5.1 obras de captación

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓNFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ABASTECIMIENTO DE AGUAS

5.- OBRAS DE CAPTACIÓN



En pequeña escala, también se almacena agua de lluvia en cisternas, pero no es fácil cuando se trata de abastecer poblaciones importantes. La captación de esta agua puede hacerse en los tejado o en áreas especiales debidamente dispuestas. Pero en estas condiciones el agua arrastra las impurezas de dichas superficies, por lo que para hacer potable es preciso filtrarla. La filtración se consigue mediante la adecuada instalación de un filtro en la misma cisterna.



Captación de agua pluvial



El volumen de la cisterna puede calcularse de la forma siguiente:

Vs = D * 30 * (12 – t) * 1.3 *h

Donde:Vs = Volumen necesario para el consumo en época de secas (litros).D = Dotación en (l/hab/día).30 = Días del mes.(12-t) = Número de meses secos, t es el número de meses con lluvia.1.3 = 30% más por seguridad.h = Número de habitantes (usuarios).



Por otra parte:

Vc = P * A 1000Donde:Vc = Volumen anual captado m3.P = Precipitación media anual (mm).1000 =Factor de conversión de unidades.A = Área de captación en m2.

Si Vs < Vc no existirá problema de suministro, pero si Vs > Vc faltara agua; entonces al menos debe tenerse que Vs = Vc.



Ejemplo:

Calcular el volumen de agua que se debe almacenar en una cisterna para una población de 5,000 habitantes si se les asigna una dotación de 200 l / hab. / día, la precipitación media anual es de 90 cm y la época de lluvias dura 4 meses.

Solución: El volumen necesario para el consumo en época de secas es de acuerdo a: Vs = 200 * 30 * (12 - 4) * 1.3 * 5,000Vs = 312’000,000 litros.Vs = 312,000 m3.



Y el volumen anual captado es:

Vc = 900 * A 1,000

Para que no exista problema de suministro al menos debe tenerse que:

Vc = Vs, por lo tanto:

900 * A = 312,000 m3. 1,000



El área de captación es:

A = 312,000 * 1,000 900

A = 346,666.67 m2.

Esto para el volumen de agua necesario de:

Vc = 312,000 m3.



En conclusión, no es factible para una población como la de este ejemplo, la construcción de obras tan grandes para la recolección y depender de ésta para el suministro pero tampoco debería desaprovecharla.



5.1 RECONOCIMIENTO SANITARIO

La importancia que tiene un reconocimiento sanitario de las fuentes de agua no debe menospreciarse.

En el caso de un nuevo sistema de abastecimiento, el reconocimiento sanitario debe realizarse conjuntamente con la recolección de los dados.

El reconocimiento sanitario debe incluir la localización de cualquier riesgo contra la salud y la evaluación de su importancia presente y futura.



1. Abastecimiento con agua superficial

a) Naturaleza geológica de la superficie.b) Características de la vegetación.c) Población con alcantarillado.d) Métodos para la disposición de las aguas residuales.e) Características y eficiencia de las plantas de

tratamiento de las aguas residuales en el interior de la cuenca.

f) Proximidad de fuentes de contaminación fecal en la toma de abastecimiento del agua.



g) Proximidad, fuentes y características de los desechos industriales.

h) Características del abastecimiento en cuanto a cantidad.

i) Características y calidad del agua cruda.j) Período nominal de retención en la represa.k) Potabilización del agua.l) Instalaciones de bombeo.



2. Abastecimiento con agua subterránea.

a) Característica geológicas locales; pendientes del terreno superficial.

b) Naturaleza de los suelos y de los estratos.c) Pendiente del manto freático.d) Extensión de la superficie de escurrimientos que puede

aportar agua para abastecimiento.e) Naturaleza, distancia y dirección de las fuentes de

contaminación locales.



g) Posibilidad de que el agua de desagüe superficial penetre en el sistema y de que los posos se inunden; métodos de protección.

h) Métodos utilizados para protección del abastecimiento contra la contaminación.

i) Características constructivas del pozo.j) Protección superior y lateral del pozo.k) Construcción de la caseta de bombeol) Desinfección.



5.2 CAPTACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES

Para el diseño de las obras de captación superficiales se requiere obtener, además de la información del apartado 5.1 la siguiente: a)Datos hidrológicos: •Gasto medio, máximo y mínimo.•Niveles de agua normal, extraordinario y mínimo.•Característica de la cuenca; erosión y sedimentación.•Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes.



b) Aspectos económicos:

• Generación de alternativas y elección de la más económica que cumpla con los requerimientos técnicos.

• Menores costos de construcción, operación y mantenimiento.

• Costo de las obras de protección.• Tipo de tenencia del terreno.



1. Obras de captación para grandes variaciones en los niveles de la superficie libre

Torres para captar el agua a diferentes niveles.

Estación de bombeo flotante



2. Obras de captación para pequeñas variaciones en los niveles de la superficie libre

Estación de bombeo fija en un cárcamo Estación de bombeo fija en un río



Canales de derivación



3. Para escurrimientos pequeños con pequeños tirantes.

Presas derivadoras o diques con toma directa.



Muro vertedor con caja y vertedor lateral.



Muro vertedor caja central y toma.



4. Captación directa por gravedad o por bombeo Cuando las aguas de un río están relativamente libres de materiales de arrastre en toda época del año, el dispositivo de captación más sencillo es un tubo sumergido.

Captación directa con bomba centrifuga horizontal



Captación directa con bomba centrifuga vertical.

Obra de toma flotanteAcueducto Laguna de Alvarado

Obra de toma en la presa El NovilloAcueducto Independencia

(El Novillo-Hermosillo, Son.)

Obra de toma “La Isla 2” en el Río CarrizalVillahermosa, Tabasco

Pozo inundado

Nivel del agua alcanzado en la inundación

Obra de toma elevadaLos Cabos, B.C.S.

Galería filtrante (transversal o perpendicular)Costa Chica, Gro.

Túnel de San Francisco Santiago, N.L.

Obra de toma en la presa El RealitoPara el suministro de agua potable a San Luis Potosí, SLP.

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Obra de toma en la presa Valerio Trujano, Gro.

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Obra de toma presa el Cuchillo

Obra de toma presa Cerro Prieto



5.3 OBRAS DE CAPTACIÓN PARA AGUA SUBTERRÁNEA

Las aguas subterráneas constituyen importantes fuentes de abastecimiento de agua. En general el agua no requiere un tratamiento complicado y las cantidades de agua disponibles son más seguras. Las posibles obras de captación para este tipo de agua son: a)Manantial.b)Pozos.c)Galerías filtrantes.



1. Manantiales

Las aguas de manantial generalmente fluyen desde un estrato acuífero de arena y grava y afloran a la superficie debido a la presencia de un estrato de material impermeable.

El agua de manantial es generalmente potable, pero puede contaminarse si aflora en un estanque o al fluir sobre el terreno. Por esta razón el manantial debe protegerse con mampostería de tabique o piedra de madera que el agua fluya directamente hacia una tubería.



Caja de manantial.



2. Pozos.

Un pozo es una perforación vertical en general de forma cilíndrica y de diámetro mucho menor que la profundidad. El agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tipo radial. Se acostumbra clasificar a los pozos en “poco profundos o someros” y “profundos”. Los pozos someros “excavados” son aquellos que permiten la explotación del agua freática.

Al uso de los pozos someros o poco profundos para suministros públicos pueden hacerse las siguientes objeciones:



1. Dan un rendimiento incierto porque el nivel freático fluctúa con facilidad y considerablemente.

2. La calidad sanitaria del agua es probable. Los pozos profundos tienen la ventaja de perforar capas acuíferas profundas y extensas, circunstancias que evitan rápidas fluctuaciones en el nivel de la superficie piezométrica y dan como resultado un rendimiento uniforme y considerable.



Pozos someros



Pozo hincado o entubado



Esquema de pozos artesianos



3. Captación de aguas por medio de galerías de infiltración.

La galería de infiltración en principio consiste en un tubo perforado o recurado, rodeado de una capa de granzón o piedra picada graduada, instalada en el acuífero subsuperficial.En los extremos aguas arriba de la galería y a longitud aproximada de 50 m, normalmente se coloca un pozo de visita. En el extremo aguas abajo se construye un tanque o pozo recolector, de donde se conducen las aguas por gravedad o por bombeo hacia el sistema de distribución. La galería de infiltración se orienta de acuerdo con la dirección predominante del flujo subterráneo.



Detalles de una galería de infiltración



Cuando la velocidad de un río es pequeña y existen estratos de alta permeabilidad que se conectan con el río, la galería de infiltración normalmente se instala paralela al eje del mismo.



Cuando con la excepción de unos bancos de arena o grava depositados por el río en un lecho limitado, no existen estratos permeables, la galería se instala por debajo del río normal a su eje. La misma solución se emplea cuando el acuífero es de muy bajo permeabilidad.

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Pozos de pequeño diámetro: puyones

Pozo radialComponentes

Colectores de 12 pulgadas de diámetro

Carcaza

Equipamiento

Descarga

Succión

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Pozo radial en captación del río PapagayoPara el suministro de agua a la ciudad de Acapulco, Gro.

Inicio del hincado del anillo de puertos laterales Proceso de hincado

Proceso de hincado Anillo hincado

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4.Nociones de Geohidrología

Definiciones: UN ACUÍFERO es un estrato de subsuelo que contiene volúmenes de agua dulce en cantidades tales que su extracción constituye un aprovechamiento hidráulico. UN ACUÍFERO CONFINADO es aquel que está a un lado superior e inferiormente por estratos impermeables y que contiene agua a una presión mayor que la atmosférica. Los estratos impermeables ofrecen mucha resistencia al flujo de agua. UN ACUÍFERO SEMICONFINADO es aquel que está limitado por estratos menos permeables que él, pero que puede recibir o ceder cantidades significativas de agua.



UN ACUÍFERO LIBRE es aquel cuyo limite superior coincide con el nivel freático, esto es, la superficie del agua que está a la presión atmosférica. LA POROSIDAD es la relación del volumen de intersticios (espacios abiertos) en el suelo a su volumen total. Es una medida de la cantidad de agua que puede ser almacenada en los espacios entre partículas. RENDIMIENTO ESPECIFICO es el porcentaje de agua que está libre para drenar del acuífero bajo la influencia de la gravedad.

EL COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO en un acuífero confinado S, es la cantidad de agua liberada para una columna de área horizontal unitaria y de altura igual al espesor saturado del acuífero.



GRADIENTE HIDRÁULICO es la pendiente de la superficie piezométrica. La diferencia en elevación de un punto a otro a lo largo del gradiente hidráulico es una medida de presión. Esta diferencia de elevación es llamada “carga”. LA PERMEABILIDAD P, es una medida de la facilidad de movimiento del agua subterránea a través de una roca. LA TRANSMISIBILIDAD T, es la capacidad de un acuífero para transmitir el agua a través de todo su espesor.



5. Métodos de perforación de pozos.

Perforación por percusión.

Perforación rotatoria.

Perforación por percusión con circulación inversa.

5.1 obras de captación

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