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UNIVERSIDA UNIVERSIDAD D NACION NACIONAL AL JORGE JORGE BASADRE BASADRE GROHMANN Facultad de Ingeniería Civil, Arquitectura y Geotecnia Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica – Geotécnia
MONOGRAFIA:
“DISEÑO DE GALERÍA FILTRANTE PARA DRENAJE DE AGUAS AGUAS SUBTERRÁNEAS”
Asign!"#: Asign!"#: I!"#GE#$#GIA II
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Contenido RESUMEN.......... RESUMEN..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................. .......3 3 1. INTRODUCCION ON.......... ..................... ...................... ..................... ..................... ........................................... ................................ 3 1.1. .1. DEF DEFINIC INICIO ION N..................... ............................... ..................... ..................... ..................... ...................... .......................3 ............3 1.2. OBJETIVOS..................... ............................... ..................... ...................... ............................................. .................................. 3 1.3. VENTAJAS VENTAJAS Y DESVENT DESVENTAJAS AJAS DE SU CONSTRUCCIÓ CONSTRUCCIÓN N...................3 1.4. CLASIFICACI CLASIFICACION ON DE GELERIAS GELERIAS FILTRANT FILTRANTES ES.................................4 .................................4 1.4. 1.4.1. 1. GALERÍ LERÍA AS..................... ................................ ..................... ..................... ..................... ..................... ....................4 .........4 1.4. 1.4.2. 2. ZANJ ZANJAS AS O TRIN TRINCH CHER ERAS AS...........................................................4 ...........................................................4 1.4.3. DRENES.................... .............................. ..................... ...................... ..................... ..................... ........................ ............. 4 2. CONDICIONES CONDICIONES PARA PARA ESTABLECE ESTABLECER R UNA GALERIA GALERIA FILTRANTE TRANTE..........5 2.1. 2.1. TRAB TRABAJ AJOS OS PRE PRELI LIMI MINA NARE RES S.............................................................6 2.2. 2.2. INFO INFORM RMAC ACIÓ IÓN N BÁSI BÁSICA CA.......... .................... ..................... ..................... ..................... .......................... ...............6 6 2.3. 2.3. RECON RECONOC OCIM IMIE IENT NTO O DE CAM CAMPO PO......................................................6 ......................................................6 3. DISEO DISEO DE UNA UNA GALE GALERIA RIA FIL FILTRA TRANTE NTE................................................6 ................................................6 3.1. 3.1. CARA CARACT CTER ERIS ISTI TICA CAS S DEL DISE DISEO O...................................................7 3.2. GALERIA RIAS..................... ................................ ...................... ..................... ..................... ..................... ......................... ............... 8 3.2.1. 3.2.1. ACUÍFE ACUÍFERO RO CON ESCU ESCURRI RRIMIE MIENTO NTO PROPI PROPIO O.............................8 3.3. GALERÍAS GALERÍAS EN ACUÍFEROS ACUÍFEROS CON RECARGA RECARGA SUPERFICIAL SUPERFICIAL.........11 .........11 3.3.1. 3.3.1. GALER GALERÍA ÍA EN ACUÍ ACUÍFER FERO O DE GRAN GRAN ESPES ESPESOR OR........................11 ........................11 4. DISE DISEO O DEL DEL COND CONDUC UCTO TO COLE COLECT CTOR OR................................................13 ................................................13 4.1. DIAMETRO.................... .............................. ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ............. ...13 13 4.2. 4.2. TIPO TIPO DE DE MATE MATERI RIAL AL.......................................................................16 .......................................................................16 4.3. VELOCIDAD...................... ................................ ..................... ..................... ..................... ............................... .................... 17 4.4. 4.4. ÁREA ÁREA ABIE ABIER RTA.................... ............................... ...................... ..................... ..................................... ...........................17 17 !. FORR FORRO O FIL FILTR TRAN ANTE TE..............................................................................19 ..............................................................................19 ". SELL SELLO O IMPE IMPERM RMEA EABL BLE E.................... ............................... ..................... ..................... ................................ ..................... 19 #. POZO POZO COL COLEC ECTO TOR R O CAJA CAJA CAPT CAPTAD ADORA ORA.............................................20 .............................................20 $. CONCLUSIONES...................... ................................ ..................... ..................... ........................................ .............................. 22 %. BIBLIOGRAFIA.................... ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................22 .............22
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RESUMEN El presente trabajo es una recopilación bibliogr!ca de conceptos bsicos" #entajas" des#entajas" par$etros" dise%o" &actores ' de$s condiciones a las cuales est sujeta una ()*E+,) -*/+)/E )+) +E)E E )() /E++E).
1. INTRODUCCION 1.1. DEFINICION *a galera !ltrante es un conducto casi ori:ontal per$eable ;se$ejante a un dren subterrneo<" cerrado" enterrado" rodeado de un estrato !ltrante" ' ad'acente a una &uente de recarga super!cial =ue per$ite interceptar el >ujo natural del agua subsuper!cial. *a galera !ltrante ter$ina en una c$ara de captación donde el agua acu$ulada puede ser bo$beada o deri#ada directa$ente por gra#edad. *a galera !ltrante se puede ubicar en dirección perpendicular al >ujo de las aguas subterrneas" pero en caso de =ue e?ista una recarga constante de una &uente super!cial" podr optarse por una dirección paralela al $is$o.
FIG1 Imagen re2resentativa de un modelo de galería 3ltrante1
1.2. OBJETIVOS •
• •
Captar agua subl#ea de los lecos de los cauces per$anentes e inter$itentes. Captar agua subsuper!cial de las laderas E?traer de los cauces agua libre de sedi$entos.
1.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SU CONSTRUCCIÓN VENTAJAS
a< on &ciles de e?ca#ar e instalar. b< er$iten apro#ecar los escurri$ientos sub@super!ciales o subl#eos. c< isponer de agua cuando el caudal de los ros es $ni$o o nulo.
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DESVENTAJAS a< on #ulnerables al a:ol#a$iento si no se protegen contra inundaciones. b< +e=uieren una alta in#ersión inicial
1.4. CLASIFICACION DE GELERIAS FILTRANTES 1.4.1. GALERÍAS
on e?ca#aciones ori:ontales =uese inician con un e$bo=uillado o boca de entrada" desde donde seprocede a e?ca#ar la galera" estando situada Asta por debajo delni#el de agua en la :ona de saturación. *a sección trans#ersal tienedi$ensiones su!cientes co$o para per$itir el despla:a$iento de lose=uipos ' de las personas encargadas de su construcción. *as pendientes suelen estar co$prendidas entre uno ' die: por $il.ara &acilitar los trabajos" deben e?ca#arse po:os de #entilación cada40 o 100 $ a !n de #entilar la galera ' para retirar los $aterialespro#enientes de la e?ca#ación.
FIG1 GA$E"4A' FI$5"A65E' 'an $uis Potosí 7%é8ico91
1.4.2. ZANJAS O TRINCHERAS on e?ca#aciones a cielo abierto" utili:adas &unda$ental$ente cuando el agua subterrnea est pró?i$a a la super!cie ;B 6 $<. Este tipo de obra est e?puesta a proble$as de creci$iento de algas" erosión" obstrucción por #egetación o conta$inación super!cial.
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FIG1 !I'E:# !E &A6;A'1
1.4.3. DRENES on per&oraciones ori:ontales ;drenes cali&ornianos< o:anjas" en cu'o interior se instalan tuberas per&oradas o ranuradas. En a$bos casos se recubren con $aterial seleccionado paragaranti:ar un adecuado rendi$iento ' e#itar la pArdida de !nos. or$al$ente" los di$etros de los drenes son $a'ores de 200 $$"con pendientes =ue >uctan entre uno ' cinco por $il. Cuando se disponen #arios drenes" estos pueden con>uir en uncolector desde el =ue se e&ecta el bo$beo. FIG1 !I'E:# !E !"E6E'1
2. CONDICIONES PARA ESTABLECER UNA GALERIA FILTRANTE Este tipo de obras de deri#ación se establecen en sitios &a#orables para recibir la recarga de los ros ' lagos ' para &acilitar el despla:a$iento del agua. *os cuales corresponden a las :onas de depósitos alu#iales con
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ni#eles pie:o$Atricos pró?i$os a la super!cie ' de alta porosidad e&ecti#a. *os lugares $s con#enientes para la construcción de galeras de !ltración con el !n de e#itar grandes e?ca#aciones@ son las $rgenes planas de los cursos ' cuerpos de agua. e debe buscar =ue el $aterial =ue &or$a la :ona de captación" en el leco del ro" tenga una granulo$etra =ue aga trabajar la galera co$o un !ltro lento. ara $ini$i:ar la conta$inación de las aguas captadas por la galera" es reco$endable ubicarla lo $s alejada posible de las &uentes de conta$inación tales co$oD lagunas de estabili:ación" !ltros percoladores" letrinas" descargas industriales" etc. )si$is$o" por cuestiones de seguridad" el lugar seleccionadopara la construcción de la galera de !ltración no debe encontrarse e?puesto a la acción erosi#a de la corriente del agua en curso 'a =ue pondra en peligro al dren colector" adelga:ando el espesor de la capa del suelo =ue la protege" as co$o la calidad del agua e?trada por &alta de un espesor $ni$o para =ue la cubierta de suelo protectora &uncione co$o !ltro. Esto lti$o es $u' i$portante" por=ue casi sie$pre la ribera de los ros est &or$ada por gra#as" arenas ' li$os no consolidados =ue o&recen $u' poca resistencia a la erosión. En cuanto a la distancia =ue debe e?istir entre la galera ' la &uente de recarga super!cial" puede considerarse co$o distancia $ni$a la =ue pueda recorrer la conta$inación bacteriana presente en el ro o lago. or$al$ente" se utili:a la reco$endación de la Frgani:ación Gundial de la alud ;FG<" con respecto a la distancia =ue debe e?istir entre una letrina ' una &uente de agua subterrnea" =ue es no $enor a 15 $etros. *a selección entre una galera =ue co$pro$eta todo el espesor de un acu&ero o =ue sólo apro#ece la parte superior del $is$o" dependeD del espesor del acu&ero" de la per$eabilidad del suelo" del e=uipo disponible para acer la e?ca#ación" de las condiciones naturales del rea disponible '" sobre todo" de la de$anda de agua. En el caso de un acu&ero $u' delgado" lo $s acertado sera colocar el dren en el &ondo" de $anera tal =ue se pueda e?traer todo el caudal =ue escurre por Al. En el caso de acu&eros de $ediano espesor" #ale la pena anali:ar si es $s econó$ico e&ectuar una e?ca#ación =ue co$pro$eta todo el espesor del acu&ero o sola$ente la parte superior" lo =ue conducir a obtener un $enor rendi$iento por unidad de longitud de galera.
2.1. TRABAJOS PRELIMINARES /eniendo en cuenta =ue las galeras se constru'en por debajo del ni#el del suelo" ser indispensable reali:ar estudios geotAcnicos destinados a deter$inar las caractersticas geo$or&ológicas del lugar donde se tiene pre#ista la construcción de la galera. na parte i$portante es el estudio geológico de la :ona para conocer la disposición del $aterial no consolidado en pro&undidad" as co$o sus caractersticas
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idrogeológicas" ' las #ariaciones en el ni#el de las aguas subterrneas a lo largo del a%o" entre otros. En cuanto a la calidad del agua" si se contara con dos alternati#as para ubicar la galera" tales co$o ubicarla en un acu&ero con escurri$iento propio o en las pro?i$idades de la orilla de una $asa de agua super!cial" es pre&erible seleccionar la pri$era" por tener $enor probabilidad de estar conta$inada bacteriológica$ente sin e$bargo" en cuanto a la con!abilidad de la captación" es $s atracti#a la segunda alternati#a.
2.2. INFORMACIÓN BÁSICA *a in&or$ación necesaria para elaborar el dise%o de una galera !ltrante esD • • •
•
•
lano topogr!co de la :ona ' per!les trans#ersales. lano geológico ' per!l estratigr!co. Gapa de ni#eles de las aguas subterrneas ' su #ariación en el a%o idrológico. ar$etros idrogeológicos deter$inados por ensa'os de bo$beo. )nlisis &sico@=u$ico ' bacteriológico del agua.
2.3. RECONOCIMIENTO DE CAMPO •
•
El reconoci$iento de ca$po es un &actor i$prescindible =ue per$ite apreciar el relie#e" el a>ora$iento de rocas" la pro?i$idad de posibles &ocos de conta$inación" etc. e no ser su!ciente la in&or$ación disponible" ser necesaria la ejecución de trabajos co$ple$entarios" tales co$oD per&oraciones e?ploratorias" trabajos de topogra&a" ensa'os de bo$beo de po:os ' anlisis &sico@=u$ico ' bacteriológico de $uestras de agua" entre otros.
3. DISEO DE UNA GALERIA FILTRANTE ara el dise%o de galeras de !ltración se dispone de #arios $Atodos de clculoD unos deducidos a partir de la ecuación de upuit ' otros identi!cados con el apellido del cient!co =ue lo desarrolló. Considerando =ue el pro'ectista de pe=ue%as obras de abasteci$iento tiene =ue dise%ar una galera de !ltración en base a su e?periencia" ' por lo general" sin contar con un estudio idrogeológico detallado" resulta una buena prctica reali:ar los calculos por $edio de di&erentes $Atodos" #ariando los par$etros dentro de un rango ra:onable de $agnitud" para luego seleccionar los resultados $s probables. )un=ue el procedi$iento no parece $u' con!able" en $ucos casos proporciona buenos resultados para el dise%o. El procedi$iento de e$plear di&erentes $odelos en el dise%o de la galera !ltrante" per$ite al pro'ectista identi!car los par$etros o &actores de $a'or in>uencia. )l
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e&ecto" en las &or$ulaciones" es necesario tener en cuenta las caractersticas del acu&ero ' las caractersticas del dren.
3.1. CARACTERISTICAS DEL DISEO *as caractersticas del acu&ero se identi!can por los siguientes par$etros con sus respecti#os s$bolos ' di$ensionesD Conducti#idad
idrulica o per$eabilidadD H& ;$Is<. Es la &acilidad con la =ue un $aterial per$ite el paso del agua a tra#As de Al" ' est representado por el #olu$en de agua =ue escurre a tra#As de un rea unitaria de un acu&ero bajo un gradiente unitario ' por unidad de tie$po. /a$biAn se le conoce co$o coe!ciente de per$eabilidad ;Cuadro 1<.
ro&undidad
del acu&eroD J ;$<. /rans$isi#idad /KH&LJ ;$2Is<. Caudal a tra#As de una sección de acu&ero de ancura unida bajo un gradiente idrulico unitario. e e?presa co$o el producto de la conducti#idad idrulica por el espesor de la porción saturada de un acu&ero. Espesor din$ico del acu&ero en el punto de obser#aciónD Jb ;$<. Espesor din$ico del acu&ero en la galeraD Jd ;$<. Espesor del acu&ero $edido entre el ni#el de agua del dren de la galera ' la cota in&erior del acu&ero. endiente din$ica del acu&eroD i ;$I$<. orosidad e&ecti#aD ;adi$ensional<. er$eabilidad de un $edio poroso a un >uido =ue ocupa solo una parte del espacio poroso" estando el resto ocupado por otros >uidos. Es una &unción de la saturación.
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+adio
de in>uencia del abati$ientoD + ;$<. istancia entre la galera ' el po:o de obser#aciónD * ;$<. istancia entre la galera ' el punto de recargaD ;$<. En lo =ue respecta a la galera de !ltración" sus principales caractersticas &sicas" con sus respecti#os s$bolos ' di$ensiones sonD +adio
del drenD r ;$<. /ie$po de e?tracción del agua de la galeraD t ;s<. )bati$iento de la napa de agua a la altura de la galeraD s ;$<. Gni$o tirante de agua enci$a del leco del curso o cuerpo de agua super!cialD a ;$<. ro&undidad del estrato i$per$eable con respecto a la ubicación del drenD b ;$<. ro&undidad de ubicación del dren con respecto al &ondo del curso o cuerpo de agua super!cialD : ;$<. Carga de la colu$na de agua sobre el drenD pd ;$<. )dicional$ente" se tiene el caudal de e?plotación de la galera de !ltración ' =ue puede serD Caudal
unitario por longitud de drenD = ;$3Is@$<. Caudal unitario por rea super!cialD =M ;$3Is@$2<. *a &ór$ula presentada por arc' en 1856 i:o posible el trata$iento $ate$tico del $o#i$iento del agua subterrnea ' upuit" aparente$ente" &ue el pri$ero en aplicar este tipo de anlisis a la idrulica de po:os" asu$iendo la e?istencia de una isla circular asentada en una &or$ación de caractersticas o$ogAneas ' en cu'o centro se ubica el po:o.*a &ór$ula de upuit representa el clculo clsico de una galera de !ltración. *os supuestos bsicos sonD -lujo si$Atrico acia una :anja =ue llega asta la napa i$per$eable" es decir" =ue corta el acu&ero asta el &ondo del $is$o *as lneas de >ujo son ori:ontales con e=uipotenciales #erticales
*a pendiente de la super!cie i$per$eable" =ue de!ne la parte in&erior del acu&ero" es pe=ue%a en el rea cercana a la galera.
3.2. GALERIAS *as galeras =ue co$pro$eten la parte superior del acu&ero" consideran =ue la ubicación del dren ;por debajo del ni#el natural de la napa de agua<" en relación con el espesor del acu&ero" es pe=ue%a. Es decir" la relación pro&undidad al estrato i$per$eable 7<9 contra la pro&undidad al dren 7=9 es $a'or a 10D b z
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*as ecuaciones para los acu&eros con escurri$iento propio ' con recarga super!cial" aplicadas en el presente caso" sonD
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3.2.1.ACUÍFERO CON ESCURRIMIENTO PROPIO& *a ecuación general para la obtención del gasto =ue gobierna este tipo de galera se $enciona a continuaciónD
FIG1 Galería que com2romete la 2arte su2erior del acuífero con *a ecuación 3 se resuel#e por apro?i$aciones sucesi#as. El caudal $?i$o" =ue puede ser e?trado" se obtiene cuando el cono de abati$iento de la napa de agua ;s<" alcan:a la parte superior del dren entubado. ara resol#er dica ecuación se reco$ienda el siguiente procedi$ientoD 1. El largo de la galera" la pro&undidad" la conducti#idad idrulica ;N&<" la pendiente del acu&ero ;i< ' el abati$iento de la napa de agua a la altura de la galera ;s<" son #alores conocidos.
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2. )l resol#er por apro?i$aciones sucesi#as" se #a proponiendo >q? ' se co$para con el >q? calculado" asta =ue la di&erencia entre a$bos sea $ni$a. *a ecuación de Joogoudt &ue desarrollada para el clculo de drenes paralelos ' per$ite deter$inar el caudal espec!co por rea super!cial ' e?presa el caudal unitario por rea super!cial.
FIG1 Galería con drenes 2aralelos que com2rometen la 2arte
ondeD d K ro&undidad e=ui#alente ;$<. d K eparación entre drenes ;$<. JdK Espesor din$ico del acu&ero en la galera ;$<. ara relaciones de dIJd $enores a 3.18" la deducción de los #alores de - ' -r se debe calcular para una pro&undidad Jd igual a dI3.18.
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El caudal total de drenaje es igual al rea de!nida por el espacia$iento entre drenes ' la longitud del $is$o. 3.2.2.ACUÍFERO CON RECARGA SUPERFICIAL& *a ecuación =ue gobierna esta situación es si$ilar a la anterior" con la nica di&erencia =ue el radio de in>uencia de la galera ;+< es conocido ' est representado por la distancia a la &uente de recarga ;
FIG1 Galería que com2romete la 2arte su2erior del acuífero adyacente a una fuente de recarga su2er3cial1
3.3. GALERÍAS EN ACUÍFEROS CON RECARGA SUPERFICIAL
3.3.1.GALERÍA EN ACUÍFERO DE GRAN ESPESOR& e puede considerar a un acu&ero de gran espesor" cuando la relación pro&undidad del dren al estrato i$per$eable" versus pro&undidad de ubicación al dren" es $a'or o igual a 10. L' ()*')+,- '/+)'0' (- (/ ((-( )' (&
*a e?periencia a de$ostrado =ue las galeras ubicadas en acu&eros con recarga super!cial" inicial$ente producen el doble de agua =ue las galeras situadas ad'acentes al cuerpo de agua" pero despuAs de un tie$po son a&ectadas por el rAgi$en de sedi$entación =ue altera el #alor de la conducti#idad idrulica" por eso se reco$ienda aplicar la ecuación deducida a partir de la ecuación teórica anteriorD
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FIG1 Galería en acuífero de gran es2esor con recarga 3.3.2.GALERÍA EN ACUÍFERO DE POCO ESPESOR&se considera a un acu&ero de poco espesor" cuando la relación pro&undidad del dren al estrato i$per$eable" versus pro&undidad al dren" es $enor a 10.
*a ecuación aplicada en el presente caso ' obtenida por el $Atodo de las i$genes esD
)l igual =ue para el caso anterior" se propone el e$pleo de la siguiente ecuaciónD
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FIG1 Galería en acuífero de 2oco es2esor con recarga
4. DISEO DEL CONDUCTO COLECTOR En el dise%o del conducto colector de la galera" se deben considerar los aspectos siguientesD
ección con capacidad su!ciente para =ue >u'a el caudal de dise%o. Gni$as pArdidas por &ricción. rea de las aberturas del dren =ue &aciliten el >ujo de agua del acu&ero acia el conducto.
4.1. DIAMETRO El di$etro $ni$o a utili:ar es el =ue garantice el escurri$iento del caudal de dise%o con un tirante no $a'or al 50O" pero en ningn caso la tubera deber tener $enos de 200 $$. Este di$etro &acilita la li$pie:a ' $anteni$iento de los drenes. En casos de galeras $u' largas" es posible usar distintos di$etros" teniendo en cuenta =ue en los tra$os inciales no es necesaria una alta capacidad de conducción. En el dise%o de este tipo de conductos" los re=uisitos a cu$plir en la alternati#a $s e!ciente de las secciones circulares" se sinteti:an en los siguientes puntos" para posibles alternati#as @suponiendo @ 'a sea en ta$a%os co$erciales ' para secciones preconstruidas" la relación k =d / D debe ser $enor o igual a 0.5" por=ue la tubera deber conducir con un tirante no $a'or al 50O. 1. Escurri$iento tran=uilo donde el tirante nor$al sea $a'or al tirante crtico ;d P dc<" para un rAgi$en de la corriente de &cil control.
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2. Qelocidad $edia ;#< entre una #elocidad $ni$a ;#$nK0.6 $Is< ' una $?i$a ;#$?K0.9 $Is<.
FIG1 Ecuaciones 2ara el c@lculo de las características geométricas de la sección circular del canal o conducto1
FIG1 Características geométricas de la sección de circular del canal
(eneral$ente la $etodologa $s utili:ada en el dise%o idrulico de canales es la propuesta por Ganning" la cual calcula la #elocidad del agua ' el gasto =ue pasas por el conducto con las siguientes ecuacionesD
ondeD =K (asto unitario ;$3Is@$<. *K *ongitud total del conducto ;$<. nK Coe!ciente de rugosidad de Ganning ;adi$ensional<" Cuadro 3. sK endiente del conducto ;$I$<. )K rea Jidrulica ;$2<. rK +adio de $ojado ;$<
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)l $ultiplicar la ecuación 11 por el rea idrulica" se obtiene el gasto ;R
El dise%o de una sección de canal de tipo circular se reali:a por tanteos con a'uda de una plantilla de clculo. FIG1 Cuadro .1 alores de Coe3ciente de "ugosidad de %anning 2ara tu
)
continuación" se $uestran los pasos a seguir para el dise%o idrulico del conducto $ostrndose en los Cuadros 4 ' 5 de la galera !ltranteD
e propone un di$etro del conducto. e calcula el tirante con la relación " teniendo en cuenta =ue H debe ser $enor o igual a 0.5 en este caso se utili:a el 0.5" por=ue representa el tirante al 50O. e calcula el ngulo ;S<" =ue para este caso ser igual o $u' cercano a 180T ó U radianes. e calcula el rea idrulica. e calcula el per$etro de $ojado. Con los #alores anteriores de rea ' per$etro se obtiene el radio idrulico. Con la ecuación de Ganning se obtiene la #elocidad del agua =ue pasa por el conducto" cuidando de no sobrepasar las restricciones" cuando la #elocidad se encuentre dentro de dico inter#alo" se acepta el #alor de propuesto ' se procede al a!ne del tirante.
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FIG1 Cuadro B1 Alternativas 2ara el diseo del canal1
FIG1 Cuadro D1 A3ne1
1. e propone un tirante" co$en:ando con el obtenido de la pri$era tabla de clculo. 2. e obtiene la #elocidad con la ecuación de Ganning. 3. e calcula el gasto al $ultiplicar la #elocidad obtenida por el rea idrulica. 4. e obtiene la #elocidad con el gasto =ue se tiene co$o dato" di#idiAndose por el rea idrulica. 5. e co$paran las dos #elocidades obtenidas ' la di&erencia porcentual debe ser igual o $u' cercana a cero" en caso contrario se debe proponer un nue#o tirante ' repetir los pasos anteriores.
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*os tirantes subsecuentes =ue se propondrn" si es =ue e?iste necesidad" no sern $u' di&erentes al pri$ero propuesto de acuerdo al Cuadro 5.
4.2. TIPO DE MATERIAL or lo general" se utili:an las tuberas co$erciales disponibles" entre las =ue se pueden $encionarD las de cloruro de poli#inilo ;QC<" asbesto@ ce$ento" ierro &undido ' concreto si$ple o ar$ado. *a selección del tipo de $aterial est condicionada por la resistencia estructural del conducto ' su capacidad para reaccionar con la calidad de agua. )dicional$ente" los conductos e$pleados debe ser &ciles de per&orar. i se e#alan los di&erentes tipos de $ateriales" se encuentra =ue la tubera de QC presenta grandes #entajasD es barata" li#iana" induce pocas pArdidas por &ricción" &cil de transportar" instalar ' per&orar" no se corroe ' tiene una larga #ida til. *os conductos de asbesto@ce$ento tienen la des#entaja de ser &rgiles ' pesados" ' ade$s" de di&cil per&oración. u $anejo e instalación es delicado" por lo =ue e?ige $ano de obra especiali:ada. El ierro &undido tiene a su &a#or la alta resistencia a las cargas" su gran durabilidad ' el eco de =ue per$ite un alto porcentaje de rea abierta. in e$bargo" tiene el incon#eniente =ue es $u' costoso ' propenso a la &or$ación de incrustaciones las =ue dis$inu'en su capacidad idrulica. *as tuberas de concreto son $u' pesadas ' &rgiles" lo =ue co$plica su $anejo" per&oración e instalación. o obstante" pueden ser instaladas en pe=ue%os tra$os con las juntas abiertas.
4.3. VELOCIDAD ara e#itar la acu$ulación del $aterial !no =ue pueda entrar al conducto" la tubera del dren debe tener una pendiente adecuada =ue &acilite su auto@li$pie:a. or$al$ente" la #elocidad de escurri$iento del agua en el dren debe ser $enor a 0.90 $Is pero con un #alor $ni$o de 0.60 $Is. e esta $anera" el $aterial !no podr ser arrastrado asta la c$ara colectora donde se depositar para su eli$inación. *a #elocidad de auto@li$pie:a se logra con pendientes =ue #aran de 0.001 $I$ a 0.005 $I$. o se reco$iendan pendientes $u' altas para e#itar pro&undi:aciones e?cesi#as en casos de galeras de gran longitud.
4.4. ÁREA ABIERTA En el dise%o del rea peri$etral abierta de los conductos" se deben to$ar en consideración &unda$ental$ente dos aspectosD
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Ardida de la resistencia estructural de la tubera. Qelocidad de ingreso.
E?isten di#ersas opiniones acerca del #alor de la $?i$a #elocidad de entrada per$isible para e#itar el arrastre de partculas !nas. Estos #alores #aran desde 2.5 c$Is asta 10 c$Is" con un #alor reco$endado de 3 c$Is ' calculado para un coe!ciente de contracción de entrada por ori!cio de 0.55. En todo caso" es reco$endable disponer de la $a'or cantidad de rea abierta para tener bajas #elocidades de entrada. El rea abierta por unidad de longitud del conducto estar dada por la siguiente ecuaciónD
ondeD ) K rea abierta por unidad de longitud del conducto ;$2<. Ru K Caudal de dise%o de la galera por unidad de longitud ;$3Is<. Qe K Qelocidad de entrada ;$Is<. Cc K Coe!ciente de contracción ;adi$ensional<. El tipo de abertura =ue se practica en las tuberas son las per&oraciones ' las ranuras" $is$as =ue pueden ser reali:adas con taladros o discos.*as di$ensiones de las per&oraciones dependen de las caractersticas del conducto. egn la publicación V/e esing o& $all a$sV" del V/e ureau o& +ecla$ationV" la relación =ue debe e?istir entre la $a'or di$ensión de la abertura ' el ta$a%o de los granos del !ltro est dada por la siguiente e?presiónD
;L< 85 es el ta$a%o de la abertura del ta$i: por donde pasa el 85 por ciento en peso del $aterial !ltrante. ) su #e:" la relación de di$etros entre el &orro !ltrante ' el $aterial granular del acu&ero debe ser igual o $enor a cinco
*a distribución de las aberturas se ace de &or$a tal =ue no redu:ca sustancial$ente la resistencia a las cargas e?ternas del conducto original. e reco$ienda =ue tanto las per&oraciones co$o las ranuras se distribu'an uni&or$e$ente en el rea peri$etral" tal co$o se $uestra
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en la -igura 7" lo =ue e#ita la creación de :onas dAbiles por donde podra &allar la tubera. FIG1 %odelo de drenes1 !.
FORRO
FILTRANTE Este ele$ento es de su$a i$portancia en el buen &unciona$iento de las galeras de !ltración. u &unción principal es i$pedir =ue el $aterial !no del acu&ero llegue al interior del conducto sin =ue sea a&ectada la #elocidad de !ltración" debiendo el &orro !ltrante ser $uco $s per$eable =ue el acu&ero. El &orro !ltrante se ase$eja a la capa soporte de los !ltros de arena" ' pueden aplicarse las reco$endaciones =ue para el e&ecto e?isten ' =ue se sinteti:an en el Cuadro 6D FIG1 Granulometr ía del forro 3ltrante
Co$o se obser#a en el cuadro anterior" el espesor de cada una de las capas del !ltro no e?cede los 5 ó 10 c$ para lograr una !ltración e!ciente. in e$bargo" para e#itar =ue durante la construcción =ueden tra$os de conducto sin recubri$iento" puede ser necesario usar $a'ores espesores" lo cual no a&ecta el &unciona$iento de los drenes" sino =ue $s bien lo protege contra cual=uier de&ecto constructi#o" 'a =ue a $edida =ue au$enta el espesor de las capas del &orro !ltrante" dis$inu'e el riesgo de =ue los granos $s !nos del acu&ero sean arrastrados acia el interior del conducto. FIG1 'ección transversal del forro 3ltrante1
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".
SELLO IMPERMEABLE En las galeras ubicadas en las $rgenes de los ros o lagos ' en los acu&eros con escurri$iento propio" es reco$endable sellar la parte superior del relleno de la galera. El sello se ejecuta con $aterial i$per$eable para e#itar =ue el agua estancada se !ltre acia la galera ' pueda conta$inar el agua captada. )dicional$ente" la &unción del sello i$per$eable es au$entar la longitud del recorrido del agua super!cial a tra#As de la $asa de suelos" ' as $ejorar su calidad &sica ' bacteriológica. El sello i$per$eable puede estar &or$ado por una capa de arcilla de unos 30 cent$etros de espesor. Este sello se puede co$ple$entar colocndole en su parte in&erior papel i$per$eable o geo@$e$brana. ara e#itar =ue el agua super!cial se estan=ue" se reco$ienda =ue la capa i$per$eable =uede en un ni#el un poco $s alto =ue el terreno circundante" ' conuna pendiente =ue &acilite el drenaje del agua super!cial &uera del rea donde se ubica el dren.
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FIG1 'ello im2ermea
#. POZO COLECTOR O CAJA CAPTADORA *a &unción de este po:o es reunir el agua drenada por la galera de !ltración ' &acilitar" si &uera el caso" bo$bearla. El po:o puede ser circular o rectangular" ' sus di$ensiones deben per$itir a un o$bre reali:ar labores tanto de li$pie:a co$o de $anteni$iento de los conductos ' #l#ulas de regulación de los drenes ' de los e=uipos de i$pulsión. Es reco$endable =ue el &ondo del po:o se prolongue unos 60 c$ por debajo de la boca de salida del dren" para per$itir por un lado la acu$ulación de la arena =ue pudiera ser arrastrada por las aguas captadas ' por otro &acilitar el &unciona$iento satis&actorio del e=uipo de i$pulsión del agua" si lo ubiera. *as paredes" el &ondo ' la parte superior del po:o deben ser &abricados de concreto re&or:ado ' los acabados de las paredes ' del &ondo deben ser i$per$eables. *a parte superior del po:o debe lle#ar una abertura para la instalación de una tapa de concreto o de !erro '" dependiendo de su pro&undidad" debe estar dotado de escalinatas para &acilitar el acceso de un o$bre al &ondo del po:o ;-igura 10<. En caso =ue la galera se encuentre ubicada en las $rgenes de un curso o cuerpo de agua" ' =ue el rea donde se ubica el po:o estA sujeta a inundación durante grandes a#enidas" se debe ele#ar la tapa del po:o colector asta una altura $a'or a la =ue pueda alcan:ar el agua" para e#itar la entrada de agua super!cial ' la conta$inación del agua captada por la galera de !ltración. CG)+) E ECCW
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En casos de galeras de gran longitud" es con#eniente colocar c$aras de inspección en el e?tre$o inicial ' a inter#alos regulares para &acilitar su $anteni$iento. in e$bargo" en pe=ue%as galeras" en el inicio del ra$al pueden colocarse tapones. *as c$aras de inspección son si$ilares a las usadas en los siste$as de alcantarillado sanitario" distanciadas entre ellas unos 50 $ para di$etros de 200 $$" ' asta de 100 $ para di$etros $a'ores de 200 $$.Estas c$aras" al igual =ue el po:o colector" deben tener el &ondo ' las paredes i$per$eabili:ados. )de$s" la ele#ación de la tapa debe estar por enci$a del ni#el $?i$o =ue alcan:an las aguas en el caso =ue la galera se encuentre e?puesta a inundaciones.
FIG1 !etalles de 2o=o de
$. CONCLUSIONES
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na galera !ltrante cu$ple una $isión i$portante en la super#i#encia ' desarrollo de una co$unidad" por ello" el dise%o ' construcción de la in&raestructura de captación debe ser tal =ue secu$pla con el objeti#o de polticas estatales en $ateria de riego" ' =ue no de&raude las e?pectati#as' es&uer:os de la población bene!ciaria. urante el desarrollo de la in#estigación se an podido distinguir dos etapas di&erentes en elproceso de dise%o de galeras !ltrantesD *a recolección de in&or$ación ' e#aluación del potencial drico subterrneo El dise%o ingenieril en s El An&asis en la distinción radica en =ue la recolección de in&or$ación de aguas subterrneas" necesaria para el dise%o" de$anda $a'or es&uer:o ' recursos econó$icos si se lo co$para conobras de to$a super!ciales ;deter$inación de ni#eles &reticos #s. precipitaciones o caudales
%. BIBLIOGRAFIA
)G*)CW E ))/ECGE/F E )() F/)*E GE)/E E* EXF E ()*E+)-*/+)/E Y EQ)*)CW E* G)C/F)GE/)* E E* /+/F E J)C)F Y)EZF [ +FQC) E CF@ bac. (regorio )l&redo Canco Calle [ C) 2011 olitAcnica de Cartagena @ abasteci$iento de aguas [ -rancisco Are: de la Cru: ()*E+) -*+)/E @ ng. Carlos Frtu%o Y%e: @ Qice$inistro de +ecursos Jdricos ' +iego ; GEZCF<
