Tema 07 - Obras de Captación y Almacenamiento

Asignatura: Ingeniería sanitaria y ambiental

TEMA 7:

OBRAS DE CAPTACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE AGUA

Profa. Verónica Ruiz Ortiz – Ing. Industrial e Ing. Civil ([email protected])

Tema 7: Obras de captación y almacenamiento de agua

1. ÍNDICE

1. Int Introd roducc ucción ión 2. Capta Captación ción de agua superfic superficial ial i. ii. ii. iii. iii.

Captaciones de ag aguas pl pluviales Capt Ca pta acion ciones es de ríos ríos,, ar arroy royos y cana canale les s Capt Ca ptac acio ione nes s en lago lagos s y em emba bals lses es

1. Capta Captación ción de aguas aguas subterráneas subterráneas 2. Depósitos Depósitos de regulación regulación y distribuci distribución ón


1. ÍNDICE

1. Int Introd roducc ucción ión 2. Capta Captación ción de agua superfic superficial ial i. ii. ii. iii. iii.

Captaciones de ag aguas pl pluviales Capt Ca pta acion ciones es de ríos ríos,, ar arroy royos y cana canale les s Capt Ca ptac acio ione nes s en lago lagos s y em emba bals lses es

1. Capta Captación ción de aguas aguas subterráneas subterráneas 2. Depósitos Depósitos de regulación regulación y distribuci distribución ón


1. INTRODUCCIÓN Análisis del campo del agua desde tres aspectos :

- Física y química del agua. Gran variedad según su finalidad o procedencia: abastecimiento y saneamiento.

Abastecimiento

Saneamiento

- El agua como factor de vida - Aguas limpias: limpias: condicionante condicionantess sanitarios sanitarios de consumo consumo - Aguas Aguas resid residual uales: es: efec efectos tos de de la conta contamina minació ciónn

Técnicas Técnicas diferentes diferentes de control y gestión gestión

- El agua en contacto con los materiales. Papel químico y biológico del agua en contacto con los materiales tanto naturales como de construcción - Ej: El agua agua almacenada almacenada durante largos largos períodos períodos,, contenido contenido de oxígeno, estrati estratificaci ficación, ón, solubilidad… solubilidad…


1. INTRODUCCIÓN En función de los tres aspectos fundamentales del agua: El diseño, control y gestión del agua en su conjunto requiere de un equipo interdisciplinar

Geólogos

Hidrogeólogos

Químicos

Hidráulicos…


1. INTRODUCCIÓN CAPTACIÓN DE AGUA: Extraer y/o recoger el agua de la para su utilización. Se incluye el almacenamiento de agua, así como las conducciones para ello.

La Obras necesarias para la captación de agua se clasifican en función del origen del recurso natural: - CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL - CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA

Origen

El almacenamiento de agua puede representar en si una obra de captación o ser un “simple” elemento intermedio de la cadena


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL

En función de la procedencia del agua a recolectar: • •

El recurso lo encontraremos con distinta magnitud cuantitativa y cualitativa Obras de captación tendrán distinta naturaleza e importancia

CLASIFICACIÓN DE LAS CAPTACIONES:

1. de lluvia 2. de arroyos, ríos y canales 3. de lagos y embalses


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES PARTES DE LA OBRA DE CAPTACIÓN:

Área de captación: Lugar donde se almacenan los escurrimientos de agua de lluvia. Concepto de cuenca. A menor escala, barrios, tejados… Estructura de captación: Estructura destinada a recolectar el agua. Ej: Sumideros, arquetas… Sistema de conducción: Conjunto de canales o tuberías de diferentes materiales y formas que conducen el agua desde la captación hasta el sistema de almacenamiento. Tanques de almacenamiento: Elemento donde se conserva el agua de lluvia captada, Elementos auxiliares: Dispositivo de retiro de contaminantes y filtración

PECULIARIDADES: - No es fácil captar el agua de lluvia - Se recogen volúmenes de agua reducidos

Localización geográfica muy dispersa


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES TIPOS DE OBRAS DE CAPTACIÓN 1. Depósitos subterráneos: Cisternas, aljibes y tanques a) Cisterna veneciana: Capacidad 2,5-3,5 veces mayor que el volumen de agua a acopiar, ya que el volumen de huecos de la arena es de 0,3 a 0,4 b) Aljibe de filtro superior : Entrada de agua superior, filtro de arena superior. c) Aljibe americano: El agua se recoge directamente y se incorpora un filtro alrededor de la aspiración de la bomba d) Aljibe alemán: depósito de recogida, filtro y cámara o pozo de toma.

e) Tanque de tormenta: Constituyen la versión moderna de los aljibes.


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES 2. Superficies de recogida a)

Superficies permeables

b)

Pozos y zanjas de infiltración

c)

Depósitos de infiltración

d)

Cubiertas naturales

e)

Drenes filtrantes o drenes franceses

f)

Cunetas verdes

g)

Estanques de retención

h)

Humedales artificiales


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES 3. Microcaptación a)

Depósitos

b)

Fog net


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES Cálculo del volumen de una cisterna:    ∗  ∗    ∗ ,  ∗ 

Vs= volumen necesario en épocas de sequía D=dotación (l/hab/día) d=días del mes t=meses con lluvia h=número de habitantes (usuarios)

VsVc. Falta del recurso

Volumen anual captado:  

∗ 

Vc= volumen anual captado (m3) P= precipitación media anual (mm) A= área de captación (m2)

Simplificación óptima para pequeños depósitos de recogida de aguas pluviales


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: PLUVIALES Ejemplo 1: ¿Qué volumen de agua puede ser almacenado en una cisterna próxima a una casa rural que tiene un área de captación de 200 m2, si la precipitación media anual es de 90 cm.  

  ∗  ∗

=180 m3

 

Ejemplo 2: Calcular el volumen de agua que se debe almacenar en una cisterna para una población de 5000 habitantes (dotación=200 l/hab/día). La precipitación media anual es de 90 cm y la época de lluvia dura 4 meses.    ∗  ∗    ∗ ,  ∗   ,  ∗ 

 

(l)

  ∗  ∗  

=3,12*105 m3

A=346.666,67 m2

¿Qué os dicen los números? No resulta hidráulica, ni estructural, ni económicamente rentable construir una obra de estas dimensiones para una población de 5.000 hab


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: RÍOS, ARROYOS Y CANALES Pluviometría Superficie de la cuenca coeficientes de escorrentía Relación Q-y

ESTUDIO HIDROLÓGICO:

Garantías caudales ecológicos Máximas avenidas

Decidir el punto óptimo de toma

Erosión-sedimentación


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: RÍOS, ARROYOS Y CANALES La captación se realiza por medio de obras de toma en el cauce o en las márgenes: 1. TOMA DIRECTA: o

Para calados elevados

o

Garantizar pretratamiento y protección de bombas

o

o

Partes: Canal de llamada o toma, estructura de entrada (pretratamiento), pozo o cámara de decantación Análisis hidráulico: Hidráulica de conductos a presión, de conductos a gravedad y de orificios: Bernouilli, Manning…

Pérdidas de carga (localizadas)


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: RÍOS, ARROYOS Y CANALES La captación se realiza por medio de obras de toma en el cauce o en las márgenes: 2. TOMA SUMERGIDA: o

Para calados más reducidos

o

Se sustituye el canal de toma o llamada por tuberías en el fondo

o

Análisis hidráulico: Hidráulica de conductos a presión, de conductos a gravedad y de orificios: Bernouilli, Manning…

Pérdidas de carga (localizadas)


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: LAGOS Y EMBALSES La captación se realiza por medio de torres de toma o tuberías 

Ubicación: suficiente profundidad y lejos de la orilla

1. TOMA DIRECTA SUMERGIDA EN EL FONDO: o

Profundidades relativamente someras (lago no navegable)

o

En zonas libres de arrastres de sólidos

o

Velocidad de aproximación del agua < 0,15 m/s

Para garantizar la calidad


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: LAGOS Y EMBALSES La captación se realiza por medio de torres de toma o tuberías 2. PLATAFORMAS FIJAS:

a) MUELLE DE TOMA


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: LAGOS Y EMBALSES La captación se realiza por medio de torres de toma o tuberías 2. PLATAFORMAS FIJAS:

b) TORRE DE TOMA Mayores volúmenes de captación Mejor calidad del agua Alejado de la orilla


2. CAPTACIÓN DE AGUA SUPERFICIAL: LAGOS Y EMBALSES La captación se realiza por medio de torres de toma o tuberías 3. PLATAFORMAS FLOTANTES: o

Fluctuaciones de nivel importantes

o

Calidad de agua muy diferente según el nivel

o

Márgenes y/o fondo que no garantice la seguridad de la obra civil


3. CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA •CLASIFICACIÓN DE LAS CAPTACIONES:

1. Manantiales 2. Captaciones por gravedad a) b)

Galerías Pozos artesianos

3. Captaciones con equipos de bombeo a) b)

Pozos tradicionales Sondeos


3. CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA: MANANTIALES o

En general carácter estacional de los afloramientos

o

Captación - Regulación

Captación mediante depósito (filtrante o no) Captación común (regulación)


3. CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA: POR GRAVEDAD o

En general carácter estacional de los afloramientos

Embalse de surgencia

Sondeo vertical aguas abajo del manantial

Galerías con o sin sondeos verticales

Pozos/sondeos artesianos


3. CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA: CON EQUIPOS DE BOMBEO

Pozo convencional Pozo con drenes

Sondeo


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.1 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN

DEFINICIÓN Estructura destinada a contener un cierto volumen de un fluido

Agua

CLASIFICACIÓN 1. FUNCIÓN a) Depósito de regulación de caudal: Compensar aportaciones y consumos b) Depósito de regulación de carga: Garantizar la presión mínima 2. EMPLAZAMIENTO CON EL TERRENO: Enterrados, semienterrados, superficiales y elevados 3. RELACIÓN CON LA RED: Cabecera, cola o equilibrio 4. POR EL MATERIAL: Ladrillo, hormigón en masa, armado, pretensado, acero, plástico…


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.2 CAPACIDAD

Aportaciones

Depósito

CONTINUIDAD O CONSERVACIÓN DE LA MASA

    ∆

Consumo doméstico e industrial Consumo incendio Corte por avería Riesgos extraordinarios

CAPACIDAD MÍNIMA CAPACIDAD MEDIA NORMAL CAPACIDAD MÁXIMA


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.3 VOLUMEN DE REGULACIÓN: CAPACIDAD MÍNIMA O TEÓRICA (consumo doméstico e industrial)

Capacidad teórica: CT=10*a=10*C/24=0,42C

El 42% del consumo diario



Capacidad teórica: CT=22,5*a=22,5*C/24=0,96C

El 96% del consumo diario



¿Cuál sería la capacidad teórica o mínima si la aportación se realizase en 10 h, empezando esta a las 0:00h?.


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.3 VOLUMEN DE REGULACIÓN: AVERÍAS

Volumen para averías : volumen necesario para el consumo durante el tiempo que se tarda en reparar dicha avería Ciudad grande Zona rural

Mayor rapidez de actuación Menor rapidez: reserva más amplia

DECISIÓN DEL ´TECNICO

En términos generales se estima en un 25% del consumo máximo diario previsto


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.3 VOLUMEN DE REGULACIÓN: INCENDIOS

  !" ∗ # ∗ $  %,%$ ∗ #

Q por hidrante 16 l/s

En España entre 8-11 /s

Según la American Water Works Association En distritos comerciales


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.3 VOLUMEN DE REGULACIÓN: INCENDIOS

ESPAÑA

I. Bernis y F.J. Galán; Necesidades de Agua para Incendios Área A: Áreas portuarias, barrios comerciales en calles estrechas y edificios elevados, almacenes con productos de alto poder calorífico. Área B: Comercios sin protección contra el fuego, conjuntos industriales próximos a barrios de alta densidad, zonas antiguas de interés histórico. Área C : Zonas modernas con medidas correctoras contra el fuego, pequeños barrios industriales, grandes barrios comerciales con construidos con estructuras incombustibles, grandes bloques de apartamentos con medidas contra incendios. Área D: Edificios residenciales poco elevados, comercios al por menor y pequeñas industrias. Área E: Construcciones aisladas con un máximo de 4 pisos, zonas residenciales modernas con una ocupación del 50% del suelo. Área F: Zonas rurales, granjas aisladas, viviendas unifamiliares y poco elevadas.


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.3 VOLUMEN DE REGULACIÓN

Vol. Total=Vol. Consumo + Vol. Averías + Vol. Incendios

ESPAÑA (Sin considerar vol. De incendio)

Aproximación capacidad de un depósito según número de habitantes

C: consumo medio diario previsto del día de máximo consumo en el período de validez del diseño del depósito

Métodos estadísticos. Evolución de la población durante la vida útil de la infraestructura


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONSTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS

a) b) c) d) e)

Solera Muros exteriores Tabiques divisorios Cubierta Cámara de llaves


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS: SOLERA

a) b) c) d) e) f)

Elemento muy delicado, especialmente para altura de agua > 3 m Hormigón en masa o armado Juntas de dilatación y contracción: máximo cada 5 m (HM) o cada 12 m (HA) Espesores variables (0,2-0,4 m): Capa de grava o zahorra Estudio hidrogeológico: ubicación de la superficie piezométrica Pendiente: vaciado por gravedad y limpieza


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS: MUROS EXTERIORES

Imprescindible conjugar tres factores: altura, fugas y línea de carga. Alturas recomendadas según la capacidad del depósito:

Fugas:

< 500 m3

3-4 m

500 – 1.000 m3

4-5 m

>1000 m3

5-6 m

l/m2 y hora

0,2

Disminución de lámina de agua (cm) por día

6

Línea de carga:


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS: TABIQUES DIVISORIOS

a) De fábrica: para pequeños depósitos

resisten por gravedad

b) De hormigón armado: capacidades medias/altas esfuerzos por un única lado c) Tabiques guía: esfuerzos por ambos lados

Tabique divisorio

Tabique guía

resistencia a flexión

Generalmente reciben


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS: CUBIERTA

a) Abovedada: para pequeños depósitos a) Necesidad de disponer pilas estribo o muros de resistencia estudio de carga sobre cubierta b) 60 cm de tierra por encima o aislante Efectos térmicos (dañan la estructura) c) Drenaje de la cubierta d) Prevención durante la construcción Evitar empujes y sobrecargas accidentales e) Uso principal en depósitos cilíndricos b) Plana a) b) c) d)

Facilidad constructiva apoya en vigas Necesidad de aislante térmico Se reducen espesores ( no modificar la calidad del agua) Uso más extendido Drenaje de cubierta pendiente mínima 2%


4. DEPÓSITOS DE REGULACIÓN Y DISTRIBUCIÓN 4.4 CONTITUCIÓN DE LOS DEPÓSITOS: CÁMARA DE LLAVES

a) Agrupa los elementos de entrada y salida, de limpieza, de desagüe y los dispositivos de control b) Fácil acceso para mantenimiento c) Pueden tener doble uso: llaves y by-pass

Tema 07 - Obras de Captación y Almacenamiento

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