ÍNDICE DE CONTENIDO
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS BASE LEGAL UBICACIÓN Y ACCESO MATERIALES PROCEDIMIENTO DE TRABAJO DETERMINACIÓN DE LA TASA DE PERCOLACIÓN ETAPA DE CAMPO ANÁLISIS DEL TEST DE PERCOLACIÓN 9.1. Test de percolación PSC-01 9.2. Test de percolación PSC-02 10. CONCLUSIONES ANEXOS ANEXO 1. DATOS DE CAMPO Y FICHAS ANEXO 2. PANEL FOTOGRÁFICO
1.
INTRODUCCIÓN
El presente informe fue realizado con el fin de determinar la permeabilidad del suelo en la zona de riego del aeropuerto Capitán FAP Renán Elías Olivera ubicado en la ciudad de Chachapoyas, es por ello se realizó un test de percolación en dos puntos y en base a estos resultados se pudo clasificar los terrenos en rápidos, medios o lentos a la percolación y/o filtración de agua de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), en ese sentido se hizo un estudio detallado del comportamiento de estas aguas en el subsuelo, determinando así la velocidad de infiltración o percolación, para ello se tuvo como base la norma técnica I.S 020. Es importante tener en cuenta el rol que desempeñan las aguas de la PTAR como sistema de riego en el aeropuerto, ya que el volumen total de estas aguas son utilizadas para este fin. 2.
OBJETIVOS
Obtener un estimativo de tipo cuantitativo de la capacidad de absorción del suelo que es regado por las aguas de la planta de tratamiento. Determinar la velocidad de infiltración o percolación del agua dentro del área evaluada. Realizar y analizar los resultados del estudio de percolación en la zona del aeropuerto. Determinar la tasa de percolación en lt-m2/ día
3.
BASE LEGAL
Reglamento para el Diseño de tanques Sépticos (Capítulo de Ingenieros sanitarios). Norma Técnica I.S 020 Tanques Sépticos. 4.
UBICACIÓN Y ACCESO
El aeropuerto “Capitán FAP Renán Elías Olivera”, se encuentra ubicado en la ciudad de Pisco, específicamente en el distrito de Pisco y departamento de Ica a 3 horas de la ciudad de Lima. En el cuadro N°1 se detalla el acceso al aeropuerto. Así mismo en la figura N°1 se observa los puntos escogidos para realizar los ensayos de percolación, los cuales fueron definidos teniendo en cuenta las observaciones realizas en campo del área regada por las aguas tratadas. Cuadro N°1. Accesibilidad al Aeropuerto de Pisco ORIGEN Lima Elaboración: LQ- Ambiental
DESTINO
DISTANCIA (Km)
TIEMPO
TIPO DE VÍA
Pisco
237
3 Hrs.
Carretera Asfaltada
2
Figura N°1. Ubicación de los puntos dentro del aeropuerto de Pisco para el test de percolación
Planta de tratamiento de aguas
Fuente: Google earth -2016
5. MATERIALES Para la realización de las pruebas de percolación se contó con los siguientes materiales: -
Regla graduada transparente milimétrica Cronómetro graduado a décimas de segundo Lampas Picos Espátula 2 Baldes de 23 litros. Flexómetro de 5 m. Arena gruesa Cámara fotográfica digital Libreta de campo
6. PROCEDIMIENTO DE TRABAJO Se describen a continuación las actividades realizadas dentro de las instalaciones del aeropuerto de la ciudad de Pisco, como primer paso se procedió a la identificación de la zona donde se evidencia el riego con aguas tratadas y se georreferenció un punto dentro del área de estudio, cerca de la PTAR. Se pudo observar que las áreas verdes son regadas mediante un sistema de aspersión a través de unas mangueras que conducen aguas tratadas provenientes de la PTAR. El procedimiento realizado para el test de percolación de describe a continuación: -
Se realizaron agujeros cuyas dimensiones fueron 0.30m x 0.30m x 0.30m. de profundidad, el primero realizado cerca de la tubería de descarga y el segundo unos metros pendiente abajo.
-
Luego, cuidadosamente, con una espátula se raspó las paredes del agujero a fin de proveer una interface natural con el terreno eliminando todo material suelto del agujero. 3
-
Se colocó una capa de 5 cm. de arena gruesa al fondo del agujero para el primer test.
-
Para saturar el terreno se realizó el llenado con agua limpia hasta una altura de 0.30m, manteniéndolo a este nivel por un periodo de 04 horas.
-
Se realizó la medición de descenso, y se procedió a nivelar el con agua hasta una altura de 0.25 m. sobre el nivel del fondo que contiene la arena gruesa.
-
Finalmente se registró el descenso de agua durante un periodo de 1 hora, en intervalos de 10 minutos para determinar la tasa de percolación. Así mismo se realizó la medición de tiempo de descenso de 1cm.
De acuerdo a los resultados del test de percolación se hizo un análisis de la clase de terrenos, en relación a la infiltración promedio para cada uno de ellos. En el siguiente cuadro se clasifican los terrenos de acuerdo al tiempo de infiltración para el descenso de 1 cm, basado en la norma I.S 020 de tanques sépticos. Clases de Terreno
Tiempo de Infiltración para el descenso de 1 cm.
Rápidos
de 0 a 4 minutos
Medios
de 4 a 8 minutos
Lentos
de 8 a 12 minutos
Fuente: Norma IS.020 Tanques Sépticos.
Así mismo de acuerdo al tipo de suelo visualizado en cada uno de los agujeros realizados en campo se define el coeficiente de permeabilidad y la permeabilidad relativa, según la tabla de valores propuesta por Terzaghi y Peck - 1980 PERMEABILIDAD RELATIVA Muy permeable Moderadamente permeable Poco permeable Muy poco permeable Impermeable
VALORES DE K (cm/seg) > 1*10-1 1*10-1 a 1*10-3 1*10-3 a 1*10-5 1*10-5 a 1*10-7 < 1*10-7
SUELO TÍPICO Grava gruesa Arena, arena fina Arena limosa, arena sucia Limo y arenisca fina Arcilla
Fuente: Terzaghi K. y Peck R., 1980.
7.
DETERMINACIÓN DE LA TASA DE INFILTRACIÓN O TASA DE PERCOLACIÓN
La tasa de infiltración se calculó utilizando el nivel de descenso de agua durante la prueba calculada en milímetros y el tiempo que duró la prueba en segundos, para ello se utilizó la siguiente fórmula:
Dónde: Q (tasa de infiltración o tasa de percolación en lt/m2 - día) = 315,5*(h/t)^1/2 h= descenso del nivel de agua en el tiempo de la prueba en mm t= tiempo demandado para el descenso del nivel de agua en seg
4
8. ETAPA DE CAMPO El trabajo de campo se desarrolló el día 20 de junio del presente año, iniciando los trabajos con la búsqueda del terreno más apropiado para la excavación del agujero, para así realizar el ensayo y calcular la velocidad de infiltración o tasa de infiltración del área donde se realiza el riego con aguas tratadas. Dentro del aeropuerto de la ciudad de Pisco, se realizaron 02 test de percolación, los cuales fueron definidos en zonas donde se evidenciaba riego con aguas de la planta de tratamiento. Los puntos fueron georreferenciados, tal como se indica en el cuadro N°2. Los ensayos fueron realizados teniendo en cuenta el procedimiento tal como indica la norma, cabe mencionar que estos terrenos en general son arenas de grano medio con presencia de gravas aisladas, es por ello que no fue necesario esperar 24 horas para realizar la medición, sino más bien las 4 horas como indica el procedimiento. Cuadro N°2. Coordenadas UTM - puntos de ensayo de percolación Código de Coordenadas UTM - WGS 84 Altitud N° calicata m.s.n.m Este Norte 1
PSC-01
368138
8481145
9
2
PSC-02
368127
8481125
9
Elaboración: LQ- Ambiental
9.0 ANÁLISIS DEL TEST DE PERCOLACIÓN A continuación se realizará el análisis de cada uno de los puntos evaluados en el área del proyecto, dando inicio al punto ejecutado cerca de la planta de tratamiento de aguas (PTAR) 9.1. Test de percolación PSC-01 El test de percolación 1 (PSC-01), fue realizado cerca de la planta de tratamiento de aguas residuales, ubicado en las coordenadas 368138E y 8481145N, para ello se inició el trabajo realizando un agujero superficial de 0,30 x 0,30 x 0,30, el mismo que fue saturado luego de agregar una capa de arena gruesa en el fondo. El tiempo que demoró en saturarse este agujero fue de 48 segundos. Al cabo de 4 horas se realizó la medición de descenso del nivel de agua, encontrándose totalmente seco. Se llenó el agujero hasta una altura de 27 cm por encima de la capa de arena gruesa por segunda vez, para así dar inicio al test de percolación PSC-01. En una primera etapa se tomaron mediciones cada 10 minutos por un periodo de 1 hora, tal como se indica en el cuadro N°3, en el cual se observa que el agua tiene un descenso variable a lo largo del ensayo, como producto de que a mayor agua se va infiltrando en el terreno, este se va saturando y hace que el descenso sea más lento. Este comportamiento es típico en suelos arenosos. Es importante señalar que este punto fue realizado al costado de la planta de tratamiento de aguas residuales, a unos 3 metros aproximadamente de la PTAR. Se inició la lectura en 27 cm por encima de la capa de arena gruesa, al cabo de 1 hora el agua descendió 17.10 cm.
5
Cuadro N°3. Datos de campo PSC-01, mediciones cada 10 minutos DATOS DE CAMPO - PSC-01 N° medida
Hora
Hora
Inicial
Final
Tiempo Tiempo (minutos) acumulado(min)
lectura
lectura
Diferencia
inicial (cm)
final (cm)
(cm)
1
12:30:00 12:40:00
10
10
27.00
23.10
3.90
2
12:40:00 12:50:00
10
20
23.10
19.80
3.30
3
12:50:00 13:00:00
10
30
19.80
16.60
3.20
4
13:00:00 13:10:00
10
40
16.60
13.90
2.70
5
13:10:00 13:20:00
10
50
13.90
11.70
2.20
6 13:20:00 13:30:00 Tiempo total (min)=
10
60
11.70
9.90
1.80
t (seg) =
60
Diferencia de nivel (cm) =
3600
h (mm) =
17.10 171.00
Elaboración: LQ- Ambiental
La tasa de percolación en este punto fue determinada en base a los resultados de campo obtenidos de las mediciones, para ello en el cuadro N°3 se realizaron las conversiones de las mediciones en tiempo y diferencia de nivel (en mm), con el fin de ser aplicados en la fórmula descrita inicialmente. De los datos obtenidos se tiene que la tasa de percolación es igual a 68.7616 lt/m2 – día. En la gráfica N°1 se puede observar al comienzo del ensayo, el proceso de infiltración del agua es rápida siendo igual a 3.9 mm por minuto, en una segunda medición el descenso es de aproximadamente 1.65 mm por minuto. Se nota que la diferencia de nivel de agua es variable hasta el final del test.
Esta curva nos da una idea de la
velocidad de percolación que tiene este tipo de suelo identificado como arenas de grano medio con presencia de gravas aisladas. Grafica N°1. Curva de la tasa de infiltración PSC-01
Elaboración: LQ- Ambiental
6
Adicionalmente se realizó una segunda medición en el test PSC-01, donde se midió el descenso en tiempo por cada centímetro filtrado de agua, en total se realizaron 20 mediciones, obteniendo un promedio de tiempo de infiltración para el descenso de 1 cm igual a 3.73 minutos, del mismo modo se puede determinar que la velocidad de percolación según los datos obtenidos es en promedio 17.37 cm/hr. Comparando con el cuadro N°3 el descenso total en un tiempo de una hora es aproximadamente el mismo. Este tipo de terreno es considerado como rápidos para la percolación, ya que el tiempo promedio que tarda el agua en bajar 1.00 cm es en promedio 3.73 minutos. Según Terzaghi y Peck, este tipo de suelos se clasifican como moderadamente permeable. En el cuadro N° 4, se detalla los datos tomados en campo para el descenso de un cm. Se determinó que la velocidad de filtración de agua cerca de la planta de tratamiento es variable en la medida que la profundidad va aumentando. Cuadro N°4. Datos de campo PSC-01, mediciones del tiempo de descenso cada 1 centímetro Test de percolación PSC-01 Medición
Descenso (cm)
Tiempo (min)
Percolación (cm/hr)
1
1
2.49
24.10
2
1
2.48
24.19
3
1
2.48
24.19
4
1
2.49
24.10
5
1
2.60
23.08
6
1
2.68
22.39
7
1
2.82
21.28
8
1
3.10
19.35
9
1
3.35
17.91
10
1
3.60
16.67
11
1
3.62
16.57
12
1
4.35
13.79
13
1
4.48
13.39
14
1
4.53
13.25
15
1
4.65
12.90
16
1
4.75
12.63
17
1
4.80
12.50
18
1
5.00
12.00
19
1
5.10
11.76
20
1
5.30
11.32
Promedio
1
3.7335
17.37
Elaboración: LQ- Ambiental
7
En la gráfica N° 2 interpolamos el tiempo de infiltración en (min/cm) promedio para obtener la capacidad de absorción del suelo R (l/m2xdia) Grafica N°2. Capacidad de absorción del suelo en el punto PSC-01
68.76
3.73
Elaboración: LQ- Ambiental
9.2. Test de percolación PSC-02 El test de percolación 2 (PSC-02), fue realizado en una de las áreas de vegetación cerca de la planta de tratamiento de aguas residuales, ubicado en las coordenadas 368127E y 8481125N, para ello al igual que el primer punto, se inició el trabajo realizando un agujero superficial de 0,30 x 0,30 x 0,30, el mismo que fue saturado luego de agregar una capa de arena gruesa en el fondo. El tiempo que demoró en saturarse este agujero fue de 45 segundos. Al cabo de 4 horas se realizó la medición de descenso del nivel de agua, el cual fue igual a 23.30 cm. Se llenó el agujero hasta una altura de 23 cm por encima de la capa de arena gruesa por segunda vez, para así dar inicio al test de percolación PSC-02. En una primera etapa se tomaron mediciones cada 10 minutos por un periodo de 1 hora, tal como se indica en el cuadro N°5, en el cual se observa que el agua tiene un descenso relativamente constante a lo largo del ensayo. Se inició la lectura en 23 cm por encima de la capa de arena gruesa, al cabo de 1 hora el agua descendió 6.60 cm.
8
Cuadro N°5. Datos de campo PSC-02, mediciones cada 10 minutos DATOS DE CAMPO - PSC-02 N° medida
Hora
Hora
lectura
Diferencia
Inicial
Final
final (cm)
(cm)
1
16:45:00
16:55:00
10
10
23.00
21.80
1.20
2
16:55:00
17:05:00
10
20
21.80
20.60
1.20
3
17:05:00
17:15:00
10
30
20.70
19.50
1.20
4
17:15:00
17:25:00
10
40
19.50
18.45
1.05
5
17:25:00
17:35:00
10
50
18.45
17.45
1.00
6 17:35:00 Tiempo total (min)=
17:45:00
10
60
17.45
16.50
0.95
t (seg) =
lectura Tiempo Tiempo (minutos) acumulado(min) inicial (cm)
60
Diferencia de nivel (cm) =
6.60
3600
h (mm) =
66.00
Elaboración: LQ- Ambiental
La tasa de percolación en este punto fue determinada en base a los resultados de campo obtenidos de las mediciones, para ello en el cuadro N°5 se realizaron las conversiones de las mediciones en tiempo y diferencia de nivel (en mm), con el fin de ser aplicados en la fórmula descrita inicialmente. De los datos obtenidos se tiene que la tasa de percolación es igual a 42.7189 lt/m2 – día. De la gráfica N°3 se puede observar al comienzo del ensayo, el proceso de infiltración del agua es relativamente lento siendo igual a 1.2 mm por minuto, en una segunda medición el descenso es de aproximadamente 0.6 mm por minuto. En la siguiente toma, se nota que la diferencia de nivel de agua se hace constante hasta el final del test. Esta curva nos da una idea de la velocidad de percolación que tiene este tipo de suelo identificado como arenas de grano medio con presencia de gravas aisladas. Grafica N°3. Curva de la tasa de infiltración PSC-02
Elaboración: LQ- Ambiental
9
Adicionalmente se realizó una segunda medición en el test PSC-02, donde se midió el descenso en tiempo por cada centímetro filtrado de agua, en total se realizaron 10 mediciones, obteniendo un promedio de tiempo de infiltración para el descenso de 1 cm igual a 9.08 minutos, del mismo modo se puede determinar que la velocidad de percolación según los datos obtenidos es en promedio 6.60 cm/hr. Comparando con el cuadro N°5 el descenso total en un tiempo de una hora es el mismo. Este tipo de terreno es considerado como lentos a medios para la percolación, ya que el tiempo promedio que tarda el agua en bajar 1.00 cm es en promedio 9.086 minutos. Según Terzaghi y Peck, este tipo de suelos se clasifican como moderadamente permeable. En el cuadro N° 6, se detalla los datos tomados en campo para el descenso de un cm. Se determinó que la velocidad de filtración en este punto va disminuyendo a medida que va profundizándose el descenso. Cuadro N°6. Datos de campo PSC-02, mediciones del tiempo de descenso cada 1 centímetro Test de percolación PSC-02 Medición
Descenso (cm)
Tiempo (min)
Percolación (cm/hr)
1
1
9.05
6.63
2
1
9.07
6.62
3
1
9.07
6.62
4
1
9.08
6.61
5
1
9.10
6.59
6
1
9.10
6.59
7
1
9.08
6.61
8
1
9.10
6.59
9
1
9.11
6.59
10
1
9.10
6.59
Promedio
1
9.086
6.60
Elaboración: LQ- Ambiental
A comparación del primer punto (PSC-01), se puede decir que las curvas muestran diferente fisonomía, en general presentan valores de velocidad de infiltración variables, tal como se puede notar al inicio del ensayo, las velocidades son relativamente altas pasando después a disminuir paulatinamente hasta la estabilización y manteniéndose constante a lo largo del tiempo. En general se puede determinar que los suelos ubicados dentro de los jardines del aeropuerto son de comportamiento variable En la gráfica N° 4 interpolamos el tiempo de infiltración en (min/cm) promedio para obtener la capacidad de absorción del suelo R (l/m2xdia)
10
Grafica N°4. Capacidad de absorción del suelo en el punto PSC-02
42.71
9.08
Elaboración: LQ- Ambiental
10.0 CONCLUSIONES La humedad del suelo antes del ensayo, la textura, estructura, espesor del horizonte son factores que influyen en la alteración del tiempo que dura la prueba. Los valores que se obtuvieron dependen mucho de las condiciones del suelo. Los datos obtenidos son importantes cuando se trabaja en campo debido a que con ello se puede evitar el encharcamiento (exceso de agua) y con ello la perdida de agua, esto implica que es importante a la hora del diseño del sistema de riego porque limita el ritmo de aplicación de agua para que no hay pérdidas ya sea por encharcamiento o escorrentía. Para los dos test de percolación se puede apreciar que la velocidad de infiltración no es constante sino que en los primeros momentos la infiltración es más alta y va disminuyendo con el tiempo tentando a ser constante. Este descenso es ocasionado por la progresiva saturación de los poros y además por la compactación del terreno. En el Test de percolación PSC-01 se determinó que la capacidad de absorción del suelo es igual a 68.76 lt/m2/día, así mismo se determinó que la velocidad de percolación promedio es de 17.10 cm/hr.
11
Para el test de percolación PSC-01 se determinó que el terreno según la norma I.S 20 se clasifica como rápidos para la percolación. Asimismo se reconoció en general como arenas gruesas con presencia de gravas aisladas. En el Test de percolación PSC-02 se determinó que la capacidad de absorción del suelo es igual a 42.71 lt/m2/día, así mismo se determinó que la velocidad de percolación promedio es de 6.60 cm/hr, clasificándolo como lentos a medios para la percolación.
.
12
DATOS Y FICHAS DE CAMPO
13
PRUEBA DE INFILTRACION EN CAMPO
PROYECTO:
Test de percolación - ADP Pisco
LOCALIZACION:
Pisco - Ica
COORDENADAS:
Norte:
FECHA:
20/06/2016
8481145
368138
Este:
PSC-01
PERCOLACIÓN:
DATOS DEL ENSAYO: Profundidad del agujero: Tipo de suelo: Tiempo de saturación del agujero:
0.30 m Dimensión del agujero: 30x30 cms Arena de grano medio con presencia de gravas aisladas 48 seg. DATOS DE CAMPO
Hora
Hora
lectura
lectura
Diferencia
Inicial
Final
inicial (cm)
final (cm)
(cm)
1
12:30:00
12:40:00
27.00
23.10
3.90
2
12:40:00
12:50:00
23.10
19.80
3.30
3
12:50:00
13:00:00
19.80
16.60
3.20
4
13:00:00
13:10:00
16.60
13.90
2.70
5
13:10:00
13:20:00
13.90
11.70
2.20
6
13:20:00
13:30:00
11.70
9.90
1.80
N° medida
Tiempo total (min)= t (seg) =
60.00 3600.00
Diferencia de nivel (cm) =
171.00
h (mm) =
TASA DE INFILTRACION (Q) en Lt/m2 - día =
17.10
68.7616
Dónde: Q (tasa de infiltración en lt/m2 - día) = 315,5*(h/t)^1/2 h= descenso del nivel de agua en el tiempo de la prueba en mm t= tiempo demandado para el descenso del nivel de agua en seg
14
PRUEBA DE INFILTRACION EN CAMPO PROYECTO:
Test de percolación - ADP Pisco
LOCALIZACION:
Pisco - Ica
COORDENADAS:
Norte:
FECHA:
20/06/2016
8481125
368127
Este:
PSC-02
PERCOLACIÓN:
DATOS DEL ENSAYO:
0.30 m Dimensión del agujero: 30x30 cms Arena de grano medio con presencia de gravas aisladas Tipo de suelo: 45 seg. Tiempo de saturación del agujero: Profundidad del agujero:
DATOS DE CAMPO Hora
Hora
lectura
lectura
Diferencia
Inicial
Final
inicial (cm)
final (cm)
(cm)
1
16:45:00
16:55:00
23.00
21.80
1.20
2
16:55:00
17:05:00
21.80
20.60
1.20
3
17:05:00
17:15:00
20.70
19.50
1.20
4
17:15:00
17:25:00
19.50
18.45
1.05
5
17:25:00
17:35:00
18.45
17.45
1.00
6
17:35:00
17:45:00
17.45
16.50
0.95
N° medida
Tiempo total (min)= t (seg) =
60.00 3600.00
Diferencia de nivel (cm) =
66.00
h (mm) =
TASA DE INFILTRACION (Q) en Lt/m2 - día =
6.60
42.7189
Dónde: Q (tasa de infiltración en lt/m2 - día) = 315,5*(h/t)^1/2 h= descenso del nivel de agua en el tiempo de la prueba en mm t= tiempo demandado para el descenso del nivel de agua en seg
15
PANEL FOTOGRÁFICO
16
Fotografía 1: Planta de tratamiento de aguas residuales del aeropuerto de la ciudad de Pisco.
Fotografía 2: Vista de tanques de almacenamiento de aguas tratadas provenientes de la PTAR.
17
Fotografía3: Vista del agujero PSC-01, cerca de la planta de tratamiento de aguas residuales
Fotografía 4: Saturación del agujero PSC-01, antes de la medición de descenso de nivel de agua
18
Fotografía 5: Al cabo de 4 horas se encuentra el agujero totalmente seco.
Fotografía 6: Se saturó el agujero por segunda vez, y se empezó con la medición de descenso de nivel.
19
Fotografía 7: Vista del agujero PSC-02, dentro del área de los jardines del aeropuerto de Pisco
Fotografía 8: Saturación del agujero PSC-02, antes de la medición de descenso de nivel de agua
20
Fotografía 9: Medición del descenso de agua al cabo de 4 horas, el cual fue igual a 23 cm
Fotografía 10: Se saturó el agujero PSC-02 por segunda vez, y se empezó con la medición de descenso de nivel.
21
