de poder ser utilizada en forma económica. La manera práctica de hacer lo anterior incluye la aplicación de conocimientos técnicos, experiencia en la perforación y sentido común. d. Captación de aguas de manantial El principal objetivo es captar y aprovechar
los
pequeños
manantiales,
que
se
encuentran
generalmente en las laderas de las montañas, con el fin de llevar el agua a las partes bajas, donde se aprovechará para el consumo humano. Los factores más importantes que intervienen en la localización, dirección y Área de influencia de los afloramientos son: El ciclo hidrológico de la región - La topografía - La geología de la cuenca Las aguas de manantial generalmente fluyen desde un estrat o acuífero de arena y grava y afloran a la superficie debido a la presencia de un estrato de material impermeable, tal como arcilla o roca, que les impide fluir e infiltrarse. Los mejores lugares para buscar manantiales son las laderas de montañas. La vegetación verde en un cierto punto de un área seca puede indicar la presencia de un manantial en el lugar o aguas arriba. Los habitantes de la zona son Obras de Captación Página 19
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los mejores guías, y probablemente, conocen todos los manantiales del área. e. Captación de aguas superficiales Para el diseño de obras de captación superficiales se requiere obtener, la información siguiente: a).- Datos Hidrológicos Gasto medio, máximo y mínimo Niveles de
agua normal, extraordinario y mínimo Características de la cuenca, erosión y sedimentación Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes b).- Aspectos Económicos Planeamiento de opciones , elección de la
más económica que cumpla con los requerimientos técnicos Costos de construcción, operación y mantenimiento Costo de las obras de protección Tipo de tenencia del terreno Tipos de obras de toma.
2.1.4. Criterios de diseño En cuanto a obras de Saneamiento se refiere podemos encontrar dos fuentes bibliográficas que nos proporciona el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento:
I.
NORMA OS 0.10 “CAPTACIÓN Y CONDUCCIÓN DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO” DEL R.N.E. Esta Norma fija los requisitos mínimos a los que deben sujetarse los diseños de captación y conducción de agua para consumo humano, en localidades mayores de 2000 habitantes. El diseño de las obras deberá garantizar como mínimo la captación del caudal máximo diario necesario protegiendo a la fuente de la contaminación. Se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones generales:
1.1. Aguas Superficiales: a) Las obras de toma que se ejecuten en los cursos de aguas superficiales, en lo posible no deberán modificar el flujo normal de la fuente, deben ubicarse en zonas que no causen erosión o Obras de Captación
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sedimentación y deberán estar por debajo de los niveles mínimos de agua en periodos de estiaje. b) Toda toma debe disponer de los elementos necesarios para impedir el paso de sólidos y facilitar su remoción, así como de un sistema de regulación y control. El exceso de captación deberá retornar al curso original. c) La toma deberá ubicarse de tal manera que las variaciones de nivel no alteren el funcionamiento normal de la captación.
1.2. Aguas Subterráneas: El uso de las aguas subterráneas se determinará mediante un estudio a través del cual se evaluará la disponibilidad del recurso de agua en cantidad, calidad y oportunidad para el fin requerido.
1.2.1.
Pozos Profundos
a) Los pozos deberán ser perforados previa autorización de los organismos competentes del Ministerio de Agricultura, en concordancia con la Ley General de Aguas vigente. Así mismo, concluida la construcción y equipamiento del pozo se deberá solicitar licencia de uso de agua al mismo organismo. b) La ubicación de los pozos y su diseño preliminar serán determinados como resultado del correspondiente estudio hidrogeológico específico a nivel de diseño de obra. En la ubicación no sólo se considerará las mejores condiciones hidrogeológicas del acuífero sino también el suficiente distanciamiento que debe existir con relación a otros pozos vecinos existentes y/o proyectados para evitar problemas de interferencias. c) El menor diámetro del forro de los pozos deberá ser por lo menos de 8 cm mayor que el diámetro exterior de los impulsores de la bomba por instalarse. d) Durante la perforación del pozo se determinará su diseño definitivo, sobre la base de los resultados del estudio de las Obras de Captación
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muestras del terreno extraído durante la perforación y los correspondientes registros geofísicos. El ajuste del diseño se refiere sobre todo a la profundidad final de la perforación, localización y longitud de los filtros. e) Los filtros serán diseñados considerando el caudal de bombeo; la granulometría y espesor de los estratos; velocidad de entrada, así como la calidad de las aguas. f) La construcción de los pozos se hará en forma tal que se evite el arenamiento de ellos, y se obtenga un óptimo rendimiento a una alta eficiencia hidráulica, lo que se conseguirá con uno o varios métodos de desarrollo. g) Todo pozo, una vez terminada su construcción, deberá ser sometido a una prueba de rendimiento a caudal variable durante 72 horas continuas como mínimo, con la finalidad de determinar el caudal explotable y las condiciones para su equipamiento. Los resultados de la prueba deberán ser expresados en gráficos que relacionen la depresión con los caudales, indicándose el tiempo de bombeo. h) Durante la construcción del pozo y pruebas de rendimiento se deberá tomar muestras de agua a fin de determinar su calidad y conveniencia de utilización.
1.2.2.
Pozos Excavados
a) Salvo el caso de pozos excavados para uso doméstico unifamiliar, todos los demás deben perforarse previa autorización del Ministerio de Agricultura. Así mismo, concluida la construcción y equipamiento del pozo se deberá solicitar licencia de uso de agua al mismo organismo. b) El diámetro de excavación será aquel que permita realizar las operaciones de excavación y revestimiento del pozo, señalándose a manera de referencia 1.50 m. c) La profundidad del pozo excavado se determinará en base a Obras de Captación
la profundidad del nivel estático de la napa y de la máxima Página 22
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profundidad que técnicamente se pueda excavar por debajo del nivel estático. d) El revestimiento del pozo excavado deberá ser con anillos ciego de concreto del tipo deslizante o fijo, hasta el nivel estático y con aberturas por debajo de él. e) En la construcción del pozo se deberá considerar una escalera de acceso hasta el fondo para permitir la limpieza y mantenimiento, así como para la posible profundización en el futuro. f) El motor de la bomba puede estar instalado en la superficie del terreno o en una plataforma en el interior del pozo, debiéndose considerar en este último caso las medidas de seguridad para evitar la contaminación del agua. g) Los pozos deberán contar con sellos sanitarios, cerrándose la boca con una tapa hermética para evitar la contaminación del acuífero, así como accidentes personales. La cubierta del pozo deberá sobresalir 0.50 m como mínimo, con relación al nivel de inundación. h) Todo pozo, una vez terminada su construcción, deberá ser sometido a una prueba de rendimiento, para determinar su caudal de explotación y las características técnicas de su equipamiento. i) Durante la construcción del pozo y pruebas de rendimiento se deberá tomar muestras de agua a fin de determinar su calidad y conveniencia de utilización.
1.2.3.
Galerías Filtrantes
a) Las galerías filtrantes serán diseñadas previo estudio, de acuerdo a la ubicación del nivel de la napa, rendimiento del acuífero y al corte geológico obtenido mediante excavaciones de prueba.
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b) La tubería a emplearse deberá colocarse con juntas no estancas y que asegure su alineamiento. c) El área filtrante circundante a la tubería se formará con grava seleccionada y lavada, de granulometría y espesor adecuado a las características del terreno y a las perforaciones de la tubería. d) Se
proveerá
cámaras
de
inspección
espaciadas
convenientemente en función del diámetro de la tubería, que permita una operación y mantenimiento adecuado. e) La velocidad máxima en los conductos será de 0.60 m/s. f) La zona de captación deberá estar adecuadamente protegida para evitar la contaminación de las aguas subterráneas. g) Durante la construcción de las galerías y pruebas de rendimiento se deberá tomar muestras de agua a fin de determinar su calidad y la conveniencia de utilización.
1.2.4.
Manantiales
a) La estructura de captación se construirá para obtener el máximo rendimiento del afloramiento. b) En el diseño de las estructuras de captación, deberán preverse válvulas, accesorios, tubería de limpieza, rebose y tapa de inspección
con
todas
las
protecciones
sanitarias
correspondientes. c) Al inicio de la tubería de conducción se instalará su correspondiente canastilla. d) La zona de captación deberá estar adecuadamente protegida para evitar la contaminación de las aguas. e) Deberá tener canales de drenaje en la parte superior y alrededor de la captación para evitar la contaminación por las aguas superficiales.
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II.
“GUÍA DE OPCIONES TECNOLÓGICAS PARA SISTEMAS DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y SANEAMIENTO EN EL ÁMBITO RURAL” (SEGÚN R.M. N° 173-2016VIVIENDA) Esta norma será de aplicación obligatoria en todos los proyectos de sistemas de abastecimiento de agua para consumo humano y saneamiento en el ámbito rural del Perú, concretamente en las localidades de hasta 2000 habitantes. Estudiadas todas las posibilidades de oferta de agua (superficial, subterránea, lluvia, etc.), se elegirán aquellas fuentes que en cantidad, disponibilidad y calidad puedan garantizar un suministro sostenible con un nivel de servicio que pueda satisfacer a la comunidad beneficiada durante los periodos más críticos de escasez de agua. La captación se diseñará para el caudal máximo diario. Si el sistema no dispone de reservorio, se diseñará para el caudal máximo horario.
2.1 Aguas Superficiales: 2.1.1 Captaciones por gravedad:
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a) C anal de derivación:
Canal: la cantidad de agua que puede transportar un canal está en función de la velocidad y el área de escurrimiento, de acuerdo a la ecuación de continuidad. =
Donde: : Área efectiva del flujo del agua en m2 : Caudal máximo diario en l/s
: Velocidad de flujo en m/s (no debe ser
<0.6) Para la comprobación hidráulica se aplicará la fórmula de Manning: =
⁄
∗
∗ ⁄
Donde: : Radio hidráulico en m
: Pendiente del canal en m/m
: Coeficiente de rugosidad de Manning (ver
Tabla 1 MATERIAL
n
Concreto
0.015
Ladrillo
0.015
Mampostería de piedra
0.020
Tierra
0.025 - 0.040
La velocidad mínima debe ser de 0.60 m/s. las velocidades máximas según el tipo de material de la Tabla 2.
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Tabla 2 MATERIAL
v (m/s)
Concreto de:
140 kg/cm2
2.0
210 kg/cm2
3.3
250 kg/cm2
4.0
280 kg/cm2
4.3
315 kg/cm2
5.0
Ladrillo
2-3
Mampostería de piedra
3-5
Tierra
<1
Boca de Toma: la sección efectiva se determina en función del , el diseño de la reja de protección y los niveles de fluctuación del curso de agua. La boca toma debe estar sumergida para captar al menos el nivel mínimo del curso del agua. La regulación de entrada se realizará a través de una compuerta, preferentemente del tipo plana deslizante vertical. El área total de la reja debe ser calculada mediante la siguiente fórmula: = +
Donde: : Sección de la boca de toma en m 2 : Sección total de las barras en m 2 = ∗ ∗ : Numero de barras : Espesor de la barra en m : Longitud de la barra en m
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: Sección total de las barras en m 2
=
∗ ∗
: Coeficiente de seguridad por efectos de colmatación
(1.5 - 2.0) : Caudal de diseño en m 3/s : Velocidad de aproximación en m/s (0.60 – 1.00) : Perdida de carga y/o sección de Kirshnner = ∗ ( )⁄ ∗ : Coeficiente de forma en función de la sección
transversal de los barrotes: 2.42 para los rectangulares 1.79 para los circulares 1.67 para los parabólicos : Espesor de la barra en m : Espacio entre barra y barra en m : Ángulo de inclinación de la rejilla
Se recomienda la instalación de por lo mínimo dos rejas con diferente espaciamiento entre barras. La distancia mínima entre rejas será de 0.8 m previéndose una cámara o canal de limpieza entre rejas.
La primera reja deberá ser gruesa (espacio entre barras de 7.5 a 15 cm) o mediana (espacio entre barras de 2 a 4 cm).
La segunda reja será una malla fina de diámetro libre de orificio de 3 a 5 mm, y con una inclinación de 70 a 80° con la horizontal.
Obras de encauzamiento y protección: Es recomendable un enrocado con concreto ciclópeo de las paredes del
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cauce, en una longitud mínima de 1.0 m y una altura Página 28
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mínima de 0.30 m, para evitar el desmoronamiento del terreno y proteger la toma.
b) Captación lateral:
Boca de Toma: Todas las dimensiones se calculan usando los mismos criterios descritos anteriormente para Canal de
derivación.
Caja de captación: Elemento estructural mediante el cual se reparte el caudal deseado a los demás componentes de la captación y el caudal remanente es retornado al rio a través de un aliviadero. El diseño del aliviadero es para el caudal máximo que ingresa por la boca de toma, y para este valor se ha de diseñar.
Canales/tuberías de conducción: Debe ser calculado en función del caudal máximo diario, tomando los mismos criterios anteriores para Canal de Derivación.
Obras de encauzamiento y protección: Es recomendable un enrocado con concreto ciclópeo de las paredes del cauce, en una longitud mínima de 1.0 m y una altura mínima de 0.30 m, para evitar el desmoronamiento del terreno y proteger la toma.
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c) Captación de fondo (en dique):
Presa: Para garantizar la estabilidad, se calculará para el peso propio, empuje hidrostático, empuje de suelos, subpresión y fuerza tangencial, en todo el radio hidráulico. El vertedero central o de rebose debe permitir el ingreso del caudal medio de la fuente superficial, y el vertedero de crecida debe permitir el paso del caudal máximo aforado y evitar socavaciones en las laderas y cimientos del dique. Pudiendo calcularse mediante la siguiente ecuación: = ( )⁄ .∗
Donde: : Altura del agua sobre el vertedero en m : Caudal máximo esperado en m 3/s : Longitud de rebose o excedencia en m
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Ver tedero central
Boca de Toma: El dimensionamiento se realizará de la misma forma que lo señalado para Canales de
derivación.
Canales/tuberías de conducción: Debe ser calculado en función del caudal máximo diario, tomando los mismos criterios anteriores para Canal de Derivación.
d) Dispositivos de regulación y control:
Compuerta
de
represamiento:
Se
instalará
transversalmente al cauce del rio y se empleara para represar y elevar el nivel de agua en el área de captación. Aplicable a derivaciones y captaciones laterales.
Compuerta de captación: Compuerta para regular el caudal de ingreso y aislar la captación cuando se realice el
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mantenimiento o limpieza de los componentes de la misma.
Aliviadero: Vertedero de rebose para permitir el control de nivel de agua en las obras de captación. El excedente de agua deberá ser retornado al curso de agua.
Dispositivo de medición: Los más empleados son el vertedero triangular y el vertedero rectangular, en los cuales el caudal se determina mediante las siguientes fórmulas:
Rectangular, siempre que el ancho es >1m, y la velocidad de aproximación no tiene influencia:
= . ∗ ( − . ∗ ∗ ) ∗ ( ). ∗
Donde: : Caudal en m 3/s : Longitud del vertedero en m : Longitud de rebose o excedencia en m : Velocidad de aproximación en m/s : Altura de agua en el vertedero en m
Triangular, de Angulo recto, aplicable a <20l/s: = . ∗ .
Dónde: (m3/s) y (m)
e) Consideraciones específicas: La toma de agua a través de tuberías se ubicará a la máxima altura posible y se protegerán contra la acción de las aguas. La tubería de conducción debe instalarse a 10 cm del fondo de la caja.
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Las barras que constituyen las rejas deben ser de material anticorrosivo o protegido por un tratamiento adecuado. Las compuertas de regulación y los vertederos de rebose deben ser construidos de planchas de fierro galvanizado de un espesor que resista el empuje del agua y al golpe de solidos de gran tamaño
2.1.2 Captaciones por bombeo: a. Caisson:
C aptación tipo Cais s on
El diámetro interior tendrá entre 1.20 y 2.00 m dependiendo de la profundidad y niveles de la fuente. Debe emplearse una bomba de eje vertical. La distancia media de la fuente de recarga en suelos semi-gruesos, no debe ser mayor a 15 m. La profundidad del Caisson debe garantizar un tirante mínimo que permita su aprovechamiento de estaciones críticas. La Obras de Captación
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caseta de bombeo se debe ubicar sobre el Caisson 1m por encima del nivel máximo de crecida de la fuente. La calidad del concreto no deberá tener un f’c menor de 210
kg/cm2. El refuerzo de la corona estará constituido por una armadura principal en anillos, compuesta por acero corrugado de 1/2” espaciado a ≤ 10cm, siendo la armadura t ransversal estribos cerrados de 3/8”.
Los anillos constituyen el cuerpo del Caisson, y serán de concreto armado, cuya calidad no deberá tener un f’c menor
de 210 kg/cm2. Tendrán una longitud mínima de 1 m, y su diámetro interior coincidirá con el diámetro superior de la corona. El refuerzo longitudinal será de acero de 3/8” en dos capas, y
la armadura transversal será anular en dos capas, espaciadas a no más de 30 cm. La cubierta del Caisson será circular, de concreto armado con un f’c no menor de 210 kg/cm2. Se diseñará como una losa
armada en dos sentidos.
b. Balsa flotante: Se diseñará en función del peso que soporta, el tipo de material de la balsa y del dispositivo flotante que se utilice; respondiendo a un análisis de cargas.
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Captación mediante balsa flotante
Flotadores: el diseño se hará en función del material disponible en la zona. Los flotadores y la balsa pueden ir clavados o atados con sogas o alambres durables a la corrosión.
Balsa: se diseñará conforme a las características de las instalaciones y requerimientos de espacio para la operación y mantenimiento.
Elementos de fijación:
El lastre podrá ser de metal, concreto u otro material disponible en la zona. El peso del anclaje será tal que impida el arrastre de la balsa.
Los templadores serán cables de acero trenzado de un diámetro de 3/8” mínimo. Se aceptará otro material que
además de durable pueda soportar los esfuerzos de tracción que se derivan del peso de la balsa y la velocidad de la corriente. Obras de Captación
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Equipo de bombeo: se dimensionará para impulsar el caudal de diseño a niveles adecuados para su utilización. Para el caso del bombeo desde la orilla de la fuente, la altura de succión no debe ser superior a 7 m.
Tuberías de succión e impulsión: serán tuberías flexibles para uso de agua para consumo humano, y el diámetro y longitud
dependerán
del
caudal
de
bombeo
y
características del sistema. En la succión se recomienda una velocidad entre 1.2 - 1.8 m/s. la canastilla de succión estará como mínimo 0.30 – 0.50 m por debajo del nivel de flotación de la balsa para garantizar la mejor calidad. Para la impulsión se utilizará una manguera flexible con refuerzo interior metálico.
2.2 Captación de Aguas subterráneas Estructura que permite captar agua desde un cuerpo o corriente subterránea de forma continua, segura y sin disminución de las condiciones hidrológicas, geológicas y ecológicas en los alrededores o aguas abajo.
2.2.1 Captación de manantiales Son obras que protegen los afloramientos naturales de agua subterránea de cualquier tipo de contaminación y permiten el ingreso de agua a los elementos de conducción de agua hacia el tanque de almacenamiento o planta de tratamiento. Se aplicarán las siguientes directrices:
La estructura de captación se construirá de material impermeable y se diseñará para obtener el máximo rendimiento del afloramiento.
Deberá tener canales de drenaje en la parte superior y alrededor de la captación para evitar la contaminación por las aguas superficiales, así como cerco perimétrico.
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Se diseñarán con las válvulas y accesorios, tuberías de limpieza, rebose y tapa sanitaria de inspección con todas las protecciones sanitarias correspondientes.
La tubería de salida del agua de la captación contara con su correspondiente canastilla o elemento protector que impida el de sólidos.
A. Tipologías
De Fondo, cuando se capta agua que emerge en terreno llano. La estructura de captación es una cámara sin losa de fondo que rodea el punto de brote del agua; consta de cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el caudal a utilizarse, y una cámara seca que protege las válvulas de control de salida, rebose y limpia.
Captación de manantial de fondo
De ladera, cuando se realiza la protección de una vertiente que aflora a una superficie tipo plano inclinado con carácter puntual o disperso. Consta de una protección al afloramiento, una cámara húmeda donde se regula el caudal a utilizarse; y opcionalmente puede disponer de un
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volumen de almacenamiento, y una cámara seca. El ingreso a la cámara húmeda, al igual que el rebose y limpia, estará diseñado para el máximo rendimiento de la fuente. Dispondrá de dispositivos de salida a la línea de conducción y excedente de la fuente.
C aptación lateral s in res ervori o
Si el rendimiento de la fuente es superior al caudal máximo horario, se podrá ubicar una captación-reservorio; siempre que la distancia y desnivel de la fuente con respecto a la población
debe
responder
a
evaluación
técnico-
económica.
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C aptación lateral con res ervori o
De Bofedal, cuando el afloramiento se la vertiente
se realiza por múltiples “venas de agua” anegando el
terreno y debiendo emplearse un colector para captar la totalidad dela gua. Es una variante de la captación mediante galería filtrante, con la singularidad de que se construye una pantalla para intercambiar el flujo del agua.
B. Componentes Principales Para el diseño de las captaciones de manantiales debe considerar los siguientes componentes:
Cámara de protección: para las captaciones de fondo y ladera es muy importante no perturbar el flujo de agua que emerge de la vertiente. La cámara de protección, debe tener dimensiones y formas, tales que, se adapten a la localización
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de las vertientes y permitan captar el agua necesaria para el proyecto. Contaran con losa removible o accesible (bruñido) para mantenimiento del lecho filtrante.
Tuberías y accesorios: el material de las tuberías y accesorios deben ser inertes al contacto con el agua natural. Los diámetros se calcularán en función al caudal máximo diario, salvo justificación razonada. En el diseño de las estructuras de captación, deberán preverse válvulas, accesorios, tuberías de limpieza, rebose y tapa de inspección
con
todas
las
protecciones
sanitarias
correspondientes. Al inicio de la tubería de conducción se instalará su correspondiente canastilla.
Cámara de recolección de aguas: para las tomas de bofedal, es importante que la cámara de recolección este ubicada fuera del terreno anegadizo y permita la recolección del agua de todas las tomas (pueden ser más de un dren).
Protección perimetral: la zona de captación deberá estar adecuadamente protegida para evitar la contaminación de las aguas. Deberá tener canales de drenaje en la parte superior y alrededor de la captación para evitar la contaminación por las aguas superficiales.
C. Criterios de diseño Para el dimensionamiento de la captación es necesario conocer el caudal máximo de la fuente, de modo que el diámetro de los orificios de entrada a la cámara húmeda sea suficiente para captar este caudal o gasto. Conocido el gasto, se puede diseñar la distancia entre el afloramiento y la cámara, el ancho de la pantalla, el área de orificio y la altura de la cámara húmeda sobe la base de una velocidad de entrada no muy alta (s e recomienda ≤ 0,6 m/s) y al coeficiente de contracción de los orificios. Obras de Captación
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Calculo de la distancia entre el afloramiento y la cámara húmeda (L). (Solo para captaciones de ladera) En primer lugar, se calcula la carga necesaria sobre el orificio de entrada que permita producir la velocidad, h 0. = . ∗
Donde: : Carga necesaria sobre el orificio de entrada
(m)
: Velocidad de pase (se recomienda ≤ 0,6
m/s). : Coeficiente de descarga (usualmente 0,8).
En la ilustración se observa: = +
Donde:
: Perdida de carga que servirá para
determinar la distancia entre el afloramiento y la caja de captación (L)
Como Hf = 0.30 x L, la distancia entre afloramiento y cámara húmeda se obtiene de la siguiente expresión: =
Obras de Captación
.
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Carga disponible y perdida de carga en el orificio de entrada
Calculo del Ancho de la pantalla ( b)
Para captaciones de manantiales de ladera. Para determinar el ancho de la pantalla es necesario conocer el diámetro y el número de orificios que permitirán fluir el agua desde la zona de afloramiento hacia la cámara húmeda. Para el cálculo del diámetro de la tubería del orificio (D), se utiliza las siguientes ecuaciones. = ∗ ∗ = ∗ ∗ ( ∗ ∗ )/
Donde: : Caudal Maximo ( ≤ 0,6 m/s).
V : Velocidad de paso (≤ 0,6 m/s). A
: Área de la tubería en m2
: Coeficiente de descarga (0,6 a 0,8).
g
: Aceleración de la gravedad (m/s 2).
h
: Carga sobre el centro del orificio (m).
El valor de A resulta : Obras de Captación
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=
∗
=
∗
Conocida el área necesaria, se determina el número de orificios, recomendando usar diámetro (D) ≤ 2”.
Para captaciones de fondo. El ancho de la pantalla se determina sobre la base de las características propias del afloramiento, quedando definido con la condición que pueda captar la totalidad del agua que aflore del subsuelo.
Altura de la cámara húmeda (H t)
Para captaciones de manantiales de ladera. La altura total de la cámara húmeda se calcula mediante la siguiente ecuación: = + + + +
Donde:
A : altura mínima de 10 cm que permite la sedimentación de la arena
B : Diámetro de salida. H : Altura de agua sobre la canastilla (> 30 cm), debe permitir que el gasto de salida de la captación fluya por la tubería de conducción a una velocidad V.
= . ∗
D : Desnivel mínimo entre el nivel de ingreso del agua del afloramiento y el nivel de agua de la cámara húmeda (mínimo 5 cm).
E : Borde libre (mínimo 30 cm).
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Para captaciones de fondo. = + + +
≤ Altura natural que alcanza el
agua
Dimensionamiento de la canastilla
El diámetro de la canastilla debe ser dos veces el diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción (D c).
Que el área total de ranuras (At) sea el doble del área de la tubería de la línea de conducción.
Y que la longitud de la canastilla (L) sea mayor a 3 (D c) y menor de 6Dc.
Dimensionamiento de la canastilla En la tubería de rebose y de limpia se recomienda pendiente de 1 a 1,5 % y que sea capaz de evacuar el caudal máximo de aforo.
2.2.2 Galerías filtrantes Son sistemas de captación de aguas subsuperficiales ubicadas en los ríos o sus márgenes por medio de drenes o zanjas. El propósito de estas obras, es interceptar el flujo natural del agua subsuperficial, para que ingrese, por gravedad, al interior de la zanja o tubería y sea conducida hacia una cámara recolectora en una de las márgenes del rio. Las galerías filtrantes serán diseñadas previo estudio, de acuerdo a la ubicación del nivel de la napa, rendimiento del acuífero y al corte geológico obtenido mediante excavaciones de prueba.
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Se ubicarán que permitan el máximo aprovechamiento de la corriente de agua subterránea, en forma transversal o longitudinal. La pendiente será orientada hacia un pozo colector para la inspección y limpieza. Contará con una cámara de inspección para verificar las condiciones sanitarias de la galería, así como para realizar operaciones de mantenimiento y desinfección. La galería se ubicará lo más distante posible de fuentes de contaminación, mantenido una distancia mínima de 15 m a la zona de recarga del acuífero. De los estudios realizados se caracterizará el acuífero mediante los siguientes parámetros: o
Conductividad hidráulica: k f
o
Profundidad del acuífero: H
o
Pendiente dinámica del acuífero: i
o
Porosidad efectiva: S
o
Radio de influencia del abatimiento: D
Para expedientes técnicos, la conductividad hidráulica se determinará por análisis en laboratorio del material o mediante prueba de bombeo. Para estudios a nivel de perfil, se realizará un cálculo estimado con los siguientes valores promedio.
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PERMEABILIDAD (M/S)
CALIFICACIÓN
TIPO DE MATERIAL
10-6 a 10-4
Impermeabilidad
Arcilla compactada, Pizarra Granito
10-4 a 10-2
Poco permeable
Limo arenosa, Limo Arcilla limosa
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10 a 1
Algo permeable
Arena fina, Arena limosa, Caliza fracturada
1 a 102.5
Permeable
Arena limpia, Grava y arena, Arena fina
102.5 a 105
Muy permeable
Grava limpia
-2
Tabla 4: conductividad hidráulica de algunos materiales
A. Tipologías.
Zanja: excavaciones a cielo abierto, utilizadas cuando el agua subterránea está muy próxima a la superficie del suelo y no se requieren grandes descensos del nivel freático.
Drenes: horizontales o excavaciones de zanja en cuyo interior o fondo se instalan tuberías perforadas o ranuradas. Estos drenes se instalan en la zona húmeda del acuífero y se están cubiertos con material seleccionado. En el caso del tipo zanja, el relleno se efectúa con el material de la excavación para minimizar la contaminación del agua por infiltración de las aguas superficiales.
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Detalle de dren filtrante para acuífero de poco espesor con recarg a superficial
B. Criterios de diseño. Para el dimensionamiento del dren, deberá considerarse la cantidad de agua que se requiere captar y la capacidad o rendimiento del agua subalvea. Requiere una cámara recolectora del agua que al mismo tiempo funcione como desarenador. En la cámara recolectora, se debe evitar que la tubería de conducción trabaje por encima del nivel del espejo de agua. Por ello la salda será sumergida, para evitar la entrada de aire a la línea de conducción. La longitud de la tubería de infiltración se calcula en función del caudal unitario.
=
Donde:
L : longitud de la tubería de infiltración (m). Q : caudal a captar en (l/s). : Caudal por unidad de longitud en (l/s-m)
El cálculo de dependerá del tipo de captación, y del tipo de acuífero:
Tabla 5: Métodos de cálculo de en función del tipo de acuífero. RÉGIMEN DE BOMBEO TIPO DE ACUIFERO Confinado
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PERMANENTE O ESTACIONARIO
TRANSITORIO O NO PERMANENTE
Thiem
Theis / Jacob
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Semiconfiando
De Glee Hantush / Jacob
Walton Hantush
Libre
Dupuit / Thiem
Theis c / corrección de Jacob Boulton / Pricket
El conducto colector se diseñará a diámetro suficiente para que fluya el caudal de diseño con un tirante no mayor del 50% y unas velocidades entre 0.6 y 0.9 m/s. Se emplearán tubos de PVC o HDPE, a los que le practicaran aberturas hasta alcanzar el área de flujo, que no podrá exceder del 3% del área perimetral.
Disposiciones en tres capas recomendada para el forro filtrante
Los anchos mínimos de la zanja para la instalación del dren en la siguiente tabla:
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Tabla 6 DIÁMETRO DEL DREN (mm)
ANCHO MÍNIMO DE ZANJA (mm)
150
500
200
500
300
600
400
800
C. Consideraciones específicas. Los diámetros de los drenes serán mayores a 150 mm, con pendientes que variarán entre uno y cinco por mil. Dependiendo de la longitud de los drenes. La tubería a emplearse deberá colocarse con juntas no estancas y que asegure su alineamiento. El área filtrante circundante a la tubería se formará con grava seleccionada. Toda el área filtrante se recubrirá con un geotextil geosintético no tejido que realice la función de filtro para no colmatar la grava, permitiendo el paso del agua al dren. La velocidad máxima en los conductos será de 3 m/s, no debiendo ser inferior a 0,6 m/s.
2.2.3 Pozos Son obras que se realizan para captar aguas subterráneas subsuperficiales y profundas.
A. Tipologías Podrán ser:
Obras de Captación
Pozos someros: -
Excavados
-
Perforados
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Pozos Profundos: -
Perforados manualmente
-
Perforados con maquinaria
B. Criterios de diseño La ubicación de los pozos y su diseño preliminar serán determinados por un estudio hidrológico específico a nivel de pre inversión. En la ubicación debe considerarse el suficiente distanciamiento que debe existir con relación a otros pozos vecinos existentes. Se diseñará el número de pozos necesarios para el sistema de acuerdo con el caudal de diseño, y se ubicará en zonas no inundables. Para obtener el rendimiento de los pozos se evaluarán los pozos existentes cercanos de la zona (rendimiento, años de producción y variaciones estacionales), o se realizara un estudio hidrológico. Se protegerán contra posibles fuentes de contaminación. Las paredes del pozo deberán ser de material impermeable hasta una profundidad de 3 m como mínimo, y se cubrirá con un sello sanitario, que sobresaldrá 50 cm del piso. La distancia mínima entre un pozo de agua para el consumo humano y un sistema de percolación será de 20 m. el pozo se ubicará a una cota superior con respecto al sistema de percolación. Para el diseño se debe tomar en consideración los siguientes aspectos:
Pozos someros, captan agua subperficial de acuíferos de poca profundidad, hasta los 30 m. o
Excavados. Los pozos excavados no requieren de dimensionamiento especifico, sin embargo, debe considerarse los siguientes aspectos:
Obras de Captación
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Diámetro mínimo de 1,00 metro para permitir la excavación manual. Empleo de anillas de hormigón en caso de terrenos deleznables. El revestimiento del pozo excavado deberá ser con anillos ciegos de concreto del tipo deslizante o fijo, hasta el nivel estático. Se profundizará el pozo al menos 2 metros debajo del nivel freático en época de estiaje para permitir la explotación del agua. La profundidad del pozo excavado se determinará en base a la profundidad del nivel estático y de la napa. o
Perforados. Los pozos perforados someros, no requieren
dimensionamiento
específico;
podrán
diseñarse en base a estudios prospectivos iniciales, deberá realizarse la perforación directamente hasta alcanzar los niveles freáticos suficientes para la explotación del agua. Puede ser pozos perforados manual o mecánicamente. Pozos
profundos,
captan
agua
subterránea
a
profundidades mayores a los 30 m, dependiendo de las condiciones del acuífero. o
Perforados manualmente. Emplea equipos simples para perforar pozos de pequeño diámetro empleando los métodos de rotación y percusión, en terrenos de baja concentración de material granular. Los pozos perforados manualmente, solo pueden ser diseñados con pruebas en campo podrá identificarse la posibilidad o no de perforar con esta tecnología.
o
Perforados con maquinaria. Permiten captar aguas subterráneas profundas, y requieren equipos de
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perforación especiales. Las técnicas de perforado Página 51
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podrán ser de percusión, rotación directa o reversa, inyección y otros. Los diseños de los pozos perforados profundos requieren la participación de especialistas en hidrogeología y estudios de prospección de aguas subterráneas con equipos de resonancia electromagnética.
Pozo profundo
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