I N G . M A N U E L A N T O N I O M A C H A D O D I E Z

INGENIERÍA SANITARIA

SESIÓN 07 - 08

Sesión 07

• Determinación del rendimiento de los pozos.

Permeabilidad, transmisibilidad.

Sesión 08

• Captación de agua subterránea: manantiales, diseño de

captación de manantiales, galerías filtrantes , pozos.

Diseño de pozos y método constructivo.

DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE LOS POZOS

• La prueba de bombeo

• tiene dos objetivos principales:

• El primero es determinar las características hidráulicas de los acuíferos. Este tipo de pruebas estudian al acuífero mismo y al pozo, más no a la bomba, son llamadas también pruebas de acuífero. Cuando se planifican y llevan a cabo correctamente estas pruebas pueden proporcionar información básica para la solución de problemas locales y aún regionales sobre el flujo del agua subterránea.

• El segundo objetivo es proporcionar los datos necesarios para determinar la capacidad específica o la relación caudal-abatimiento, para seleccionar el equipo de bombeo adecuado. Dicha definición deberá basarse además de los resultados de esta prueba de bombeo (aforo) en las características físico-químicas de las aguas extraídas.

• La metodología para realizar una prueba de bombeo consiste en bombear un pozo que esté perforado en el acuífero que se desea estudiar, durante un cierto tiempo, a un determinado caudal y medir la evolución del nivel piezométrico debida al bombeo, tanto en el mismo pozo de bombeo como en piezómetros y pozos cercanos (pozos de observación).

• A partir del Comportamiento de los abatimientos de los niveles, la distancia entre los pozos de observación y el pozo bombeado y el caudal de bombeo, se puede obtener información sobre las características del acuífero, como son: su conductividad hidráulica, coeficiente de almacenamiento, existencia de barreras impermeables cercanas, asi como de recarga y definir y confirmar el tipo de respuesta hidráulica del, acuífero (p.ej. semiconfinado).

• No es conveniente fijar una duración para todas las pruebas de bombeo, esta

debe fijarse de acuerdo a los objetivos perseguidos, al análisis de la información

recopilada, a la distancia a la que se encuentran los pozos de observación y a

los datos obtenidos durante la prueba. Adicionalmente, el tiempo de bombeo

depende del tipo de acuífero, grado de exactitud deseada para evaluar sus

características hidráulicas y condiciones propias del pozo de extracción, es

deseable que el bombeo se prolongue hasta alcanzar condiciones de flujo

permanente.

• En las pruebas de bombeo que se programan para determinar las características

hidráulicas del acuífero con pozos de observación adecuadamente ubicados, en

la mayoría de los casos son suficientes 24 horas de bombeo. Si lo que se

pretende es analizar los efectos de una barrera impermeable o se trata de un

acuífero semiconfinado, la duración puede alargarse hasta unos seis días,

dependiendo de la distancia a que se encuentren las barreras del pozo de

bombeo y de la velocidad de propagación del cono de abatimiento

Duración de la prueba de bombeo

PERMEABILIDAD (K)

• Un estrato geológico, con cierto grado de porosidad, podrá contener

eventualmente agua en su interior, pero si los espacios vacíos o

intersticios no están interconectados, esta agua no circulara. Esta

propiedad de las rocas de permitir o no el flujo del agua es lo que se

llama permeabilidad.

• Esta permeabilidad o libertad de movimiento del agua a través de un

material poroso, depende de tamaño de las partículas, forma de

partículas, gradación del material y viscosidad.

• Se define el coeficiente de permeabilidad o permeabilidad de un

material, como el volumen de agua que pasa en la unidad de tiempo,

a través de una sección de acuífero de área unitaria (1 m2), cuando el

gradiente hidráulico es unitario y en condiciones de temperatura de

60°F (15°C)

• La permeabilidad tiene dimensiones de velocidad m/día o m3/día/m2

FORMA PRACTICA PARA CALCULAR LA PERMEABILIDAD

• Para su determinación, en forma practica, se indica a continuación los

materiales y procedimientos siguientes:

- Una lata con capacidad de 1,5 litros o más, sin tapa ni base

- Un martillo

- Una tabla de madera

- Una regla

- Un balde, un frasco o una botella para colocar de 1 a 2 litros de agua

- Un reloj

- Un trozo de 10 cm de cinta adhesiva o cinta aisladora

- Un lápiz y papel o una computadora portátil para anotar tus

observaciones y los resultados.

• Con estos materiales se procede a realizar la prueba para la

determinación dela permeabilidad de la manera siguiente:

• Primero describir la zona, donde se realizara a prueba, teniendo en

consideración: La ubicación (si es una pradera, rivera de un río y

otras), la cobertura vegetal existente en la zona (pastos, musgos,

hojas secas y otras) y la condición del suelo (seco, húmedo, arenoso,

granulado, suelto, arcilla dura y otras).

• Colocar la lata en el suelo y luego encima de la misma, poner el trozo

de madera, con el fin de procede a golpear con un martillo para la lata

se hunda en le suelo entre unos 5 a 10 centímetros .

• Colocar un trozo de cinta en la parte interna de la lata, cerca del borde superior, en forma paralela (Esta será la marca d nivel de agua).

• Medir la distancia que existe entre la parte inferior de la cinta hasta el suelo y anótala.

• Vierta el agua dentro de la lata hasta que llegue al borde inferior de la cinta, que se encuentra ubicada en el interior del recipiente.

• Proceda a registrar el tiempo, que demora el agua en ingresar al suelo, en forma tabular que permita tener los pares de valores de las variables tiempo y distancia.

• Si el agua es absorbida durante el curso del experimento, llena la lata nuevamente de inmediato hasta la marca de la cinta. Las mediciones que hagas a partir de este momento deberán anotarse como la distancia total desde el suelo hasta la cinta más la distancia que hay desde el nivel del agua hasta la cinta.

• Si tienes que llenar nuevamente la lata, asegúrate de agregar la distancia que hay desde el suelo a la cinta en tus mediciones nuevamente.

• Divide la cantidad de agua absorbida en una hora por 60 para obtener la permeabilidad en centímetros por minuto en una hora.

TRANSMISIBILIDAD (T)

• Es una medida de la capacidad de un acuífero para

conducir agua o transmitir agua, definiéndose como el

volumen de agua que pasa por unidad de tiempo, a través

de una franja vertical de acuífero de ancho unitario,

extendida en todo el espesor saturado, cuando el gradiente

hidráulico es unitario y a una temperatura de 15°C.

• La transmisibilidad es el producto de la conductividad

hidráulica y el espesor saturado del acuífero:

T = m * K

T —> Transmisibilidad

m —> Espesor saturado del acuífero

K —> Permeabilidad

SISTEMA PARA AGUA SUBTERRANEA

MANANTIALES

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.

• Los manantiales se clasifican por su ubicación y su afloramiento. Por su ubicación son de ladera o de fondo; y por su afloramiento son de tipo concentrado o difuso.

• 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.

• 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.

CONSTRUCCIÓN DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL DE LADERA.

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.

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.

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.

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.

Ubicación

• Serán ubicados lo más cercano posible a los

afloramientos (manantiales de ladera) o sobre ellas

(manantiales de fondo).

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.

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.

Sellados:

• Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y

compactadas, si fuera necesario selladas con concreto

pobre.

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

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 utilizarse; y la

segunda, a una cámara seca que sirve para proteger la

válvula de salida.

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.

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.

Ubicación

• Serán ubicados lo más cercano posible a los

afloramientos (manantiales de ladera) o sobre ellas

(manantiales de fondo).

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.

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.

Sellados:

• Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y

compactadas, si fuera necesario selladas con concreto

pobre.

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.

SISTEMA DE AGUA POTABLE POR

GRAVEDAD SIN TRATAMIENTO

• Es el sistema que aprovecha las presiones generadas

por la diferencia de niveles desde la captación hasta el

reservorio y la red de distribución y no necesita una

planta de tratamiento. La energía utilizada para el

desplazamiento es la energía potencial que tiene el

agua en virtud de su altura. La fuente de agua para el

abastecimiento es subterránea.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE

POR GRAVEDAD SIN

TRATAMIENTO.

• Captación de manante.- Es la estructura construida

para captar las aguas que afloran en el manante.

• Línea de conducción.- Es la tubería que conduce el

agua desde la captación hasta el reservorio.

• Reservorio apoyado.- Es la estructura donde se

almacena el agua captada y además sirve para la

regulación del caudal, así como para el clorado del

agua.

• Red de distribución.- Es la red compuesta por tuberías

que distribuyen el agua a los diferentes sectores de la

población.

SISTEMA DE AGUA POTABLE POR BOMBEO SIN TRATAMIENTO

• Es el sistema que necesita elevar el agua hasta un

punto alto (reservorio) a través de una bomba, ya que la

fuente de agua se encuentra en niveles bajos y no se

lograría tener las presiones necesarias para un buen

funcionamiento hidráulico de la red de distribución; no

necesita una planta de tratamiento, por utilizarse agua

subterránea.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE

POR BOMBEO SIN

TRATAMIENTO.

• Captación.- Es la estructura construida para captar las

aguas que afloran de una fuente subterránea.

• Tanque cisterna.- Es la estructura construida para

recepcionar las aguas captadas y de donde se

bombeará hacia el reservorio.

• Caseta de bombeo.- Es la caseta construida en el

tanque cisterna donde se instala el equipo

electromecánico que impulsará el agua del tanque hacia

el reservorio.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE

POR BOMBEO SIN

TRATAMIENTO.

• Línea de impulsión.- Es la tubería que conduce el agua

desde el tanque cisterna hasta el reservorio.

• Reservorio apoyado.- Es la estructura donde se

almacena el agua captada y además sirve de regulación

del caudal, así como para el clorado del agua.

• Red de distribución.- Es la red compuesta por tuberías

que distribuyen el agua a los diferentes sectores de la

población.

CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRANEA

GALERÍAS F I L TRANTES

GALERÍAS FILTRANTES

• La galería filtrante o galería de captación es una galería subterránea construida para alcanzar un acuífero cuya estructura permeable esta diseñada con la finalidad de captar las aguas subterráneas. A diferencia de los pozos, que se construyen con la misma finalidad, la galería filtrante es aproximadamente horizontal.

• La galería puede terminar en una cámara de captación donde generalmente se instalan las bombas hidráulicas para extraer el agua acumulada. En otros casos, la galería puede tener una finalidad mixta de captación y conducción, prolongándose directamente o mediante obras auxiliares (acueductos, canalizaciones) hasta el lugar donde se va a aprovechar el agua (por ejemplo, una fuente).

• Según características constructivas.

a) Galerías propiamente dichas.

b) Zanjas o trincheras.

c) Drenes.

d) Captaciones mixtas.

• Según características del acuífero.

a) Patrón de flujo.

b) Régimen de escurrimiento.

CLASIFICACIÓN DE LAS GALERÍAS

Galerías propiamente dichas:

• Son excavaciones horizontales que se inician con un emboquillado o boca de entrada, desde donde se procede a excavar la galería propiamente dicha. La parte inferior de la galería se encuentra ubicada por debajo del nivel de agua en la zona de saturación, y la parte superior en la zona húmeda. La sección transversal tiene dimensiones suficientes como para permitir el desplazamiento de los equipos y de las personas encargadas de su construcción.

• Usualmente las secciones son de 1,80 x 0,80 m, con pendientes del piso comprendidas entre uno y diez por mil. Para facilitar los trabajos, deben excavarse pozos de ventilación cada 40 o 100 m a fin de ventilar la galería y para retirar los materiales provenientes de la excavación.

Zanjas o trincheras: están compuestas por excavaciones a cielo abierto,

utilizadas fundamentalmente cuando el agua subterránea está muy próxima a

la superficie del suelo y no se requieren provocar grandes descensos del nivel

freático.

Normalmente, las profundidades no exceden los seis metros. Este tipo de

obra está expuesta a problemas de crecimiento de algas, erosión, obstrucción

por vegetación o contaminación superficial.

Drenes: Están compuestos por perforaciones horizontales o excavaciones de

zanja en cuyo interior o fondo se instalan tuberías perforadas o ranuradas

conocidas como drenes. Estos drenes se instalan en la zona húmeda del

acuífero y se encuentran cubiertos con material seleccionado para garantizar

un adecuado rendimiento. En el caso del tipo zanja, el relleno se efectúa con

el material proveniente de la excavación y se concluye con el sellado de la

superficie para minimizar la contaminación del agua por infiltración de las

aguas superficiales. Normalmente, los diámetros de los drenes son mayores

a 200 mm, con pendientes que fluctúan entre uno y cinco por mil.

Dependiendo de la longitud de los drenes y del número de ellos, se instalan

buzones de reunión.

Captaciones mixtas: • Las galerías propiamente dichas y los drenes pueden combinarse con las

captaciones verticales, dando como resultado captaciones del tipo mixto

representadas por los pozos radiales, que se ejecutan cuando el nivel de

las aguas subterráneas se encuentra a mucha profundidad y hace

económicamente inviable la construcción de cualquier otro tipo de galería.

• La obra consiste en la construcción de un pozo vertical que se prolonga

hasta llegar al nivel freático, desde donde se inicia la construcción de uno o

más emboquillados o bocas de entrada, mayormente en sentido

perpendicular a la dirección del flujo de las aguas subterráneas.

• En el caso de las galerías propiamente dichas, las secciones y pendientes

son similares a las señaladas anteriormente y si la longitud de cada ramal

es mayor a 50 m, es conveniente la construcción de pozos para ventilación

y para la extracción del material de excavación cada 50m.

LAS GALERÍAS PROPIAMENTE DICHAS

LOS DRENES

CAPTACIÓN MIXTAS:

(POZOS EXCAVADOS CON DRENES RADIALES)

Galería filtrante

ubicada en la

ciudad de Puebla-

México, data de

mediados del siglo

XIX, y tiene más de

3 km de longitud y

unos 15 metros de

profundidad

Galerías filtrantes, obra

portentosa de ingeniería

hidráulica, construidos por los

antiguos Nazcas no tienen

antecedentes en el Perú y

América, sólo se comparan

con los famosos Qanats

construidos por los persas; y

que hasta la fecha todavía son

usados, fueron hechos para

proveer de agua a la población

y para la irrigación de sus

campos de cultivo.

CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRANEA

POZOS

POZOS

• Un pozo, es una obra compleja, que se proyecta y se construye para obtener agua subterránea de un acuífero, con el objetivo de satisfacer una demanda determinada.

• La vida útil de un pozo puede ser de décadas, y una vez agotada se debe proceder al abandono del pozo mediante el sellado.

• Es un agujero, excavación o túnel vertical que perfora la tierra, hasta una profundidad suficiente para alcanzar lo que se busca, sea una reserva de agua subterránea del nivel freático o fluidos como el petróleo. Generalmente de forma cilíndrica, se suele tomar la precaución de asegurar sus paredes con ladrillo, piedra, cemento o madera, para evitar su de-terioro y derrumbe

POZOS.

Pozos verticales

Abiertos, excavados o brocales: Son pozos someros de

construcción manual o ligeramente mecanizada y con diámetros

relativamente grandes (> 1m). Es posible excavar hasta alcanzar el

nivel freático

Perforados o tubulares: Son los pozos más utilizados para

captación de agua subterránea, se los conoce también como pozos

semisurgentes. Son generalmente de diámetro reducido de 6 a 12

pulgadas de diámetro, su construcción se realiza mediante el empleo

de maquinas perforadoras con diferente sistema de acuerdo al

material del acuífero a atravesar

POZOS.

• Métodos de perforación:

Los métodos de perforación de pozos más utilizados en la actualidad

son el método de percusión con cable, rotación y rotopercusión. La

elección de cada uno de ellos se define en función del tipo de material

a atravesar (geología del área), del caudal requerido en función de la

demanda a satisfacer, de la profundidad del pozo y de los diámetros

de perforación y de las ventajas particulares de cada método

(facilidad y rapidez en la construcción del pozo, equipo requerido,

facilidad de penetración o mejor protección contra la contaminación,

etc).

CONSTRUCCIÓN Y DISEÑO DE CAPTACIÓN EN POZO.

PERF O RACIO N MANU AL