ESCUELA MILITAR DE INGENIERIAMcal. ANTONIO JOSE DE SUCRE BOLIVIA

Obras Hidrulicas IGALERIA FILTRANTE con tubera recolectorTRABAJO PRCTICO: #3GRUPO:#4INTEGRANTES:Corina Cspedes Gutirrez8463542LPIsis Prez Saavedra6940440LPKristhal Zapata Zelada6944072LPDOCENTE:Ing. Freddy Camacho CURSO:5 BFECHA:13 de Junio del 2013INDICE1. Introduccin1.1. Ventajas y desventajas de la construccin de una galera filtrante1.1.1 Ventajas1.1.2. Desventajas1.2. Condiciones para establecer una galera filtrante1.3. Trabajos preliminares 1.4. Informacin bsica 1.5. Reconocimiento de campo 1.6. Diseo de galeras filtrante 1.7. Galeras 1.8. Galeras en acuferos con recarga superficial1.8.1. Galera en acufero de gran espesor1.8.2. Galera en acufero de poco espesor1.9. Obra de toma para agua sub superficiales Galeras filtrantes1.9.1. Filtro1.9.2. Distribucin dimetro de barbacanas1.9.3 Galera filtrante tubera recolectora2.-Enunciado del problema3.-Memoria de clculo4.-Plano de planta de la galera filtrante5.-Plano de corte A-A de la galera filtrante6.- Tubera perforada7.-Detalle de la cmara de recoleccin de agua8.- Bibliografa

TRABAJO PRACTICO No3OBRAS HIDRAULICAS IDISEO DE UNA GALERIA FILTRANTE CON TUBERIA RECOLECTOR1.-INTRODUCCIONLa galera filtrante es un conducto casi horizontal permeable (semejante a un dren subterrneo), cerrado, enterrado, rodeado de un estrato filtrante, y adyacente a una fuente de recarga superficial que permite interceptar el flujo natural del agua sub superficial. La galera filtrante termina en una cmara de captacin donde el agua acumulada puede ser bombeada o derivada directamente por gravedad. La galera filtrante se puede ubicar en direccin perpendicular al flujo de las aguas subterrneas, pero en caso de que exista una recarga constante de una fuente superficial, podr optarse por una direccin paralela al mismo. Los objetivos de una galera filtrante son:Captar agua sublvea de los lechos de los cauces permanentes e intermitentes. Captar agua sub superficial de las laderas Extraer de los cauces agua libre de sedimentos. 1.1.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA CONSTRUCCIN DE UNA GALERA FILTRANTE1.1.2 Ventajasa) Son fciles de excavar e instalar. b) Permiten aprovechar los escurrimientos sub-superficiales o sublveos. c) Disponer de agua cuando el caudal de los ros es mnimo o nulo. 1.1.3 Desventajasa) Son vulnerables al azolvamiento si no se protegen contra inundaciones. b) Requieren una alta inversin inicial 1.2.- CONDICIONES PARA ESTABLECER UNA GALERA FILTRANTEEste tipo de obras de derivacin se establecen en sitios favorables para recibir la recarga de los ros y lagos y para facilitar el desplazamiento del agua. Los cuales corresponden a las zonas de depsitos aluviales con niveles piezomtricos prximos a la superficie y de alta porosidad efectiva. Los lugares ms convenientes para la construccin de galeras de filtracin -con el fin de evitar grandes excavaciones- son las mrgenes planas de los cursos y cuerpos de agua. Se debe buscar que el material que forma la zona de captacin, en el lecho del ro, tenga una granulometra que haga trabajar la galera como un filtro lento. Para minimizar la contaminacin de las aguas captadas por la galera, es recomendable ubicarla lo ms alejada posible de las fuentes de contaminacin tales como: lagunas de estabilizacin, filtros percoladores, letrinas, descargas industriales, etc. Asimismo, por cuestiones de seguridad, el lugar seleccionado para la construccin de la galera de filtracin no debe encontrarse expuesto a la accin erosiva de la corriente del agua en curso; ya que pondra en peligro al dren colector, adelgazando el espesor de la capa del suelo que la protege, as como la calidad del agua extrada por falta de un espesor mnimo para que la cubierta de suelo protectora funcione como filtro. Esto ltimo es muy importante, porque casi siempre la ribera de los ros est formada por gravas, arenas y limos no consolidados que ofrecen muy poca resistencia a la erosin. En cuanto a la distancia que debe existir entre la galera y la fuente de recarga superficial, puede considerarse como distancia mnima la que pueda recorrer la contaminacin bacteriana presente en el ro o lago. Normalmente, se utiliza la recomendacin de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS), con respecto a la distancia que debe existir entre una letrina y una fuente de agua subterrnea, que es no menor a 15 metros. La seleccin entre una galera que comprometa todo el espesor de un acufero o que slo aproveche la parte superior del mismo, depende: del espesor del acufero, de la permeabilidad del suelo, del equipo disponible para hacer la excavacin, de las condiciones naturales del rea disponible y, sobre todo, de la demanda de agua. En el caso de un acufero muy delgado, lo ms acertado sera colocar el dren en el fondo, de manera tal que se pueda extraer todo el caudal que escurre por l. En el caso de acuferos de mediano espesor, vale la pena analizar si es ms econmico efectuar una excavacin que comprometa todo el espesor del acufero o solamente la parte superior, lo que conducir a obtener un menor rendimiento por unidad de longitud de galera. 1.3. TRABAJOS PRELIMINARES Teniendo en cuenta que las galeras se construyen por debajo del nivel del suelo, ser indispensable realizar estudios geotcnicos destinados a determinar las caractersticas geomorfolgicas del lugar donde se tiene prevista la construccin de la galera. Una parte importante es el estudio geolgico de la zona para conocer la disposicin del material no consolidado en profundidad, as como sus caractersticas hidrogeolgicas, y las variaciones en el nivel de las aguas subterrneas a lo largo del ao, entre otros. En cuanto a la calidad del agua, si se contara con dos alternativas para ubicar la galera, tales como ubicarla en un acufero con escurrimiento propio o en las proximidades de la orilla de una masa de agua superficial, es preferible seleccionar la primera, por tener menor probabilidad de estar contaminada bacteriolgicamente; sin embargo, en cuanto a la confiabilidad de la captacin, es ms atractiva la segunda alternativa. 1.4. INFORMACIN BSICA La informacin necesaria para elaborar el diseo de una galera filtrante es: Plano topogrfico de la zona y perfiles transversales. Plano geolgico y perfil estratigrfico. Mapa de niveles de las aguas subterrneas y su variacin en el ao hidrolgico. Parmetros hidrogeolgicos determinados por ensayos de bombeo. Anlisis fsico-qumico y bacteriolgico del agua. 1.5. RECONOCIMIENTO DE CAMPO El reconocimiento de campo es un factor imprescindible que permite apreciar el relieve, el afloramiento de rocas, la proximidad de posibles focos de contaminacin, etc. De no ser suficiente la informacin disponible, ser necesaria la ejecucin de trabajos complementarios, tales como: perforaciones exploratorias, trabajos de topografa, ensayos de bombeo de pozos y anlisis fsico-qumico y bacteriolgico de muestras de agua, entre otros.1.6. DISEO DE GALERAS FILTRANTE Para el diseo de galeras de filtracin se dispone de varios mtodos de clculo: unos deducidos a partir de la ecuacin de Dupuit y otros identificados con el apellido del cientfico que lo desarroll. Considerando que el proyectista de pequeas obras de abastecimiento tiene que disear una galera de filtracin en base a su experiencia, y por lo general, sin contar con un estudio hidrogeolgico detallado, resulta una buena prctica realizar los clculos por medio de diferentes mtodos, variando los parmetros dentro de un rango razonable de magnitud, para luego seleccionar los resultados ms probables.Aunque el procedimiento no parece muy confiable, en muchos casos proporciona buenos resultados para el diseo. El procedimiento de emplear diferentes modelos en el diseo de la galera filtrante, permite al proyectista identificar los parmetros o factores de mayor influencia. Al efecto, en las formulaciones, es necesario tener en cuenta las caractersticas del acufero y las caractersticas del dren. Las caractersticas del acufero se identifican por los siguientes parmetros con sus respectivos smbolos y dimensiones: Conductividad hidrulica o permeabilidad: kf (m/s). Es la facilidad con la que un material permite el paso del agua a travs de l, y est representado por el volumen de agua que escurre a travs de un rea unitaria de un acufero bajo un gradiente unitario y por unidad de tiempo. Tambin se le conoce como coeficiente de permeabilidad Profundidad del acufero: H (m). Transmisividad T=kf*H (m2/s). Caudal a travs de una seccin de acufero de anchura unida bajo un gradiente hidrulico unitario. Se expresa como el producto de la conductividad hidrulica por el espesor de la porcin saturada de un acufero. Espesor dinmico del acufero en el punto de observacin: Hb (m). Espesor dinmico del acufero en la galera: Hd (m). Espesor del acufero medido entre el nivel de agua del dren de la galera y la cota inferior del acufero. Pendiente dinmica del acufero: i (m/m). Porosidad efectiva: S (adimensional). Permeabilidad de un medio poroso a un fluido que ocupa solo una parte del espacio poroso, estando el resto ocupado por otros fluidos. Es una funcin de la saturacin. Radio de influencia del abatimiento: R (m). Distancia entre la galera y el pozo de observacin: L (m). Distancia entre la galera y el punto de recarga: D (m). En lo que respecta a la galera de filtracin, sus principales caractersticas fsicas, con sus respectivos smbolos y dimensiones son: Radio del dren: r (m). Tiempo de extraccin del agua de la galera: t (s). Abatimiento de la napa de agua a la altura de la galera: s (m). Mnimo tirante de agua encima del lecho del curso o cuerpo de agua superficial: a (m). Profundidad del estrato impermeable con respecto a la ubicacin del dren: b (m). Profundidad de ubicacin del dren con respecto al fondo del curso o cuerpo de agua superficial: z (m). Carga de la columna de agua sobre el dren: pd (m). Adicionalmente, se tiene el caudal de explotacin de la galera de filtracin y que puede ser: Caudal unitario por longitud de dren: q (m3/s-m). Caudal unitario por rea superficial: q (m3/s-m2). La frmula presentada por Darcy en 1856 hizo posible el tratamiento matemtico del movimiento del agua subterrnea y Dupuit, aparentemente, fue el primero en aplicar este tipo de anlisis a la hidrulica de pozos, asumiendo la existencia de una isla circular asentada en una formacin de caractersticas homogneas y en cuyo centro se ubica el pozo.1.7. GALERAS Las galeras que comprometen la parte superior del acufero, consideran que la ubicacin del dren (por debajo del nivel natural de la napa de agua), en relacin con el espesor del acufero, es pequea.

Galera que compromete la parte superior del acufero con escurrimiento propio.1.8. GALERAS EN ACUFEROS CON RECARGA SUPERFICIAL

1.8.1. Galera en acufero de gran espesor Se puede considerar a un acufero de gran espesor, cuando la relacin profundidad del dren al estrato impermeable, versus profundidad de ubicacin al dren, es mayor o igual a 10.

Galera en acufero de gran espesor con recarga superficialLa experiencia ha demostrado que las galeras ubicadas en acuferos con recarga superficial, inicialmente producen el doble de agua que las galeras situadas adyacentes al cuerpo de agua, pero despus de un tiempo son afectadas por el rgimen de sedimentacin que altera el valor de la conductividad hidrulica.1.8.2. Galera en acufero de poco espesor Se considera a un acufero de poco espesor, cuando la relacin profundidad del dren al estrato impermeable, versus profundidad al dren, es menor a 10.

Galera en acufero de poco espesor con recarga superficial.

1.9. Obra de toma para agua sub superficiales Galeras filtrantes.

FILTROCOLECTORBarbacanNivel fretico

Los componentes de una galera filtrante son: Filtro Barbacanes Estructura o galera ColectorLas tareas principales imprevistas deben ser: Determinar mediante estudios de sondeo a que profundidad se encuentra el manto acufero. Luego se debe calcular la longitud mnima de la galera filtrante mediante la siguiente forma:

Dnde: Longitud de galera requerida para obtener el caudal deseado. Caudal de diseo Distancia desde el lecho del rio hasta el centro de la galera filtrante. Radio de la galera Coeficiente de permeabilidad promedio del acufero Altura mnima de agua sobre el lecho del rio.Ln: log. Neperiano1.9.1. Filtro El filtro es el elemento de suma importancia en el funcionamiento de la gal filtrante su funcin principal es la de impedir que el material fino del acufero llegue al interior del conducto pero sin ofrecer mucha resistencia a la filtracin para que aquello sea posible debe cumplirse la siguiente relacin

Dnde:=tamao de la abertura del tamiz por donde pasa 15% del material fino.= tamao de la abertura del tamiz por donde pasa el 85% del material del acufero a filtrar.1.9.2. Distribucin y dimetro de barbacanes.Para el diseo de las barbacanes se deben tomar en cuenta dos aspectos Que la perdida en la galera no sea notable Que el rea abierta permita la entrada del caudal estimado a una velocidad de entrada debe ser de 0,05- 0,10 m/s.El coeficiente de contratacin de entrada por abertura debe ser igual a Cc o,55

Dnde:Area abierta galera=caudal de diseo=velocidad de penetracin=coeficiente de contratacin1.9.3 Galera filtrante tubera recolectoraLas aguas superficiales generalmente escurren en las cargas de material sedimentario por material de arrastre de slidos en el lecho de los ros pero tambin existe infiltracin de las aguas del rio al terreno adyacente donde se disean las galeras filtrantes es corriente captar aguas, a travs de tuberas colectoras perforadas siguiendo el esquema.

La tubera debe ser resistente a la cohesin por lo que se utiliza tubera HoAo el dimetro de los orificios varia de 2.5cm a 5 cm dispuestos a 3 bolillo a una separacin de 15 a 25 cm.El rea total de los orificios debe calcularse fijando una velocidad mxima a travs de ellos entre 0,05 a 0,10 m/s el coeficiente de entrada Cc = 0,55 la tubera colectora debe ubicarse en el fondo de la zanja dimetro debe ser determinado en funcin a las caractersticas de escurrimiento de agua y del canal que se quiere captar en ningn caso menor 100mm.

2.-ENUNCIADO DEL PROBLEMADisear una toma de galera filtrante con una tubera recolectora construida en la zona del Rio Palcoma que se caracteriza por tener un coeficiente de permeabilidad igual a K= 0,28 el caudal de diseo es igual a Q = 115 y la profundidad a la que se encuentra el conducto respecto al nivel de agua es a=3,3m.3.-MEMORIA DE CLCULOa) Longitud de la tubera perforada

b) Calculo del nmero de orificios para la tubera perforada

c) Velocidad en la tubera colectora

4.-PLANO DE PLANTA DE LA GALERA FILTRANTE

5.-PLANO DE CORTE A-A DE LA GALERA FILTRANTE

6.- TUBERA PERFORADA

7.-DETALLE DE LA CMARA DE RECOLECCIN DE AGUA

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