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selección de tipos de fuentes de abastecimiento
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I. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo comprende todo lo relacionado a la captación de agua
de manantiales; caracterización de pozos, para extracción del agua
subterránea; y diseño de una galería filtrante. En la actualidad, ante el
aumento dramático de la población en nuestro país y en general en el
mundo entero, los diferentes servicios y recursos de que se dispone tienen
que ser mejor administrados. La optimización de los recursos ha alcanzado
todos los niveles de la vida humana.
En el caso del agua, dicha optimización adquiere gran importancia, ya que
la disponibilidad del vital líquido disminuye cada vez más y por lo tanto su
obtención se dificulta y encarece de manera importante. Por ende es de
suma importancia el conocimiento de los tipos de fuentes para
abastecimiento de aguas.
Así también para remarcar la importancia del tema asemos notar que la
historia demuestra, que para el hombre la necesidad de utilizar el agua es
tan antigua como su propia existencia y por consiguiente, desde sus inicios
tuvo la preocupación por conocer sus características, sus orígenes, su
dinámica y sus diferentes aplicaciones.
En la antigüedad, tanto los chinos como los sirios, egipcios y romanos
fueron muy hábiles en el manejo de las aguas para destinarlas al riego de
campos agrícolas y al abastecimiento de agua a las ciudades. Durante la
máxima expansión del imperio romano, en donde abarcó territorios de
cerca de 25 países actuales, se hicieron construcciones que hoy en día
deslumbran por su belleza arquitectónica, pero fueron igualmente
importantes sus sistemas de acueductos que suministraban agua potable a
sus diferentes poblaciones, así como sus termas y baños públicos.
Los incas desarrollaron el cultivo en terrazas en las laderas de montañas,
que eran irrigadas por complejos sistemas de canales y embalses
artificiales de agua. De otra parte, hace más de 1.500 años, la cultura
Nazca construyó galerías de filtración para irrigar sus campos agrícolas,
las que hasta el día de hoy son empleadas con los mismos propósitos.
De aquí que nace la importancia de obtener el conocimiento sobre los
temas del presente trabajo que enmarca las fuentes de origen de
abastecimiento de aguas.
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II. OBJETIVOSObjetivos generales:
Tomar conocimiento de los criterios de diseño y selección de los
diversos tipos de sistemas de captación de aguas subterráneas.
Conocer los diversos tipos de sistemas de captación de aguas
subterráneas.
Objetivos específicos:
Describir los criterios de diseño y funcionamiento de un sistema de
captación de agua de manantial.
Conocer los criterios de calidad de agua para el diseño de un
sistema de pozo para la captación de agua subterránea.
Conocer los tipos de pozos para la captación de agua subterránea.
Conocer los pasos para el diseño de una galería filtrante.
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III. MARCO TEÓRICO
III.1.Tipos de fuentes:
Las fuentes de abastecimiento de agua pueden ser:
subterráneas: manantiales, pozos, nacientes;
superficiales: lagos, ríos, canales, etc.; y
pluviales: aguas de lluvia.
Para la selección de la fuente de abastecimiento deben ser considerados
los requerimientos de la población, la disponibilidad y la calidad de agua
durante todo el año, así como todos los costos involucrados en el sistema,
tanto de inversión como de operación y mantenimiento.
El tipo de fuente de abastecimiento influye directamente en las alternativas
tecnológicas viables. El rendimiento de la fuente de abastecimiento puede
condicionar el nivel de servicio a brindar. La operación y el mantenimiento
de la alternativa seleccionada deben estar de acuerdo a la capacidad de
gestión de los beneficiarios del proyecto, a costos compatibles con su perfil
socio económico.
Fuentes subterráneas
La captación de aguas subterráneas se puede realizar a través de
manantiales, galerías filtrantes y pozos, excavados y tubulares.
Las fuentes subterráneas protegidas generalmente están libres de
microorganismos patógenos y presentan una calidad compatible con los
requisitos para consumo humano. Sin embargo, previamente a su
utilización es fundamental conocer las características del agua, para lo cual
se requiere realizar los análisis físico-químicos y bacteriológicos
correspondientes.
III.2.Tipos de sistemas
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.
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En los sistemas de agua potable por gravedad, la fuente debe estar
ubicada en la parte alta de la población para que el agua fluya a través de
tuberías, usando sólo la fuerza de la gravedad.
En los sistemas de agua potable por bombeo, las fuentes de agua se
encuentran en la parte baja de la población, por lo que necesariamente se
requiere de un equipo de bombeo para elevar el agua hasta un reservorio y
dar presión en la red.
En la mayoría de las poblaciones rurales se utilizan dos tipos de fuentes de
agua:
Las superficiales y las subterráneas, siendo la de mejor calidad las fuentes
subterráneas representadas por los manantiales, que usualmente se
pueden usar sin tratamiento, a condición de que estén adecuadamente
protegidos con estructuras que impidan la contaminación del agua. Estas
fuentes son las que se utilizan en los sistemas de agua potable por
gravedad sin tratamiento, que comparado con los de bombeo y/o de
tratamiento, son de fácil construcción, operación y mantenimiento; tienen
mayor continuidad; menores costos, y la administración del servicio es
realizada por la misma población.
Fuente:
www.bvsde.ops-oms.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d23/017_roger_dise
%C3%B1ocaptacionmanantiales/captacion_manantiales.pdf
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IV. DESCRIPCIÓN DEL TEMAIV.1. Manantiales
Se puede definir al manantial como un lugar donde se produce el
afloramiento natural de agua subterránea. Por lo general el agua fluye a
través de una formación de estratos con grava, arena o roca fisurada. En
los lugares donde existen estratos impermeables, éstos bloquean el flujo
subterráneo de agua y permiten que aflore a la superficie.
Clasificación de los manantiales: Existen numerosos tipos de
clasificaciones según el aspecto que sea considerado: El tipo de materiales
geológicos que constituyen el acuífero, la estructura del terreno, el régimen
del caudal o según la composición química y la temperatura de sus aguas.
Manantiales de ladera: Se producen en el punto donde la superficie
inclinada del terreno intercepta o corta una capa permeable. Suelen
encontrarse en las proximidades de la zona de contacto entre las
formaciones permeables e impermeables. Estos manantiales no
proporcionan grandes caudales, dado el reducido tamaño del embalse
subterráneo que drenan.
Manantiales de valle: Se producen en las depresiones o en los valles en
los que el límite superior de la zona saturada (nivel freático) alcanza la
superficie topográfica.
Manantiales intermitentes: Son aquellos en los que su caudal pasa de ser
muy escaso o nulo a ser muy importante durante breve tiempo, debido a
que la descarga se hace a través de un sifón. Estos manantiales son
exclusivos de las formaciones calcáreas carstificadas.
Manantiales de fractura: En las rocas ígneas y metamórficas la circulación
y el almacenamiento de agua se hace fundamentalmente a través de las
zonas fracturadas (fallas y diaclasas). Por lo general estos manantiales son
de pequeño caudal y se extinguen en verano cuando se descarga el agua
almacenada a lo largo del plano de fractura.
En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras
que en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie.
Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un área
pequeña, es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios
puntos en un área mayor, es un manantial difuso.
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Parámetros a tomar en cuenta para la selección del uso del manantial:
a) Cantidad:
La carencia de registros hidrológicos nos obliga a realizar una concienzuda
investigación de las fuentes. Lo ideal sería que los aforos se realizarán en
temporada crítica de rendimientos que corresponde a los meses de estiaje
y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales máximos y mínimos. El
caudal mínimo debe ser mayor al valor del consumo máximo diario (Qmd).
El Qmd representa la demanda de la población al final de la vida útil
considerado en el proyecto, siendo por lo general, de 20 años para las
obras de agua potable.
b) Calidad
Los requerimientos básicos para que el agua sea potable:
Estar libre de organismos patógenos causantes de enfermedades.
No contener compuestos que tengan un efecto adverso, agudo o crónico
sobre la salud humana.
Ser aceptablemente clara (baja turbidez, poco color, etc.).
No salina.
Que no contenga compuestos que acusen sabor y olor desagradables.
Que no cause corrosión o incrustaciones en el sistema de abastecimiento
de agua, y que no manche la ropa lavada con ella.
En cada país existen reglamentos en los que se consideran los límites de
tolerancia en los requisitos que debe satisfacer una fuente. Con la finalidad
de conocer la calidad de la fuente que se pretende utilizar se deben
realizar los análisis fisicoquímico y bacteriológico y conocer los rangos
tolerables de la OMS, que son los referentes en el tema
Población, periodos y caudales de diseño
a) Población de diseño
El proyectista adoptará el criterio más adecuado para determinar la
población futura, tomando en cuenta para ello datos censales y
proyecciones u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional, los que
serán debidamente sustentados.
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b) Período de diseño
Los períodos de diseño de los diferentes elementos del sistema se
determinarán considerando los siguientes factores:
Vida útil de las estructuras y equipos.
Grado de dificultad para realizar la ampliación de la infraestructura.
Crecimiento poblacional.
Capacidad económica para la ejecución de obras.
El período de diseño recomendado para la infraestructura de agua y
saneamiento para los centros poblados rurales es de 20 años, con
excepción de equipos de bombeo que es de 10 años.
c) Dotación y consumo
Mientras no exista un estudio de consumo, podrá tomarse los siguientes
valores guías, teniendo en cuenta la zona geográfica, clima, hábitos y
costumbres, y niveles de servicio a alcanzar.
Para los centros poblados sin proyección de servicios de alcantarillado:
Costa: 50 l/h/d
Sierra: 40 l/h/d
Selva: 60 l/h/d
Para los centros poblados, con proyección de servicios de alcantarillado:
Costa: 120 l/h/d
Sierra: 100 l/h/d
Selva: 140 l/h/d
Para el consumo máximo diario (Qmd) se considera un valor de 1,3 del
consumo promedio diario anual (Qm); mientras que para el consumo
máximo horario (Qmh) se considera un valor de 2 del consumo promedio
diario anual (Qm).
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Captación de manantiales
Elegida la fuente de agua e identificada como el primer punto del sistema
de agua potable en el lugar del afloramiento, se construye una estructura
de captación que permita recolectar el agua, para que luego pueda ser
transportada mediante las tuberías de conducción hacia el reservorio de
almacenamiento. La fuente en lo posible no debe ser vulnerable a
desastres naturales, en todo caso debe contemplar las seguridades del
caso.
El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación dependerán de la
topografía de la zona, de la textura del suelo y de la clase del manantial;
buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua ni modificar la
corriente y el caudal natural del manantial, ya que cualquier obstrucción
puede tener consecuencias fatales; el agua crea otro cauce y el manantial
desaparece.
Es importante que se incorporen características de diseño que permitan
desarrollar una estructura de captación que considere un control adecuado
del agua, oportunidad de sedimentación y facilidad de inspección y
operación.
Tipos de captación
Como la captación depende del tipo de fuente y de la calidad y cantidad de
agua, el diseño de cada estructura tendrá características típicas.
Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la
captación constará de tres partes: La primera, corresponde a la protección
del afloramiento; la segunda, a una cámara húmeda para regular el gasto a
utilizarse; y la tercera, a una cámara seca que sirve para proteger la
válvula de control. El compartimiento de protección de la fuente consta de
una losa de concreto que cubre toda la extensión del área adyacente al
afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior,
quedando así sellado para evitar la contaminación. Junto a la pared de la
cámara existe una cantidad de material granular clasificado, que tiene por
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finalidad evitar el socavamiento del área adyacente a la cámara y de
aquietamiento de algún material en suspensión. La cámara húmeda tiene
una canastilla de salida para conducir el agua requerida y un cono de
rebose para eliminar el exceso de producción de la fuente.
Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y
concentrado, la estructura de captación podrá reducirse a una cámara sin
fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constará de dos partes: La
primera, la cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el
gasto a utilizarse; la segunda, una cámara seca que sirve para proteger las
válvulas de control de salida y desagüe. La cámara húmeda estará provista
de una canastilla de salida y tuberías de rebose y limpia.
Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podrá construir varias
cámaras de las que partan tubos o galerías hacia una cámara de
recolección de donde se inicie la línea de conducción. Adyacente a la
cámara colectora se considera la construcción de la cámara seca cuya
función es la de proteger la válvula de salida de agua.
Construcción de captación
La captación es una estructura de concreto que sirve para proteger al
manantial y recolectar el agua para abastecer a la población. Asimismo,
debe cumplir con las especificaciones de estructuras apoyadas de
concreto para almacenamientos de líquidos en lo referente a ubicación,
encofrados y concretos.
Para el buzón de inspección se utiliza preferentemente la tapa metálica del
tipo sanitaria. La ubicación y dimensión del buzón adecuada para facilitar
las labores de inspección, limpieza y desinfección.
Se construirá el canal de escurrimiento, aguas arriba de la captación a fin
de evitar el ingreso de aguas superficiales hacia la captación. Asimismo, se
acondicionará un canal para evacuar la salida de la tubería de desagüe
(limpia y rebose).
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Construcción de captación en manantial de ladera
a) Aspectos generales
La captación en manantial de ladera es una estructura que permite
recolectar el agua del manantial que fluye horizontalmente, llamado
también de ladera.
Cuando el manantial es de ladera y concentrado, la captación consta de
tres (3) partes: La primera, corresponde a la protección de afloramiento; la
segunda, a una cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y
regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cámara seca que sirve para
proteger a la válvula de salida.
b) Zona de afloramiento
Para proteger la zona de afloramiento del agua se realizarán las siguientes
acciones:
Definir en campo las características de los componentes de la captación,
en previsión a desastres naturales en la zona.
Deberá construirse muros en ala que sirvan de pantalla a las filtraciones
sub-superficiales, las mismas que serán obligadas a ingresar en la cámara
húmeda.
Se realizará la impermeabilización del fondo del terreno excavado con una
pendiente mínima de 2%, comprendido entre la cámara húmeda y las
filtraciones a fin de que éstos discurran sobre aquél, y puedan ingresar en
ella a través de los orificios perforados en el muro respectivo.
Se colocará material clasificado en dos (2) capas. La capa inferior
constituida por piedras con un diámetro mínimo de 2” colocadas hasta una
altura de 5 cm por encima del orificio superior de entrada a la cámara
recolectora. La capa superior, será de material granular de espesor de ¾”
a 1” hasta cubrir completamente el nivel de las filtraciones y la excavación
realizada. Luego, se procederá al sellado con concreto 1:4:8 de espesor no
menor de 5 cm cubriendo el área comprendida entre los muros, y el
comienzo de las excavaciones.
c) Cámara húmeda (colectora)
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Es una estructura de concreto de sección rectangular. En esta cámara se
recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por
donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de
una tubería de limpia y un cono de rebose que se instalará en un nivel más
bajo que los puntos de afloramiento.
d) Cámara seca (de válvulas)
Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de
la cámara seca por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m de
espesor. Se instalará una válvula de control para el registro del agua de la
línea de conducción.
e) Ubicación
Será ubicada lo más cerca posible al afloramiento del manantial de ladera,
con la protección necesaria ante la eventualidad de desastres naturales.
f) Excavación
La excavación para los cimientos tendrá una profundidad mínima de 0,80
m.
Se removerá el material de relleno que quede adyacente al afloramiento
mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.
Se realizarán las excavaciones necesarias, a fin de garantizar la
estabilidad de las zonas de afloramientos.
Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las
excavaciones.
g) Cimientos
Deberán cumplir con la finalidad estructural de estabilidad y, en caso que
los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes
subsuperficiales de agua.
h) Sellados
Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y compactadas, si fuera
necesario selladas con concreto pobre.
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i) Prueba hidráulica
Se llenará de agua la cámara húmeda y se observará atentamente las
fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto.
La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por
terminada la prueba; en caso contrario, se hará los resanes necesarios y
se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.
Construcción de captación en manantial de fondo
a) Aspectos generales
La captación en un manantial de fondo concentrado es una estructura de
sección cuadrada que sirve para colectar al agua. Esta estructura
recolectora estará situada directamente sobre el afloramiento.
La captación consta de dos (2) partes: la primera, corresponde a una
cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a
utilizarse; y la segunda, a una cámara seca que sirve para proteger la
válvula de salida.
b) Cámara húmeda (colectora)
Es una estructura de concreto de sección rectangular. En esta cámara se
recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por
donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de
una tubería de limpia y de rebose que se instalará en un nivel más bajo
que los puntos de afloramiento. Asimismo, está prevista de una tubería de
limpia.
El nivel de agua en esta cámara no deberá sobrepasar la altura natural del
afloramiento.
c) Cámara seca (de válvulas)
Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de
la cámara húmeda por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m
de espesor. Se instalará una válvula para el control del agua de la línea de
conducción y una válvula para limpia o desagüe.
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d) Ubicación
Serán ubicados lo más cercano posible a los afloramientos (manantiales
de ladera) o sobre ellas (manantiales de fondo).
e) Excavación
La excavación para los cimientos tendrá una profundidad mínima de 0,80
m. Se removerá el material de relleno que quede adyacente al afloramiento
mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.
Se realizará las excavaciones necesarias a fin de garantizar la estabilidad
de la zona de afloramiento.
Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las
excavaciones.
f) Cimientos
Deberán cumplir con la finalidad estructural de estabilidad y, en caso que
los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes sub-
superficiales de agua.
g) Sellados
Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y compactadas, si fuera
necesario selladas con concreto pobre.
h) Prueba hidráulica
Se llenará de agua la cámara húmeda y se observará atentamente las
fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto.
La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por
terminada la prueba; en caso contrario, se hará los resanes necesarios y
se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.
Fuente:
http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d23/017_roger_dise
%C3%B1ocaptacionmanantiales/captacion_manantiales.pdf
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IV.2. Pozos de captación de agua subterránea.
Criterios de calidad de agua para el diseño de pozos.
Con el fin de realizar un diseño de pozos para agua subterránea, se deben
analizar a profundidad los criterios mínimos para la extracción de dicho
recurso, estos permitirán saber de qué tipo de uso puede ser el agua
extraída a través de esta estructura.
Sin embargo, no sólo se debe establecer el tipo de uso, sino que además
de esto se debe establecer que tratamientos puede usarse si el agua es de
uso doméstico. Esto permitirá establecer el tipo y el uso que se le dará al
recurso extraído.
Actualmente cuando hablamos de captaciones para la explotación de
aguas subterráneas, se suele entender implícitamente que se trata de
pozos perforados verticales, en especial de pequeño diámetro (150-
200mm.).
Sin embargo hay otros muchos sistemas constructivos que permiten el
mismo propósito tales como los pozos excavados o de gran diámetro, los
pozos de drenes radiales, las zanjas de drenaje y las galerías filtrantes o
“minas de agua”.
Caracterización de pozos
La captación de aguas subterráneas se realiza mediante pozos y sondeos.
El pozo ordinario es una captación con diámetro superior a un metro
(normalmente de 2-3 metros) y con una profundidad que no suele
sobrepasar los 15-20 metros.
El sondeo es una captación con diámetro inferior a 60 centímetros y una
profundidad que excede los 20 metros.
El pozo se reviste con obra de fábrica o con anillos prefabricados de
hormigón. El sondeo se suele entubar con tubo metálico.
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Las características diferenciales entre pozo y sondeo son las siguientes,
teniendo en cuenta que, en cualquier caso, los pozos sólo se construyen
cuando el acuífero es poco profundo:
Los pozos se llenan de agua cuando sobrepasan la superficie de
saturación, por lo que no pueden profundizar mucho más allá de esa cota,
mientras que los sondeos pueden penetrar profundamente en la zona de
saturación.
Para una misma altura de profundización dentro de la zona de saturación,
la superficie filtrante de un pozo es mucho mayor que la de un sondeo.
E1 caudal de agua que pasa a través de la superficie filtrante viene en
función de la permeabilidad del terreno. Por tanto, el pozo es ventajoso
cuando la zona de saturación es a la vez poco permeable y de poco
espesor.
El caudal aumenta cuanto más se profundiza en la zona de saturación,
debido al aumento de la presión hidrostática.
En este caso es más conveniente el sondeo que el pozo.
EI sondeo tiene menor volumen que el pozo, por lo que se agota antes en
el bombeo. Por otra parte, el caudal que viene a través de la superficie
filtrante disminuye a medida que el agua se almacena y sube de nivel. Por
ambos motivos, el sondeo funciona de forma intermitente en el bombeo,
mientras que el pozo suministra un caudal más regular.
En el primer caso es necesario construir un depósito regulador que vaya
acumulando agua para extraerla a medida que se precise, mientras que en
el caso del pozo no es necesario el depósito regulador, o puede ser más
pequeño.
Las obras de captación pueden clasificarse en tres tipos principales:.
Verticales: pozos y sondeos.
Horizontales: zanjas, drenes y galerías.
Mixtos: pozos con drenes radiales, galerías con pozos.
Dependiendo de la cantidad de agua que se necesite y de las
características hidrogeológicas de la zona se determinará el tipo de
captación conveniente.
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Se llaman pozos verticales a todos aquellos que se construyen para
obtener el agua por penetración vertical del acuífero.
Figura 01: pozo vertical
Fuente:
http://www.fing.edu.uy/imfia/ghs/subterraguas/temas/captaciones/captacion
es.htm
Los pozos excavados son probablemente el tipo de captación más
antiguo. En la actualidad se excava con máquinas y con explosivos cuando
las rocas son muy duras. Sigue siendo la elección más adecuada para
explotar acuíferos superficiales, pues su rendimiento es superior al de un
sondeo de la misma profundidad.
Figura 02: pozo excavado
Fuente:
http://www.fing.edu.uy/imfia/ghs/subterraguas/temas/captaciones/captacion
es.htm
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Los sondeos o perforaciones son las captaciones más utilizadas en la
actualidad, son generalmente de menor diámetro y mayor profundidad que
los pozos excavados.
Figura 03: perforación o sondeo
Fuente:
http://www.fing.edu.uy/imfia/ghs/subterraguas/temas/captaciones/captacion
es.htm
Existen dos métodos principales de perforación:
Perforación a percusión
Perforación a rotación
- Perforaciones verticales o pozos de pequeño diámetro:
Entendemos por pozos verticales todas aquellas captaciones que se
proyectan para obtener agua mediante bombeo del subsuelo y se
construyen por penetración vertical de la obra en un manto acuífero.
Para proyectar un pozo vertical de pequeño diámetro, es necesario
considerar los siguientes parámetros:
Profundidad del pozo, método de perforación, entubación, diámetro del
pozo, engravillado, desarrollo, protección sanitaria y criterios de control y
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vigilancia. La profundidad del pozo vendrá definida fundamentalmente por
las características de la formación geológica permeable a explotar. Si se
trata de un acuífero libre se deberá considerar el interés de alcanzar su
zócalo impermeable.
Si se trata de un acuífero cautivo se aconseja su perforación completa
hasta alcanzar otros niveles impermeables, o incluso sobrepasarlos para
captar nuevos acuíferos confinados y sumar sus caudales.
Los métodos de perforación de pozos construidos mediante el uso de
máquinas perforadoras son los siguientes:
Perforación a percusión, perforación a rotación con circulación directa,
perforación a rotopercusión neumática y perforación a rotación con
circulación inversa.
El diámetro de perforación del pozo será el mismo desde la superficie del
terreno hasta la profundidad a la cual se tendrá que colocar la bomba. Este
diámetro deberá permitir el paso de la bomba con el espacio recomendable
que vendrá condicionado por sus características de fabricación.
El diámetro de la tubería de revestimiento condicionará el diámetro
aconsejable en la perforación del pozo. En rocas compactas se suele
perforar a 200 mm. de diámetro y colocar un entubado de PVC de 180 mm.
de diámetro. En materiales poco coherentes (arenas, gravas, etc.) se
perfora a 300- 500 mm. de diámetro, entubándose con rejillas de hierro de
250-450 mm. de diámetro.
La entubación de un pozo después de perforado se realizará de acuerdo
con la naturaleza de los terrenos atravesados. El entubado debe aguantar
la presión de las paredes verticales del pozo y servir de conductor para el
agua que se extraerá con la bomba de su interior. Para evitar que las
aguas superficiales puedan contaminar las profundas los primeros metros
del entubado (emboquille) deben ser ciegos, mientras que la tubería
filtrante (con orificios) debe disponerse justo enfrente de las capas
permeables que aporten agua a la captación. El entubado se hace
generalmente con tuberías metálicas aunque actualmente se está
generalizando la tubería de PVC de resistencia superior a cuatro
atmósferas. Cuando los terrenos son arenosos el entubado de las capas
drenantes deberá realizarse con tubería “de puentecillo” para evitar la
entrada de finos que puedan estropear las bombas y anegar el pozo.
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El engravillado es necesario cuando se trata de acuíferos en arenas finas y
uniformes o en materiales incoherentes. En estos acuíferos no es
suficiente la colocación de una rejilla o tubería de puentecillo para el
correcto funcionamiento del pozo, sino que se hace necesario también
colocar un relleno de gravas, “tipo garbancillo”, en el espacio anular que
queda entre la pared del terreno perforado y la tubería de revestimiento.
El desarrollo del pozo tiene como misión principal limpiar las grietas y los
orificios drenantes de las rocas, de los residuos y lodos de la perforación,
para obtener el mejor caudal específico posible y se favorece su vida útil.
Los métodos que se utilizan son: Sobre bombeo, lavado a contracorriente,
aire comprimido, pistoneo, acidificación, fracturación hidráulica, nieve
carbónica y utilización de explosivos.
La protección sanitaria, junto con los criterios de control y vigilancia, se
aplicará posteriormente por el usuario una vez que el pozo haya sido
finalizado y comience su explotación racional para un determinado
suministro. Si el agua se emplea para el abastecimiento humano es muy
recomendable la creación de un perímetro de protección sanitaria en la
zona superficial influenciada por los bombeos, que podría extenderse a
toda la zona de recarga o de alimentación del acuífero, evitando los sobre
bombeos y prohibiendo los vertidos incontrolados de productos tóxicos, las
basuras, las fosas sépticas y otros focos contaminantes.
Fuente:
http://gea.ciens.ucv.ve/geoquimi/hidro/wp-content/uploads/2011/07/
recursos.pdf
Pozos Hincados:
Consiste en la colocación de tuberías generalmente galvanizados y de alta
resistencia con una punta en su extremo interior o una punta en sistema de
rejilla, las cuales se van hincando a golpes generalmente en estratos
arenosos en los cuales cualquier otra perforación no soporta mantener sus
paredes estables, por lo tanto la tubería va quedando inmediatamente
instalada; con la única desventaja de que son tuberías de diámetros 2″ a 3″
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y para profundidades muy someras máx. 10-15m que restringe el caudal a
explotar por el tamaño de la bomba a instalar.
Pozos Excavados:
Son pozos artesanales conocidos también como pozo malacate ya que son
operados manualmente mediante bombas de mano o bien simplemente la
extracción de agua con un recipiente amarrado de un lazo o mecate.
Generalmente son pozos de diámetros mayores de 1m y a profundidades
poco profundas.
Pozos Taladros:
Es una metodología de perforación utilizada generalmente en suelos
blandos limos o también en suelos granulares mediante un sistema
helicoidal similar a un tornillo llamado Auger en el cual va sacando el
material enrollado en el tornillo previa instalación de una tubería de ademe.
También esta es una perforación poco profundad.
Pozos horizontales:
Existen diferentes estructuras de la roca:
Una primaria.
Y otra secundaria.
Las primarias:
Se forman directamente al mismo tiempo que se origina la roca, y estará
relacionado siempre al sistema poroso o de vacíos, y las estructuras secundarias estarán relacionadas a las fracturas de las rocas que se
forman posterior al origen de las rocas.
Ambos sistemas de estructuras dan como resultado un porcentaje de
porosidad o vacíos que al estar comunicados entre sí nos forman una
permeabilidad primaria (para las estructuras porosas y una permeabilidad
secundaria para las:
Fracturas,
Fallas,
Karst (Discontinuidad de la estructura secundaria)
Existen casos en los cuales es necesario realizar perforaciones
horizontales o sub-horizontales. Los cuales son utilizadas principalmente
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para extraer agua del sistema de fracturas de las rocas actuando como
drenaje, cuyas funciones realizan principalmente el de sacar las aguas
internas en las rocas para rebajar o reducir el nivel freático de tal manera
que la carga hidrostática subterránea no cause presión y empuje sobre los
bloques de las rocas y al mismo tiempo reduzca el efecto de lubricación
dentro de los planos de las fracturas de las rocas que en ambos casos
serán motivo y elementos importantes de estabilización que puedan
provocar potenciales de aludes o deslizamientos.
(Fuente:http://ingenieriareal.com/tipos-de-pozos-para-extraer-agua-
subterranea/)
IV.3. Galerías filtrantes
Galerías filtrantes o minas de agua: Se realizan en regiones montañosas
hasta alcanzar la zona de saturación y con una cierta pendiente del suelo
para evacuar el agua al exterior por gravedad. Sus dimensiones serán
suficientes para que se pueda entrar y trabajar sin dificultades en su
realización y en su mantenimiento posterior.
Diseño de galería filtrante:
Consideraciones básicas
Los parámetros que influyen en el rendimiento de las galerías de filtración
son la conductividad hidráulica, el espesor del acuífero y la gradiente
hidráulica, siendo esta última importante para los acuíferos con
escurrimiento propio. De estos tres parámetros, el que influye directamente
en todos los tipos de galerías es la conductividad hidráulica y depende de
numerosos factores como:
a) forma, disposición y tamaño de los granos del material filtrante del
acuífero, y
b) viscosidad y densidad del fluido.
Conducto colector: En el diseño del conducto colector de la galería se
deben considerar los aspectos siguientes:
- Sección con capacidad suficiente para que fluya el caudal de diseño.
- Mínimas pérdidas por fricción.
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- Área de las aberturas del dren que faciliten el flujo de agua del
acuífero hacia el conducto.
Diámetro El diámetro mínimo a utilizar es el que garantice el
escurrimiento del caudal de diseño con un tirante no mayor al 50%, pero
en ningún caso la tubería deberá tener menos de150mm. Este diámetro
facilita la limpieza y mantenimiento de los drenes.
Cálculo hidráulico
Para el diseño de galerías de filtración se disponen de varios métodos de
cálculo: el más conocido es el que se deduce a partir de la ecuación de
Dupuit.
Galería en acuífero de poco espesor: Se considera a un acuífero de
poco espesor, cuando la relación profundidad del dren al estrato
impermeable versus profundidad al dren es menor a 10. Este es el caso
de esta galería filtrante.
Figura 04: galería de acuífero de poco espesor
Fuente: www.myslide.es_diseno-galeria-filtrante.pdf
La ecuación aplicada en el presente caso es:
q = 2 * π* kf * (z + a) /[Ln {(2 * z* (z + b)) / (r * b)}]
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Donde:
q = Caudal unitario que se filtra a la galería
kf = Conductividad hidráulica del material de filtro
(La arena y grava es un material de alta permeabilidad, se está
considerando un valor de kf= 5x10-5)
a = 0.50 m
(a = mínimo tirante de agua encima del techo del curso o cuerpo de agua
superficial.)
z = 0.675 m
(z = profundidad de ubicación del dren con respecto al fondo del curso o
cuerpo de agua superficial).
b = 0.075 m
(b = profundidad del estrato impermeable con respecto a la ubicación del
dren)
r = 0.075 m (radio del dren)
Reemplazando valores se obtiene:
q = 0.8015 l/s
Del diseño hidráulico del sistema de agua se tiene un caudal de diseño de:
Q = 0.20 l/s
La longitud de la tubería de filtración es:
L = Q/q
L = 0.20/0.08015 = 2.49 m
Se asume una longitud de 2.50 m
Velocidad Para evitar la acumulación del material fino que pueda entrar al
conducto, la tubería del dren debe tener una pendiente adecuada que
facilite su auto-limpieza. Normalmente, la velocidad de escurrimiento del
agua en el dren debe ser menor a 0.90 m/s pero con un valor mínimo de
0,60 m/s. De esta manera, el material fino podrá ser arrastrado hasta la
cámara colectora donde se depositará para su eliminación. La velocidad de
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auto-limpieza se logra con pendientes que varían de 0,001 m/m a
0,005m/m.
Área abierta En el diseño del área perimetral abierta de los conductos, se
debe tomar en consideración dos aspectos fundamentalmente:
- Pérdida de la resistencia estructural de la tubería;
- Velocidad de ingreso.
Existen diversas opiniones acerca del valor de la máxima velocidad de
entrada permisible para evitar el arrastre de partículas finas. Estos valores
varían desde 2,5cm/s hasta 10cm/s con un valor recomendado de 3cm/s y
calculado para un coeficiente de contracción de entrada por orificio de
0,55. En todo caso, es recomendable disponer de la mayor cantidad de
área abierta para tener bajas velocidades de entrada. El área abierta por
unidad de longitud del conducto estará dada por la siguiente expresión:
Donde:
A = Área abierta por unidad de longitud del conducto (m2)
Qu = Caudal de diseño de la galería por unidad de longitud (m3/s)
Ve = Velocidad de entrada. ( 3 cm/s)
Cc = Coeficiente de contracción = 0.55
A = 0.8015 / 3 x 0.55
A = 0.486 cm. (área mínima de abertura / m. en orificios)
Diseño estructural
La estructura de captación de las galerías filtrantes, cuando se encuentren
en operación tienen las mismas cargas hidráulicas tanto en el interior como
en el exterior, por lo que su diseño se reduce en considerar las acciones
producidas por su peso propio; durante la construcción, además de su
peso propio a la carga del relleno del terreno y filtros, por lo que se deberá
diseñar para esta condición. Teniendo en cuenta que se utilizara tubería
PVC C-10, no será necesario ningún tipo de refuerzo con la tubería a
utilizar.
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Fuente: www.myslide.es_diseno-galeria-filtrante.pdf
V. CONCLUSIONES
De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento,
como a la topografía del terreno, son dos los tipos de sistemas a
emplearse para la captación de agua: Los de gravedad y los de bombeo.
Un manantial es un lugar donde se produce el afloramiento natural de
agua subterránea. Donde el agua fluye a través de una formación de
estratos con grava, arena o roca fisurada.
Los parámetros a tener en cuenta para la selección del uso de un
manantial son la cantidad y calidad del recurso hídrico.
El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación dependerán de
la topografía de la zona, de la textura del suelo y de la clase del
manantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua ni
modificar la corriente y el caudal natural del manantial.
Una de las principales diferencias entre pozos y sondeos es que los
pozos no pueden sobre pasar la cota de superficie de saturación, ya que
se llenan de agua cuando sobrepasan esta superficie de saturación, por
otro lado los sondeos pueden penetrar profundamente en la zona de
saturación.
En los sistemas de captación de agua de manantial siempre se debe
considerar la implementación de un sello para evitar que el agua
superficial se filtre de nuevo en el agua almacenada. Es necesario tener
cuidado con el sellado, especialmente del recubrimiento de la galería
filtrante.
Para las aguas de origen subterráneo; la contaminación puede provenir
de diversas fuentes: letrinas, ganado, plaguicidas, etc. Por lo tanto se
debe comprobar los drenajes superficiales, las cercas y puertas a prueba
de animales y controlar y proteger la cubierta vegetal en toda la zona.
Se debe prevenir el crecimiento de las plantaciones en el entorno de las
fuentes de abastecimiento de agua ya que las raíces podrían obstruir el
acuífero.
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El caudal de agua debe ser revisado. Si se incrementa el flujo de agua o
hay un aumento en su turbidez, se debe identificar el contaminante y
mejorar la protección de la cámara. Por el contrario si el flujo de agua
decrece es probable que el sistema colector se haya atascado.
VI. BIBLIOGRAFÍA Y/O DOCUMENTOS ELECTRONICOS
www.bvsde.ops-oms.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d23/017_roger_dise
%C3%B1ocaptacionmanantiales/captacion_manantiales.pdf
www.fing.edu.uy/imfia/ghs/subterraguas/temas/captaciones/
captaciones.htm
http://gea.ciens.ucv.ve/geoquimi/hidro/wp-content/uploads/2011/07/
recursos.pdf
http://ingenieriareal.com/tipos-de-pozos-para-extraer-agua-subterranea/
www.myslide.es_diseno-galeria-filtrante.pdf
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