OBRAS DE CAPTACINhttp://civilgeeks.com/2010/10/08/obras-de-captacion-sistema-de-agua-potable/Las obras de captacin son las obras civiles y equipos electromecnicos que se utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterrnea. Dichas obras varan de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localizacin y magnitud. Algunos ejemplos de obras de captacin se esquematizan en laFig 2.1. El diseo de la obra de captacin debe ser tal que prevea las posibilidades de contaminacin del agua.

Fig. 2.1 Obra de CaptacinEs necesario separar en el trmino general de obra de captacin el dispositivo de captacin propiamente dicho y las estructuras complementarias que hacen posible su buen funcionamiento. Un dique toma, por ejemplo, es una estructura complementaria, ya que su funcin es represar las aguas de un ro a fin de asegurar una carga hidrulica suficiente para la entrada de una estabilidad y durabilidad. Un dispositivo de captacin puede consistir de un simple tubo, la pichancha de una bomba, un tanque, un canal, una galera filtrante, etc., y representa parte vital de la obra de toma que asegura, bajo cualquier condicin de rgimen, la captacin de las aguas en la calidad prevista. El mrito principal de los dispositivos de captacin radica en su buen funcionamiento hidrulico.

OBRAS DE CAPTACINMETERICASCAPTACIN DE AGUAS PLUVIALESLa captacin de estas puede hacerse en los tejados o reas especiales debidamente dispuestas. En estas condiciones el agua arrastra las impurezas de dichas superficies, por lo que para hacerla potable es preciso filtrarla. La filtracin se consigue mediante la instalacin de un filtro en la misma cisterna. Un dispositivo de este tipo se ilustra en lafigura 2.2

Fig. 2.2 Captacin de Agua PluvialLa recoleccin de agua de lluvia como nica fuente de agua, slo es conveniente en regiones con lluvia confiable a lo largo del ao (o donde no estn disponibles otras fuentes de agua), debido a que las obras individuales de almacenamiento para todas las casas de una comunidad rural pueden ser costosas. La cantidad de agua de lluvia que puede recolectarse depende del rea de captacin y de la precipitacin promedio anual. Un milmetro de lluvia en un metro cuadrado produce alrededor de 0.8 litros de agua, considerando la evaporacin y otras prdidas.Cuando se disea un sistema de captacin de aguas pluviales es necesario determinar el rea de captacin y el volumen de almacenamiento.Vs= D x t x ( 1 + l) x PDonde:Vs: Volumen de almacenamiento necesario para satisfacer la demanda en poca de secasD : dotacin, L/ hab./ dat : tiempo que dura la temporada de secas, dasl : Factor de seguridad, mnimo 30 % en decimalP : nmero de habitantesEl volumen anual de agua de lluvia captada se puede estimar a partir de la ecuacin ( 1 ) donde se relaciona la precipitacin media anual y rea de captacin. En diseos conservadores es conveniente considerar que se pueden aprovechar el 75 % de la precipitacin total anual.Vc = Prx A x n _________ ( 1 )Donde:Vc: volumen anual captado, m3Pr: precipitacin media anual, mA : rea de captacin, m2n : eficiencia de captacin del agua pluvial, decimalSi el volumen anual captado es mayor que el volumen de almacenamiento necesario para satisfacer la demanda durante la poca de secas, no existir problema de suministro. En el caso contrario, se tendrn problemas de abastecimiento. Entonces, al considerar sistemas de abastecimiento con agua de lluvia, se deber garantizar al menos que el volumen captado es igual al volumen almacenado para satisfacer la demanda durante la poca de sequa.EJEMPLO.1Determinar qu volumen de agua puede ser almacenado en una cisterna prxima a una casa rural, con un rea de captacin de 70 m2, si la precipitacin media anual es de 90 cm.Solucin:Considerando una eficiencia de captacin de 75 % (diseo conservador) y convirtiendo la precipitacin media anual a metro, se tiene:Vc= 0.90 m (70 m2) (0.75) = 47.25 m3EJEMPLO 2Calcular el volumen de agua que se debe almacenar en una cisterna para una poblacin de 1500 habitantes si se les asigna una dotacin de 100 l/hab./da. La precipitacin media anual es de 90 cm, y la poca de lluvias dura 4 meses. Determinar el rea de captacin requerida para satisfacer el volumen de almacenamiento requerido.Solucin:La duracin de la poca de sequa ser:T = 8 meses x 30 das /mes = 240El volumen necesario Vs, para el consumo en poca de secas, considerando un factor de seguridad de 30% ser.Vs =100 L / hab. d x 240 d x (1 + 0.30 ) x 1500 hab = 4.68 x 107LitrosVs= 46, 800 m3El volumen anual captado, considerando la precipitacin media anual de 0.90 m, y un diseo conservador (75 % de eficiencia de captacin), ser:VC= 0.90 x A x 0.75 = 0.675 X APara que no exista problema de suministro, al menos debe tenerse que: VC= Vs0.675 X A = 46800 m3Por lo que el rea de captacin necesaria es :A = 46800 / 0.675 = 69,333 m2Es poco probable que la totalidad de las viviendas de la localidad considerada tengan la superficie de techos necesaria para proporcionar el rea requerida para captar el agua suficiente, por lo que se requerira la construccin de patios de captacin de agua pluvial para que sta fuera considerada una fuente confiable de abastecimiento.Las superficies de captacin de agua de lluvia en piso pueden ser materiales impermeables que han recibido acondicionamiento qumico (por ejemplo, la mezcla de sales de sodio con capas superficiales de suelo arcilloso) Si la superficie es lisa y el escurrimiento se almacena en un depsito, las perdidas por evaporacin, saturacin del material base e infiltracin, son casi nulas. Como regla general, las perdidas en superficies de captacin a nivel de piso con recubrimiento de concreto o asfalto son menores al 10 %; En techos aislados recubiertos con brea (alquitrn) y grava esparcida son menores al 15 %; y en techos de lmina metlica prcticamente no hay prdidas.Se recomienda la construccin de trincheras que desven los escurrimientos superficiales protejan el rea de captacin en piso. Asimismo, se recomienda instalar cercas para evitar el paso de animales y personas.Las tapas de registro deben estar bien selladas. Es conveniente que los tubos de ventilacin estn protegidos con rejillas para evitar el paso de animales e insectos, y se tenga previsiones para evitar el paso de luz, polvo y agua superficial. La cisterna de almacenamiento debe ser impermeable, con superficies interiores El orificio del registro debe tener un brocal bien sellado y que sobresalga del nivel de piso por lo menos 10 cm. La tapa de registro debe cubrir el brocal y proyectar, por lo menos 5 cm, su pestaa hacia abajo. Para evitar contaminacin y accidentes la tapa del registro debe cerrarse con candado.Es importante contar con previsiones para desviar el agua de las primeras lluvias, poca en que se lava el rea de captacin despus del estiaje. Tambin, se recomienda contar con drenes al fondo de la cisterna de almacenamiento con el objeto de drenar sedimentos acumulados y facilitar el lavado de la misma. Ninguna tubera que entre o salga de la cisterna de almacenamiento deber conectarse al drenaje sanitario.Las cisternas enterradas puede construirse con tabique o piedra, aunque se recomienda el concreto reforzado. Si se utiliza tabique o piedra, estos deben ser bajos en permeabilidad y colocarse con juntas de cemento Prtland. Los tabiques deben humedecerse antes de su colocacin. Un recubrimiento con mortero cemento-arena 1:3 ayudar a impermeabilizar el depsito. Con el fin de conseguir una superficie dura y no absorbente, se utiliza una llana para aplanar el recubrimiento antes de que se haya endurecido.Es necesario mantener limpias todas las conducciones que colecten agua de lluvia hacia la cisterna. Los canales y techos deben mantenerse inclinados hacia la cisterna con el fin de evitar estacionamientos de agua.Los techos utilizados para captar agua de lluvia no deben pintarse. Materiales tales como las tejas vidriadas y el acero galvanizado son apropiados para superficies de captacin.El agua atmosfrica susceptible de aprovecharse mejor, hasta ahora, es el agua de lluvia.OBRAS DE CAPTACIN SUPERFICIALES.Para el diseo de obras de captacin superficiales se requiere obtener, la informacin siguiente:a).- Datos HidrolgicosGasto medio, mximo y mnimoNiveles de agua normal, extraordinario y mnimoCaractersticas de la cuenca, erosin y sedimentacinEstudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantesb).- Aspectos EconmicosPlaneamiento de opciones, eleccin de la ms econmica que cumpla con los requerimientos tcnicosCostos de construccin, operacin y mantenimientoCosto de las obras de proteccinTipo de tenencia del terrenoTipos de obras de toma.Dependiendo de las caractersticas hidrolgicas de la corriente, las obras de captacin pueden agruparse en los siguientes cuatro tipos:a).- Captaciones cuando existen grandes variaciones en los niveles de la superficie libre.Torres para captar el agua a diferentes niveles, en las mrgenes o en el punto ms profundo del ro, (Fig. 2.3)

Fig. 2.3 Torres para captar agua a diferentes nivelesEstaciones de bombeo flotantes. Tambin pueden usarse en lagos o embalses(figuras 2.4a. y 2.4b).

Fig. 2.4 a) Estacin de bombeo FlotanteCAPTACIN EN RIO NAVEGABLE EMBALSES O EN LAGOS Y LAGUNAS

(Fig. 2.4 b)b).- Captacin cuando existen pequeas oscilaciones en los niveles de la superficie libre, comoestaciones de bombeo fijas con toma directa en el ri o en un crcamo.(Figura 2.5)

Fig. 2.5 a) En un crcamo

Fig. 2.5 b) En ro

Fig. 2.5 Estacin de bombeoCanales de derivacin con o sin desarenadores. Una estructura de este tipo comprende, esencialmente(Figura. 2.6 )

Fig. 2.6 Canal con derivacinUn muro equipado corrientemente de una compuerta en prevencin de las crecidas (V1)Una incisin de la margen provista de compuertas que permiten detener las aguas en exceso y cerrar la toma (V2).Un canal ( C ) que, partiendo de la incisin cuente en su origen con un vertedor (D) que permita el retorno del agua sobrante al ro, yUna compuerta (V3) que permita cerrar completamente el canal.c ).- Captaciones para escurrimientos con pequeos tirantesmuro con toma directa.(Fig. 2.7)

Fig 2.7 Muro con toma directaFig. 2.8 Muro vertedor con caja y vertedor lateral

Muro con caja y vertedor lateral.(Fig. 2.8)

Muro con vertedor y caja central.(Fig. 2.9)

(Fig. 2.9) Muro vertedor con caja central y tomad).- Captacin directa por gravedad o bombeoEste es el caso comn para sistemas rurales por lo que se presentar con mayor detalle en un apartado especial.Captacin directaCuando el agua de un ro est relativamente libre de materiales de arrastre en toda poca del ao, el dispositivo de captacin ms sencillo es un sumergido. Es conveniente orientar la entrada del tubo en forma tal que no quede enfrente la direccin de la corriente, y se debe proteger con malla metlica contra el paso de objetos flotantes(Fig 2.10 ).

Fig. 2.10 Mtodos de proteccin de la entrada a la lnea de conduccinLa sumergencia del dispositivo debe ser suficiente para asegurar la entrada del pago del gasto previsto en el sistema . En vista de que la direccin y velocidad de la corriente no pueden determinarse con exactitud en la zona de acercamiento es conveniente suponer una prdida de carga por entrada equivalente a la carga de velocidad (V2/ 2g), siendo V la velocidad de flujo en el tubo para el dimetro y gastos dado y, g la aceleracin de la gravedad.Esa prdida se aumenta considerablemente si la entrada est protegida con rejillas. Su valor puede estimarse tomando en cuenta el rea libre de entrada al tubo y el coeficiente de contraccin del flujo a travs de la rejilla. Si por ejemplo, una rejilla reduce el rea del tubo en un 40 % y el coeficiente de contraccin es del orden de 0.5, la perdida por entrada ser de.hs=1xV20.6 x 0.5 2gEn el caso en que la captacin por gravedad no sea factible debido a la topografa el mtodo de captacin recomendable es por bombeo. De las bombas disponibles comercialmente, la bomba centrfuga horizontal tiene la ventaja de que la ubicacin del equipo de bombeo y el punto de captacin pueden ser distintos, o sea que la estacin de bombeo pude construirse en el sitio ms favorable desde el punto de vista de cimentacin, acceso, proteccin contra inundaciones, etc. Su desventaja principal es que la altura de succin queda limitada y el desnivel mximo permisible entre la bomba y el nivel de bombeo, es relativamente pequeo(Fig. 2.11)

Fig. 2.11 Captacin directa con bomba centrfuga horizontalDe hecho, se puede afirmar que cuando se trata de la captacin directa de las aguas superficiales, el tipo de bomba ms comnmente empleada es la bomba centrfuga horizontal.Su localizacin recomendable se ilustra en la(Fig. 2.12)

Fig. 2.12 Localizacin recomendable de la toma directa en curvasLa bomba centrfuga vertical (tipo pozo profundo ) tiene mayor eficiencia, pero el costo del equipo es mayor y la estacin de bombeo tiene que ubicarse directamente por encima del punto de captacin. Estas condiciones a veces representan problemas graves de cimentacin, resultando obras de construccin sumamente costosas no compatibles con sistemas rurales(fig. 2.13).

Fig. 2.13 Captacin directa con bomba centrifuga verticalOBRAS DE CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS.El agua subterrnea existe casi en cualquier parte por debajo de la superficie terrestre, la exploracin de la misma consiste bsicamente en determinar en dnde se encuentra bajo las condiciones que le permitan llegar rpidamente a los pozos a fin de poder ser utilizada en forma econmica. La manera prctica de hacer lo anterior incluye la aplicacin de conocimientos tcnicos, experiencia en la perforacin y sentido comn.(Fig. 2.14 Identificacin de las aguas subterrneas).

(Fig. 2.14)A continuacin se describe un enfoque para realizar una exploracin del agua subterrnea.Ciertos indicios tiles en la localizacin de abastecimientos de agua subterrnea son por ejemplo, que sta probablemente se encuentra en mayores cantidades bajo los valles que en las partes altas; en las zonas ridas cierto tipo de plantas; nos indican que el agua que las nutre se encuentra a poca profundidad; asimismo en las reas en donde el agua aparece superficialmente como son manantiales, pantanos y lagos, tambin debe existir agua subterrnea aunque no necesariamente en grandes cantidades o de buena calidad; sin embargo, los indicios ms valiosos son las rocas, ya que los hidrlogos y los gelogos las agrupan sin importar que sean consolidadas como las areniscas, calizas, granitos y basaltos; o no consolidadas como las gravas, arenas y arcillas.La grava, la arena, y las calizas, son las mejores conductoras del agua, sin embargo, solo constituyen una parte de las rocas que forman la corteza terrestre y no todas ellas aportan la misma cantidad de agua.La mayor parte de las rocas constituidas de arcilla, lutitas y rocas cristalinas son en general pobres productoras, pero pueden aportar agua suficiente para usos domsticos en las reas en donde no se encuentran buenos acuferos.Los lineamientos generales para realizar una exploracin del agua subterrnea son los siguientes:Primero se elabora un plano geolgico que muestre los diferentes tipos de roca que afloren a la superficie y de ser posible, secciones y explicaciones anexas, deben mostrar justamente cules rocas son probables conductoras de agua y en donde se encuentran por debajo de la superficie.Despus de reunirse toda la informacin respecto a la existencia de pozos, su localizacin, profundidad de perforacin, profundidad a nivel del agua, caudal promedio y el tipo de rocas que se hayan encontrado al perforar.La historia de los pozos en donde el perforista ha tenido el cuidado de registrar la profundidad y el tipo de los diferentes estratos que ha ido encontrando al realizar la perforacin, siempre son de gran utilidad para conocer las condiciones geohidrolgicas de cualquier regin.La historia de un pozo es realmente til cuando incluye lo siguiente: Muestras de las rocas, informacin de cules estratos contienen agua y con qu facilidad la ceden, la profundidad a que se encuentre el nivel esttico del agua en los estratos que la contengan y los datos de las pruebas de aforo y bombeo de cada uno de los acuferos a fin de poder determinar cunta agua pueden aportar y cunto se abate el nivel del agua de acuerdo a los caudales de bombeo.Cuando no hay pozos o no existe la suficiente informacin sobre ellos, es necesario perforar algunos pozos de exploracin, mediante los cuales se obtienen muestras del material encontrado durante el avance de la perforacin, mismo que posteriormente es examinado y analizado para determinar cules estratos son los que contienen agua y de que tamao son las reas en que se extienden.Los reportes y los planos que sobre las condiciones geohidrolgicas de cualquier regin se elaboren, deben mencionar los lugares en donde puede encontrarse el agua subterrnea, la calidad qumica de sta y en forma muy general que cantidad puede obtenerse, asimismo los lugares en que tienen lugar la recarga y descarga natural de los acuferos.RECONOCIMIENTOS GEOLGICOS:Mediante los reconocimientos geolgicos es posible obtener conclusiones hidrogeolgicas de una regin, pudindose avanzar en forma rpida gracias al desarrollo que ha tenido a ltimas fechas la fotointerpretacin; sin embargo, en cualquier estudio siempre sern necesarios los reconocimientos de campo, que permiten afinar lo observado en las fotografas.En la exploracin, el gelogo se sirve de la petrografa, de la estratigrafa de la geologa estructural y de la geomorfologa.La petrografa constituye uno de los renglones ms importantes dentro de los reconocimientos geolgicos, ya que mediante ella, es posible determinar la porosidad y la permeabilidad caracterstica de los diferentes tipos de roca, eliminando en funcin de dichas caractersticas, las zonas que no representan condiciones favorables para la localizacin del agua subterrnea.La porosidad determina la cantidad de agua que puede almacenarse y la permeabilidad la facilidad con que sta puede extraerse. La tabla 2.1 muestra una clasificacin general de algunos tipos de rocas en funcin de su porosidad y de su permeabilidad.TABLA 2.1 - PROPIEDADES ACUIFERAS DE ALGUNAS ROCAS COMUNESP E R M E A B I L I D A DP O R O S I D A DPERMEABILIDAD MAXIMA POROSIDAD MXIMAGravas bien clasificadas Arcillas blandasBasalto poroso LimosCaliza calsificada TobasArenas bien clasificas Arenas bien clasificadasArenas y gravas mal clasificadas Arenas y gravas mal clasificada.Rocas cristalinas fracturadas AreniscaLimos y tobas Basalto porosoArcillas Caliza calsificadaRoca cristalina masiva Roca cristalina fracturadaRoca cristalina masiva.La estratigrafa es un instrumento esencial para la prospeccin hidrogeolgica de extensas regiones de rocas sedimentarias o volcnicas. La posicin y el espesor de los horizontes acuferos as como la continuidad de las capas confinantes revisten particular importancia, por lo que el auxilio de la estratigrafa resulta siempre indispensable.La geologa estructural junto con la estratigrafa se utiliza en la localizacin de los horizontes acuferos que hayan sido desplazados por movimientos tectnicos.Los estudios estructurales son tambin utilizados para localizar zonas de fracturacin en rocas compactas pero frgiles; o bien en la localizacin de fallas en materiales no consolidados que en ocasiones pueden formar barreras hidrolgicas, las cuales son importantes en el estudio del movimiento del agua subterrnea.Las aguas de las capas acuferas del subsuelo se clasifican en:a) aguas freticas y b) aguas artesianas.Las aguas freticas son aquellas que no tiene presin hidrosttica, trabajan por la accin de la presin atmosfrica, circulando el agua en materiales graduados, no confinados, como arenas y gravas, esta agua se localiza a profundidades que van de 1.0 a 30.0 metros .Las aguas artesianas son aquellas que estn confinadas bajo una presin hidrosttica mayor que la atmosfrica, por una capa superpuesta de material relativamente impermeable esta agua se localiza a profundidades que van de 31.0 a 300 metros de profundidad o ms.Desde el punto de vista de calidad las aguas artesianas es la de mejor calidad; en muchos casos potable, en otros muy mineralizada y es la que esta menos expuesta ala contaminacin. Se estima que aproximadamente el 90% el agua que se usa para industria y ms o menos el 70% de los abastecimientos pblicos de agua para consumo domestico, procede del bombeo de aguas subterrneas, en nuestro medio.CAPTACIN DE MANANTIALES:Generalidades.El principal objetivo es captar y aprovechar los pequeos manantiales, que se encuentran generalmente en las laderas de las montaas, con el fin de llevar el agua a las partes bajas, donde se aprovechar para el consumo humano ( figura 2.1.a)Los factores ms importantes que intervienen en la localizacin, direccin y rea de influencia de los afloramientos son:- El ciclo hidrolgico de la regin- La topografa- La geologa de la cuencaLas aguas de manantial generalmente fluyen desde un estrato acufero de arena y grava y afloran a la superficie debido a la presencia de un estrato de material impermeable, tal como arcilla o roca, que les impide fluir e infiltrarse. Los mejores lugares para buscar manantiales son las laderas de montaas. La vegetacin verde en un cierto punto de un rea seca puede indicar la presencia de un manantial en el lugar o aguas arriba. Los habitantes de la zona son los mejores guas, y probablemente, conocen todos los manantiales del rea.El agua de manantial generalmente es potable, pero puede contaminarse si aflora en un estanque o al fluir sobre el terreno. Por esta razn el manantial debe protegerse con mampostera de tabique o piedra, de manera que el agua fluya directamente hacia una tubera, evitando as que pueda ser contaminada.Para proteger el manantial debe excavarse la ladera donde el agua sale y construirse un tanque o caja de manantial, como se muestra en la(Fig. 2.15)El detalle de la figura muestra la unin de la tubera con los codos a 90o, con el fin de permitir que el filtro sea levantado sobre el nivel del agua para su limpieza. Debe tenerse el cuidado de no excavar demasiado en el estrato impermeable, ya que puede provocarse que el manantial desaparezca o aflore en otro sitio.

Fig. 2.15 Caja de ManantialAntes de construir el muro de la caja de manantial adyacente a la ladera, es conveniente apilar rocas sin juntear contra el ojo del manantial. Esto es con el fin de construir una cimentacin adecuada del muro posterior para evitar que al salir el agua deslave el material del acufero. Debe tenerse presente que despus de una lluvia el agua puede fluir ms rpidamente por lo que el muro debe quedar firmemente colocado, para ello se pueden emplear rocas de gran tamao combinadas con algunas pequeas, grava e incluso arena para llenar los espacios.La tubera de salida debe estar colocada a cuando menos 10 cm sobre el fondo de la caja y bajo el nivel donde aflora el agua. Si el nivel del agua en la caja del manantial fuera muy alto, los sedimentos podran bloquear el afloramiento del agua. En el extremo de la tubera de salida, localizado en interior de la caja, debe instalarse un filtro para evitar que piedras, ramas u otros objetos obstruyan la tubera. Una manera de hacer este filtro es con un tramo corto de tubera de polietileno, taponado en un extremo y con pequeas perforaciones a su alrededor. Tambin debe instalarse una tubera de demasas de dimetro suficiente para desaguar el gasto mximo en poca de lluvias bajo el nivel de afloramiento del agua. El extremo de la tubera de demasas localizado en el interior de la caja debe quedar cubierto con un filtro adecuado para mantener fuera a los mosquitos y a las ramas. La losa de la caja debe quedar al menos 30 cm arriba del nivel del terreno para evitar que el agua de lluvia entre a la caja. Tambin con esta finalidad, el registro que se construye en eltecho de la caja debe tener un reborde de 10 cm. La tapa de registro debe quedar asegurada con bisagras y candado. Una tercera tubera localizada en el fondo de la caja se instala con la finalidad de extraer los sedimentos. Esta tubera debe tener en su extremo un tapn que no pueda retirar cualquier persona sin herramientas.Si no es posible hacer una excavacin suficiente para que el fondo de la caja del manantial est 10 cm por debajo de la tubera de salida, entonces puede usarse una tubera de 5 cm de dimetro y conducir el agua a otra caja localizada a una distancia no mayor de 50 m a la cual se le llama trampa de sedimentos(Fig.2.16). Esta caja tambin debe tener losa, tubera de demasas a prueba de mosquitos y tubera de salida a 10 cm del fondo con filtro. Si el manantial tiene un rendimiento menor a 5 litros por minuto la trampa se puede construir para varios manantiales, como se muestra en la(Fig. 2.16).Esta caja debe contar con registro

Fig. 2.16 Tres manantiales protegidos conectados a una trampa de sedimentosLos manantiales pueden ser de afloramiento, de emergencia, de grieta o filn segn los insterticios de donde proviene el agua y de tipo artesiano segn su origenFig. 2.17.

(Fig. 2.17)La captacin se puede hacer mediante cajas cerradas de concreto reforzado o mampostera denominadas cajas colectoras. El agua se debe extraer solamente con una tubera que atraviese la caja. Se debe excavar lo suficiente para encontrar las verdaderas salidas del agua, procurando que la entrada del agua a la caja de captacin se efecte lo mas profundo posible, se debe de dotar a la caja de un vertedor de demasas(Fig. 2.18 a y b )

CAJA COLECTORA PARA CAPTAR LAS AGUAS DE MANANTIAL(Fig. 2.18 a) PERFIL CAJA COLECTORA

CAJA COLECTORA(Fig. 2.18 b) PLANTA Y PERFIL CAJA COLECTORARecomendaciones para evitar la perdida del manantial o bien la disminucin del gasto:Limpiar con todo cuidado la zona de afloramientos, quitando rboles, basuras, lodo, hierbas, etc.Conducir el agua por medio de tubera perforada de barro o de concreto sin juntear (Galera Filtrante), localizada a un nivel inferior al que tengan los brotes de agua, basta una caja colectora de mampostera, la cual debe tacharse con una losa de concreto.Al construir las cajas colectoras los muros no se deben desplantar a mucha profundidad, ya que al afectar excavaciones en la zona de afloramiento se notan cambios en el rgimen hidrulico.Debe evitarse el uso de explosivos que casi siempre hacen perder el afloramiento y a veces es imposible volver a localizarlos.Debe evitarse el bombeo que se hace para trabajar en seco, pues aleja algunas corrientes de agua y aunque en ocasiones vuelven a aparecer en la superficie, pueden cambiar la localizacin del manantial.Hay que tener presente que la colocacin de tuberas, materiales graduados, cajas colectoras, etc., debe hacerse precisamente sobre el manantial y no construir la conduccin hasta tener una idea del gasto efectivo.AGUAS FRETICASComo ya sabemos, estas aguas se caracterizan por estar a la presin atmosfrica, esta agua no tienen presin hidrosttica y circular en materiales granulares no confinados como arena, grava etc. Estas aguas se captan mediante pozos noria, mediante galeras filtrantes, mediante sistemas de puyones o de pozos Ranney.POZOS SOMEROSLos pozos someros a cielo abierto ( norias) Son aquellos que permiten la explotacin del agua fretica y/o sublvea. Se construyen con picos y palas; tienen dimetros mnimos de 1.5 m. y no ms de 30 m. de profundidad.Para permitir el paso del agua a travs de las paredes de los pozos someros se dejan perforaciones de 25mm de dimetro con espaciamiento entre 15 y 25 cm, centro a centro.Si las paredes del pozo son de mampostera de piedra o tabique, se dejan espacios sin juntear en el estrato permeable para permitir el paso del agua (Fig. 2.19).

2.19 Pozos SomeroLos pozos someros ( hasta 30 metros de profundidad ) pueden tener las siguientes desventajas para servicio pblico.Da un rendimiento variable por la fluctuacin considerable del nivel freticoCalidad sanitaria del agua probablemente deficiente.Para estos pozos excavados a cielo abierto existe el procedimiento tipo indio ( por tener su origen en la India ). En estos pozos, la cimbra se forma previamente en el exterior y en el sitio de la construccin, se arma el refuerzo y se va colocando el ademe o pared, mismo que por su propio peso y con el auxilio de la excavacin se va hundiendo a medida que se profundiza el pozo. El ademe se forma en anillos de 1.00 a 1.50 m. de altura, con el dimetro requerido y espesor mnimo de 0.30 m. dependiendo ste ltimo del peso que debe tener los anillos para vencer la friccin entre el concreto y el suelo ( Figura 2.20 ).

fig. 2.20 pozo tipo noriaCAPTACIN POR GALERAS FILTRANTES.Una galera filtrante se utiliza principalmente para captar el agua sublvea de corrientes superficiales, construyndose de preferencia en los mrgenes, paralelamente a la corriente o transversalmente, tambin cuando el agua subterrnea est a profundidad moderada. Estas obras, en lo general, deben proyectarse de acuerdo con la posicin y forma del acufero, con el corte geolgico y con las curvas de nivel del terreno y de la superficie exterior del nivel fretico, a fin de orientar la galera con la direccin de la mayor pendiente de la superficie formada por el nivel de saturacin.Las galeras filtrantes son excavaciones en tneles o a cielo abierto, revestidas o no, que penetran en la zona de saturacin del terreno para captar y colectar por gravedad el agua del subsuelo.Se pude calcular el gasto de extraccin de una galera filtrante utilizando la ley de DarcyTomando en consideracin el tipo de terreno en cual se haya.Si se tiene un excavacin uniforme el rea es funcin de Y; entoncesQ = K Ai

Este gasto es unitario, es decir, por metro de longitud de galera y por lado ya que representa el aportado por una sola de sus paredes.Donde:Q = Gasto en m3/dia..K = Coeficiente de permeabilidad y su valor vara segn el dimetro efectivo del material adyacente como ya se explico .R = Radio del crculo de influencia en m.H = Carga esttica o distancia vertical del nivel esttico al estrato impermeable en m.L = Longitud de la galera en m.h = Abatimiento observado.El rea de penetracin queda definida por la grava de envoltura del tubo de recoleccin y la longitud total del mismo. Para los afectos de adaptacin indirecta de aguas superficiales normalmente se toma el rea de la cara hacia l ri, dejando el flujo desde el lado opuesto como margen de seguridad. El gradiente hidrulico disponible es tomado desde el nivel del agua en l ri hasta la grava de envoltura. Por consiguiente, i = Z/L siendo Z la profundidad de la grava de envoltura con respecto al nivel esttico de las aguas subterrneas y L, la distancia desde la orilla del ri hasta la galera. Como se puede ver en esta forma se obtiene el gradiente mnimo, ya que para estratos de alta permeabilidad puede presentarse el caso en que la depresin del nivel de las aguas subterrneas se inicie cerca de la galera, y la distancia L para el mismo valor de Z ser mucho menor. Esta condicin se refleja en una produccin superior a la estimada, por lo tanto, se tendr un factor de seguridad adicional.Es de observarse, tambin, que tanto el nivel del ri como el nivel esttico de las aguas subterrneas vara segn la poca del ao. Evidentemente, habr que disear la galera tomando como base el nivel mnimo estimado.El dimetro y la separacin de las perforaciones de la tubera de recoleccin se calculan para obtener una velocidad de entrada tal que se evite un arrastre de partculas finas desde el acufero hasta dicha tubera. Esta velocidad puede fijarse de 5 a 10 cm/s, logrando este valor en la mayora de los casos sin dificultad alguna. El tamao de la grava de envoltura es funcin de la granulometra del acufero y de las perforaciones de la tubera de recoleccin empleando normalmente piedra picada de a 1 de dimetro nominal cerca del acufero y tamaos ligeramente mayores cerca del tubo.La posicin de la galera en un ro puede ser transversal a la corriente o paralela a ella dentro o fuera del cauce, de acuerdo con la distribucin y la circulacin del agua fretica o sublvea, que se determinarn por la observacin de los pozos de exploracin.Localizacin.- Se pueden construir paralelas o perpendiculares a la corriente, lo primero es lo ms recomendable, debindose hacer la construccin en el estiaje( figuras 2.22, 2.23, 2.24, 2.25 y 2.26).Galeras construidas por medio de tubos.-En la captacin de agua por medio de galeras filtrantes se utilizaron varios aos perforadas con dimetro menor a 45 cm.El uso de tubos de concreto obligada a tener grandes dimetros y longitudes importantes de galera que encarecera mucho la obra; adems, el manejo de los tubos de concreto simple perforados tena que ser muy cuidadoso.Las galeras filtrantes se emplean tambin en la captacin de manantiales cuando se presentan en las laderas o cuando afloran en una superficie y no en un punto definido ( figuras 2.21e , 2.21.f y 2.21.g).Hidrulica de las galeras.-Las formulas tericas que se han desarrollado para l calculo de los gastos que se pueden captar con una galera filtrante estn basados fundamentalmente en la Ley de filtracin de Darcy, y en las teoras sobre el escurrimiento del agua en medios permeables, homogneos e isotrpicos.Tambin el diseo de la galera se puede hacer como sigue: conocido el gasto requerido, se elige un dimetro en los catlogos de tubera de acero ranurada por ademe, de preferencia la de tipo concha, con ranuras de 4.78 a 6.35 mm, obteniendo el rea de infiltracin requerida, dividiendo el gasto entre la velocidad de entrada del agua a travs de las ranuras, considerando un valor de 1.0 cm/seg. La longitud de la tubera se obtendr dividiendo el rea obtenida entre el rea de infiltracin por metro, del dimetro considerado.PLANTA GALERIA FILTRANTE HORIZONTAL(CON CAJA COLECTORA)

(Fig. 2.21 f)GALERIA FILTRANTE HORIZONTAL CON CAJA COLECTORA

(Fig 2.21 g) Perfil caja colectora con galera filtrante horizontalPLANTA DE LAGALERAHORIZONTAL Y MURO DECONTENCINESC:1:50

(Fig 2.21 e)GALERAFILTRANTE

(Fig 2.21 h) Planta y Perfil Galera Filtrante HorizontalLa tubera de la galera va unida al crcamo de bombeo para fijar la localizacin, profundidad y caractersticas de la galera se efectuar previamente pruebas de campo, haciendo perforacionesde exploracin con profundidades de 4 a 8 m., espaciados de 5.00 a 10.00 m. en el eje probablede la galera.Una galera de infiltracin consiste en un tubo perforado o ranurado , rodeando de una capa de grava o piedra triturada graduada instalada en el acufero superficial, o en el caso de captacin indirecta de aguas superficiales, en el estrato permeable que se comunica con dichas aguas.En los extremos aguas arriba de la galera y a una 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 distribucin (Fig. 2.22). El tubo de recoleccin usualmente es de concreto o de fibrocemento. Su dimetro es funcin del gasto, siendo el mas recomendable del orden de 200 250 mm.

(Fig. 2.22) Detalle de una Galera de infiltracinLa galera de infiltracin se orienta con la direccin predominante del flujo subterrneo. Cuando la velocidad de un ri es pequea y existen extractos de alta permeabilidad que se conectan, la galera normalmente se instala paralela al eje del mismo. En este caso, la direccin del flujo subterrneo principalmente es desde el ro hacia la galera, aunque desde el lado opuesto de la misma tambin penetrar el agua, ya que el ro y la instalacin de la galera ser anloga(Fig. 2.23 y 2.24).

Fig. 2.23 Galera de infiltracin con flujo del ro hacia la galera

Fig. 2.24 Galera de infiltracin con flujo del acufero al ro y la galera.En caso de cursos rpidos y extractos de baja permeabilidad, ser necesario investigar la direccin del flujo subterrneo, a fin de interceptar el paso del mismo con la galera de infiltracin. Normalmente, unos ramales perpendiculares al eje del ro dan los resultados deseados(Fig. 2.25).Cuando no existen extractos permeables con la excepcin de unos bancos de arena o grava depositados por el ro en un lecho limitado la galera se instala por debajo del ro, normal a su eje. La misma solucin se emplea cuando el acufero es de muy baja permeabilidad.(Fig. 2.26).

Fig. 2.25 Galera de infiltracin en extractos poco permeables

Fig. 2.26 Galera de infiltracin bajo el lecho de un riEJEMPLO 1.-Como una idea inicial para el proyecto de una galera filtrante sin tener todava las caractersticas del terreno, se reconoce ste como una mezcla de arena fina y sedimentos. Se desea saber la longitud de la galera para extrae un gasto de 5 lts./seg. La aportacin a la galera ser por ambos lados segn se observa por su ubicacin y condiciones geohidrolgicas ; por tanto:Q = 2 (1/2 KH2 h2)LSi se excava bajo el nivel esttico 2 m y el tubo de captacin es de 30 cm de dimetro , entonces:

H = 2 m; h= 0.20 mSupngase que;L = 10 mK = 8.64 m/daq = 8.644 0.0410q = 3.42 m3/da mQ = 5 lts/segQ = 5 ( 60X 60 X 24 horas) / 1000 = 432 m3/dia/ mQ = 432 m3/daL =432 m3/da3.24 m3/da mL = 126 m.EJEMPLO 2.-Clculo de la Galera filtrante horizontal.Q = 20 l./seg.V = Velocidad del agua a travs de los orificios.V = 1 cm./seg.d = Dimetro de la tubera.d = 20 cm.Los dimetros de los agujeros vara de 2.5 a 5.0 cm., con una separacin de 15 a 25 cm.D = Dimetro del agujero.D = 3.0 cm.A = rea de cada agujero.A = 0.785 D2A = 0.785 ( 3.0)2 = 7.07 cm2.Tomaremos una separacin de 15 cm. entre agujeros.Numero de agujeros = 100 cm/ 15 cm = 6.66 = 7 agujerosNmero de hileras = semi permetro /2S = D /2S = ( 3.1416 X 0.20 ) / 2 X 0.15) = 2.09 = 3Nmero de agujeros por metro = 7 agujeros x 3 = 21 agujeros.At = Area total.At = 7.07 x 21 = 148 cm/ml.Ai = rea de infiltracin.Para determinar la longitud de la tubera:rea de infiltracin: rea total de un orificio / metro por longitud.EJEMPLO No. 3.-Calculo de la longitud de una galera filtrante horizontal.Q = 7.94 l/seg.V = Velocidad del agua a travs de las fisuras = 1 cm./seg.d = Dimetro de la tubera = 20 cm.D = Dimetro de los agujeros ( 2.5 5.0 cm. ) = 3 cm.S = Separacin entre agujeros ( 15- 25 cm. ) = 15 cm.Ao = rea de agujeros = 0.785 d = 0.785 ( 3 ) = 7.07 cmNo. de agujeros / m. = 100 cm. / 15 cm. = 6.66 7 agujeros.Nmero de hileros = semi-permetro = D/2S = ( 3.1416 x 0.20 ) / 2 x 0.15 ) = 2.09 = 3.0No. de agujeros por metro = 7 x 3 hiladas = 21 agujeros/ ml.At = rea total de los agujeros .At = 7.07 cm. x 21 = 148 cm. / ml.Ai = rea de infiltracin.Se usar tubera de concreto simple ranurada con una longitud de 54 ml. y con un dimetro de 20 cm. orificio de 3 cm. de dimetro, separada 15 cm.POZOS RANNEY O POZOS COLECTORES HORIZONTALES.Estos pozos radiales, consisten en un pozo central armado, de un dimetro inferior mnimo de 4.00 m con paredes de 0.45 m. cuyo fondo est cerrado con una solera fuerte de concreto armado( figura 2.27.a ).A 1.20 m. del fondo del pozo y en orificios previamente dejados en las paredes del mismo, se introducen horizontalmente unos tubos perforados con longitudes de 30 a 80 m, estos tubo se introducen con ayuda de gastos hidrulicos. Los tubos llevan los siguientes accesorios (figura 2.27):- Una punta de acero en la extremidad externa, que facilitan su penetracin en el terreno.- Unos anillos que sirven de gua al tubo y un cople o manguito impermeable.- La extremidad interior de cada tubo est provista de una compuerta plana que acciona desde la casa de mquina, emplazada sobre el pozo central.Estos pozos estn fundados en los principios siguientes:- Filtracin de una gran superficie de capa acufera- Extraccin artificial de la arena de la misma capa acufera.- Control del gasto del pozo cerrando los tubos convenientes.- Impermeabilidad de las paredes del pozo, pues acta como crcamo o recolector de las aguas sublveas.La velocidad del paso del agua por los agujeros debe estar entre 6 y 12 mm, por segundo y en el tubo mismo de 1 a 2 m, por segundo.La zona de captacin que se forma alrededor de cada tubo en servicio tiene una anchura comprendida entre 1.50 y 2.50 m, segn sea la composicin de la capa filtrante sublvea.La capacidad de captacin en rgimen normal de servicio la da la frmula:Q = 2 T r h ( K/15 )2En la que:Q = GASTO EN M3 POR SEGUNDOR = radio del pozo en m.H = Altura del agua sobre la solera en rgimen normal.K = Coeficiente de permeabilidad en m/s.El gasto pues, depende del radio r y de la altura h y como poco se puede hacer para aumentar dicha altura, debe actuarse sobre el radio, que puede ser grande.Al ser la velocidad de infiltracin en estos pozos hasta 30 veces inferior a la de los ordinarios ( 0.1 mm. Contra 3 mm por segundo) el arrastre de arenas y elementos finos es menor y se reduce el peligro de asolvamiento de los tubos. Para regular esta velocidad de infiltracin se maniobran las compuestas.El rendimiento hidrulico de la capa acufera llega en estos pozos a 70 0 90 % contra 25 a 30 % de un pozo ordinario, pudiendo llegar, en capas freticas, de 200 a 400 litros/ segundo.Si los pozos estn prximo a un ro, pueden dar de 750 a 1,150 litros/seg.POZO RANNEY

(Fig. 2.27 a)2.4.5.SISTEMA DE PUYONES.Tambin se puede captar el agua fretica por un sistema llamado de puyones, cuando el medio permeable es arenoso y superficial.Este sistema consiste en hincar en el terreno una serie de tubos de pequeos dimetros ( 1 a 2 ) y de 4 o 5 metros de longitud( figura2.28 ) .Estos tubos se perforan y se hincan a distancias que fluctan entre 30 y 60 m. una de otra y se conectan todos a un tubo mltiple principal, que a su vez est conectado a una bomba centrfuga. Con ste sistema se captan pequeas cantidades de agua, pues cada puyn en stas condiciones capta ms de 1 lts./seg. su empleo en nuestro medio depende de las caractersticas del suelo y del nivel fretico.La tubera de la galera quedar unido al crcamo de bombeo.Para fijar la localizacin. Profundidad y caractersticas de la galera se efectuarn previamente pruebas de campo, haciendo perforaciones de exploracin con profundidad de 4 a 8 m. espaciadas de 5 a 10 m. en el eje probable de la galera.SISTEMA DE PUYONES

(Figura 2. 28).- captacin de aguas freticas por medio del sistema de PuyonesPOZOS PROFUNDOS. QUE ES UN POZO DE AGUA?Es una perforacin forrada o encamisada que intercepta las corrientes o acumulaciones de aguas subterrneas con el fin de extraerlas.Ya hemos visto que al agua artesiana est a presin diferente de la atmosfrica por estar confinada entre dos capas de terreno impermeable.De las aguas subterrneas, sta es la fuente que ms agua proporciona y a la que se recurre cuando se abastece a poblaciones de fuerte concentracin demogrfica.Un pozo artesiano es aquel en el que el agua se eleva por encima del nivel en que se encuentra el acufero, debido a la presin del agua aprisionada en el acufero(Figura 2.29)

2.29 Esquema de pozos artesianosHaciendo referencia a la(Fig.2.30 y 2.31), los componentes de los pozos son:a).-Ademe. Es una tubera, generalmente de acero, colocada con holgura dentro de la perforacin. Proporciona una conexin directa entre la superficie y el acufero y sella el pozo de las aguas indeseables superficiales o poco profundas. Adems, soporta las paredes del agujero de perforacin.b).- Cedazo, filtro o ademe ranurado. El cedazo es un tubo ranurado colocado al interior del ademe, que tiene las siguientes funciones:Estabilizar las paredes de la perforacin.Mantener la arena fuera del pozo.Facilitar la entrada de agua al interior del pozo.Los cedazos se fabrican en tubo de diferentes metales con proteccin o sin ella, en aleaciones de plstico, concreto, fibrocemento o fibra de vidrio.Los ms econmicos y comnmente usados, son los fabricados en tubo de acero con bajo contenido de carbn.Si las ranuras o perforaciones del cedazo no son de la dimensin precisa para el acufero, los pozos bombearn arena.El cedazo del pozo es particularmente susceptible al ataque corrosivo y a la incrustacin por depsito de minerales debido a la gran cantidad de arena expuesta que representa el medio poroso donde se localiza.Adems, el agua que lo atraviesa constantemente puede traer slidos dispuestos que reaccionen con el material del cedazo o entre s.c).- Empaque de grava . Las funciones principales del empaque de grava son:Estabilizar el acufero y minimizar el bombeo de arena.Permitir el uso del cedazo con la mayor rea abierta posible.Proporcionar una zona anular de alta permeabilidad, aumentando el radio efectivo del pozo y su gasto de explotacin.El sitio elegido para la perforacin estar de acuerdo con los estudios geohidrolgicos y/o geofsicos.El proyecto de entubamiento depender del corte geolgico del pozo ya perforado y del registro elctrico que nos dar la profundidad del acufero.El dimetro del ademe estar en funcin del dimetro de los tazones del equipo de bombeo que asegure el gasto de explotacin ( Figura 2.31).

Fig. 2.30 Algunos tipos de pozos1. Sello sanitario, generalmente con tubos de PVC. De 8 hasta 122. Dimetro del pozo de 6 hasta 123. Tubo PVC encamisado de la bomba de 5 hasta 104. Filtro hecho con gravas de ri no 2 35. Ranuras6. Nivel esttico del agua7. Bomba sumergible8. Electrodo de seguridad9. Cable de Bomba10. Tanquilla de proteccin de la bomba11. Tablero electrnico de seguridad de la bomba.

figura 2.31.- Corte esquemtico de un pozo profundoPASOS A SEGUIR EN LA LOCALIZACIN DE UNA FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE.1).- Se visita la poblacin y se platica con las autoridades que saben del problema del agua potable.2).- Tcnicamente se estudia el tipo de fuente que ms convenga para la poblacin.3).- Con estos datos se elabora el estudio geohidrolgico de la zona, para tener un documento que ampare la fuente que se propone.4).- Las fuentes pueden ser:- Galeras filtrantes ya sean: Vertical, horizontal o combinadas.- Manantiales.- Pozos profundos.Dentro de los tipos de fuentes la ms difcil y la que requiere de un conocimiento Tcnico-Cientfico, es la perforacin de pozos profundos.