\-

Captacin dc ogucts subterrneas

l0-1 Hechos y mitosEl descubrimiento y desarrollo de los suministros subterrneos de agua

es una empresa de ingeniera dirigida y deber ser ejecutada cn este sentido.En los captulos 1,2,6 y 9 se ha puntualizado que requiere un entendimientode los factores geolgicos, hidrolgicos e hidrulicos pertinentes. En contra delas creencias populares, Ias fuentes subterrneas de agua no pueden locali-zarse mediante varitas mgicas; ni el agua subterrnea es necesariamentesegura en su calidad o inagotable en su volumen.

La fe en la localizacin mgica de agua carece de fundamento cientfico.La vara, generalmente una horqueta con sus extremos libres dirigidos haciael buscador, es mantenida por l en delicado equilibrio. El menor mo-miento de sus muecas hace que la horqueta se incline hacia abajo. Lasaguas subterrneas no tienen conen alguna con esta maniobra de lahorqueta ni con el desorientado o desorientante buscador.

La fe incuestionable en la seguridad higinica del agua subterrnea estambin efmera. EI agua que proviene de los pasajes de solucin en lascalizLt y formaciones geolgicas relacionadas o de un rea de captacinpoluida cercana a las obras de extraccin del agra subterrnea, debe versecon sospecha. Para tener seguridad, las arena.li y otros suelos de grano finoo de rocas pueden ayudar a remover contrnrirantes y poluyentes de aguaspercolantes, siempre que stas searr forzadas a desplazarse a travs de es-pesores razonables de estructuras geolgicas de esta clase. Sin embargo,existen contaminantes

-nitratos y fluonrros en alta c

272 INGENIERA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALEScercana a la toma de las obras de captacin es el rea que debe Protegere.Tambin tienen cierto inters, las creencias falsas sobre la procedencia delas aguas subterrneas y la persistencia de su rendimiento. Es cierto que lasaguas subterrneas son transportadas en acuferos adecuados a grandes dis-tancias. l-a, calba de Dakota, mencionada en el cap. 9, es un ejemplo. Sinembargo, los volmenes de flujo estn limitados, estrictamente, al ea dela toma, es decir, a la extensin de su captacin y a Ia cantidad de precipi-tacin pluvial o de flujo de corrientes que alcance a las formaciones per-meables.l Tampoco asegura la profundidad, por si sola, la capacidad de

. lo que a menudo se ha llamado un suministro artesiano, cuando se perforanpozos en roca arqueana consistente. Ningn suministro subterrneo es inago-table. Un aprovechamiento sobrebombeado fallar, no importa dnde seencuentre situado; y un consumo en exceso, cercano al mar, permitir quese introduzca agua salada hacia un acufero sujeto a bombeo en exceso.

Finalmente, la buena administracin de los recursos subterrneos, re-quiere la definicin de un sistema de leyes, derechos e igualdad fcilmenteentendido y en vigor.

A cambio de las dificultades de esta clase, el suelo puede ofrecer unsuministro naturalmente ms puro, econmico y satisfactorio de agua delque puede abastecer la superficie de la tierra. Si se conservan las aguardisponibles si es necesario, se suplementan mediante una recarga adecuadaprocedente de recursos superficiales, pueden servir bien y por extensos Pe-rodos. Si no se administran con cuidado y precaucin, fallarn en cantidady se deteriorarn en calidad. En algunos lugares tendrn que ser aban-donadas.

l-l fin del presentc captulo es el de estudiar las caractersticas esencialesde construccin de los desarrollos de aguas subterrneas, la hidrulica aio-ciada con la extraccin de aguas subterrneas y los medios disponibles parael mantenimiento y cuidado rie las obras de captacin, as como para laconservacin de la fuente.

lO-2 Caractersticas comunes de las obras de captacinEl bombeo es la caracterstica esencial de la mayor parte de las obras

para aguas subterrneas. IJn funcionamiento satisfactorio requiere que laaltura de la succin, incluyendo las prdidas a la entrada y en las tuberas,se mantenga a menos de 25 pies (7.6 m). Cuando el nivel fretico se en-cuentra a mayores profundidades que sta, el tubo o ducto colector queconduce a la bomba, y la unidad misma de bombeo debern colocarse bajoel nivel del suelo, o los pozos debern dotarse individualmente con bombasde rozo profundo. Las galeras filtrantes conducen sus aguas por gravedada los pozos de bombeo; desde stos se eleva el agua a las obras de purifi-

r Las islas arenosas, tales como Nantucket y Mathia's Vineyard afuera de laplayas sur de Massachussr:ts y los cuellos de arena, tales cotno Cape Cod, no tienenentradas en los granitos tle las White Mountains de New Hampshire, distantes 200millas (322 km). En su lugar, Ias aguas dulces tomadas de sus arenas, proviencrrnicamente de la precipitacin pluvial local.

ceprecrN DE AcuAS susrnnru(Nnes 272,,1,:in o directamente a la comunidad. Es raravez posible el flujo por gra-r,'tlad, como el procedente de las fuentes de tierras altas. constituyen ex-, r'rsif los manantiales situados en la base de las montaas, los tneles,,lcctores perforados en las laderas de las colinas y los pozos artesianoslrr.tantes, que se encuentran situados a suficiente altura sobre Ia comunidad.l ,rs conductos de succin y de flujo por gravedad

-en particular los ductos(l(' succin- son vulnerables a polucin desde fuentes situadas en sus in-

l u:diaciones.Iil agua al ser extrada del suelo, desprende los gases quc pueda con-

tr'rer. Al hacerlo, debe pasarse a travs de un tanque scparador de aire, dclr ral se evacan por bombeo los gases liberados. AI mismo tiempo o subse-( rrcntemente, la arena u otros grnulos del suelo, introducidos al agua yl,rocedentes del acufero, tendrn que ser removidos. Realiza esto, porr lroque o por sedimentacin un separador de arena. Err esta forma sel)rotegen las bombas y las tuberas contra la abrasin.

La perforacin de pozos es un arte especializado, que se ha desarrollado:r lo largo de una o ms lneas regionales. En los Estados Unidos, general-,rcnte, se'da a los perforadores de pozos mucha libertad en la eleccin de,rr mtodo adecuado. Lo que ellos ejecutan, es la perforacin de pozos clerrr tamao especificado a un precio fijo por pie.. ordinarianrente, el inge-icro dedica su atencin, no tanto a la operacin de perforacin, como al:r propiedad, conveniencia y economa de los aprovechamientos propuestosl la localizacin de las obras. En adicin, se le llama para: 1) scleccionar

lrncionamiento desde Ias fuentes de polucin, tanto supelficialcs como:;r rbterrneas.

lrrrlr'

r'onstruyen generalmente slo donde el agua subterrnea tiene poca rro-f ,ndidad y el almacenamiento dentro del pozo compellsa las variaciones enr'[ gasto de bombeo. Donde la permeabilidad del suelo es dcmasiado bajaI)ltra mantener un solo pozo abastecido con suficiente agua, este pozo puedes,'r reemplazado por otros varios.

Pueden bombearse grupos de pozos poco profundos, si se conectan alrrcas de succin conducentes a una estacin comn de bombeo. para cluerrrr sistema de esta clase trabaie, deben permanecer sumergidos los coladores,1. Ios pozos, o fondos de las columnas, v las lneas de succin deben carecer,lr, Iugas de aire. La principal desventaja de este disei'ro es qre los pozos,lr'lrcn encontrarse normalmente situados tan cerca uno del otro (de 50 allr)0 pics entre centros) (15.1 a 61 m), que los conos de depresin o crculos

27+ INGENIERA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALES

de influencia se sobreponen demasiado, para tener una buena eficiencia.Solamente el agua que se ftltra a Ia superlicie del campo o la que fluyelateralmente hacia 1, es colectada. El bombeo de todo un camPo de pozoscercanamente situados puede ser menos productivo que el bombeo de ungrupo selecto de pozos adecuadarnente espaciados (sec. l0-9).

Los dimetros de los pozos debern dimensionarse de acuerdo con elabatimiento y el rendimiento. Sin embargo, los mtodos de perforacin ylos requerimientos de espacio para la maquinaria de bombeo gobiernan, enrealidad, ms frecuentcmente el tamao del pozo que las consideracioneshidrulicas. Los coladores o rejillas, as como las tuberas de elevacin, debe-rn ser suficientemente grandes para mantener las prdidas a la entrada yotras resistencias al flujo dentro de lmites razcnables a los gastos mximoscle bombeo. T,as vr:locidades en las tuberas cle elevacin se nantienen co-rnnmente a no ms de 2 6 3 pps (0.61 a 0.91 m/seg)-

Los mtodos de construccin dependcn primordialmente de la natura-lcza del suelo o roca que va a Penetrarsc. Los costos cle construccin varancon el tamao, profundidad y diseo, as como con el cquipo y experienci:rde los perforadores locales. Los diseiros mejoran y los costos disminuyenconformo se tiene en disponibilidad inforrnacin geolgica e hidrolgica re-gional. Los buenos registros de pozos proporcionan utilidad, si suministra:r:1) descripciones apropiadas de las formaciones encontradas; 2) vclocidadesde penetracin de las barrenas, y 3) cantidades de agua cxtrada, as comootra informacin pertinente. Al terminarse el pozo, el registro del perfora-dor puede complementarse: 1) por calibracin de las zonas cle cavaclo; 2)medicin de las concliciones del subsuelo por potcncialcs y resistividaderelctricas, y 3) determinando las porosidacles y el conteniclo de hrrmedarlmediante rayos gamma y de neutrones.

La int'rocluccin al diseo y opcracin de un sistcma ptimo es cuestinclc la profundidad, espaciamiento, di:imetro,'casto cle bombeo y otros ex-tremoide importancia, as como de la hidrologa c hiclrrlica cle la fuentc.

10-3 Construccin de pozosLos pozos se perforan generalmente en aleruna de las cuatro formas por

las que se distinguen.Pozos cavados. ls5 tozos cavados peclr-lcos sc abrcn a lllano general

mcltte. En terrcnos o suelos superficialcs, se lcs aderna Con maclt'ta, o sr'les reviste con ladrillo, piedra en bruto, concreto, o bien, se les recttbre colltubo vitrificado de barro o tubo de concreto dc gran dimetro. La excavit-cin se contina hasta que el agua fluye al interior con mayor rapidez

276 INCENIERA SANITARTA Y DE AGUAS RESIDUALES

Registro de entradacon barra de cierre

Suelo superficial

ee

2???772

-vY

o

oo

Grava o arenaaculfe ra

vFtou, d" entrada con? graua graduadaentre las reiillas

Concretoarmado

Fig. 10-1. Continuacin' b) Pozo de gran dimetro con bode cortante'

Pozos barrenados. Pueden barrenarse Pozos manualmente o por mediode barrenas mecnicas en suelos suficientmente coherentes (no derrum-fui"rl . sobre el nivel fretico, el suelo se mantiene normalmente en lat.r", la cual debe levanta,se d" ti"t"po en tiempo, para limpiarse' Bajoel nivel fretico, la arena puede ser arrastrada de la barrena; entonces di-Ulra r". ."rrroridu del pozo mediante un achicador o bomba de arena'Conforme el pozo ,r*""tt en profundidad, se agregan secciones de varillaul-,rrtugo de la barrena. se han empleado con xito barrenas hasta de 3(ipUl ii+.+ mm) de dimetro y los pozos se han ampliado hasta 48 pulii,ird.i -* pot rimado' Se inserta una cubierta de concreto' tubo

278

cirrcel, para roca dura. La punta pa1'a barrenar es algo ms larga que elrbol empleado para dar el espaciamiento de trabajo. EI material suelto esrcmovido mediante una cubeta sujeta a una lnca desarenadora. Cuando noexiste suficiente flujo natural hacia el pozo para la perforacin y baldeo,se agrega a,gua. En caso de derrumbe del pozo, deber insertarse un reves-timiento y continuarse la perforacin con una barrena menor.

Perforacin rotatoria. En perforacin rotatoria, se sujeta una puntade corte a una barrena de perforacin hueca, que se hace girar rpidamentemediante una mesa rotatoria operada a motor. Se bombea hacia aba1o, yasea agua o una suspensin de arcilla coloidal a travs del tubo de perfora-cin, que fluye por las aberturas de la barrena y transporta el materialdesprendido a la superficie. Las suspensiones de arcilla estn diseadas parareducir la prdida de fluido de perforacin hacia las formaciones perrnea-bles, lubricar el tubo rotatorio de perforacin, unir la pared para evitarderrurnbamientos y suspender los materiales cortados. Al perforar para ex-traer asua, Ia espesa arcilla barrenada pucde ser forzada hacia el interiordel acufero y reducir el flujo al pozo. Los nuevos mtodos de rimado ylavado han reducido grandemente las dificultades de csta clase. Donde elabastecimiento de agua es grande, la circulacin inuersa cvita las dificultadesde pavar sin sellar el acufero. Para este fin, se viertc agua Iimpia dentrodel anillo externo al tubo de perforacin, mientras que una bomba creasuccin clentro del tubo. Las velocidades altas de ascensin limpian el ma-terial grucso del hoyo del pozo.

Perforacin por percusin con circulacin inversa.2 En esta forma deperforar, una barrcna de percusin que se desliza sobre el exterior del tubode perforacin, rompe los guijarros encontrados. Los tubos de perforacinpueden tener hasta B pulg (204 mm) de dimetro. A travs de ellos seremueven fragmentos srandes de roca. Pueclen excavarsc con rapidez hoyoshasta dc 6 pies (1.82 m) de dimetro y 700 pies (213 m) de profundidaden rellenos de valles y otros materiales heterogneos no consolidados. Laadicin de

-arena al agua circulante reducir el agua requerida para com-pensar las prdidas hacia las formaciones que se estn perforando.

lO-4 Muro de grava y pozos colectoresEl rea de influencia de los pozos puede aumentarse mediante cl incre-

mento de su dimetro efectivo. Ilacen csto el rnuro cle crava y los pozoscolectores.

Como se muestra en Ia fig. 10-3, una cubierta de grava colocada porfuera cle la rejilla del pozo, crea un muro de grava y con 1, una mayorcubierta para la toma. Esto reduce Ia velocidad dcl agua que sale dclacufero y forma un filtro que rnantiene la arena fuera del pozo. En primcrlugar se perfora y se rima un hoyo del tamairo descado para el poz()

2 li,fatio lvfassareuti, Percussion-Revcrse Circulation Water-Well Drilling SystcnrDesigned and Developed in ltaly, Ground Water, J. Nat. Water Well Assoc.,2,'!,25 ( 1964).

INCENIERIA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALT,S

TCAPTACIN DE AGUAS susTBRRNE,es

Descarga de la bomba

TI

Cubierta de hierro colado

Suelo

Piso de la casa de bombas

resistente

Revestimiento de cemento

Tubo del flotador

279

Cubierta interna

Sobrecarga de grava

Bomba de turbina

Cubieta externa

Concreto en scos

Aculfero,arena gfuesa

y Srava

Arena fina

Limte de la excavacin

liH

Rejilla esmaltada de 60.96 cm

l0-3. Pozo

del pozo

Muro de grava

empacado con arena, dotado de bomba de turbina (Del Departa-mento de Sanilad de W ;consa.)

Re.jilla esmaltada de 45.12 cm

Placa de base

280

(24 pulg o ms) (61 cm o ms). A continuacin se comenta en su lugar unreveitimiento externo y se limpia el acufero antes de insertar una cubiertainterna ms pequea, que lleva ]a rejilla del pozo. Posteriormente, se ali-menta grava al anillo colocado entre ambas cubiertas. Un pistn operadocon rapidez hacia arriba y hacia abaio dentro de la cubierta, ayuda aCompactar la grava. Los pozos Con muro de grava pueden succionar arenainicialmente al ser puestos en operacin y tambin puede resbalar algo dearena hacia las partes circundantes; esta arena tendr que rePonerse dctiempo en tiempo.

Los pozos colectores extraern suministros relativamente grandes de aguasubterrnea cle rellenos de valles y otros depsitos aluviales de gran permea-bilictad y relacin cle recarga alta. La flecha central de los pozos colectoreses una caja de concreto de aproximadamente 15 pies (4.56 m) de dimetroy terminada bajo el nivel fretico en un grueso tapn de concreto. DesdtrLsta flecha, se extiendcn colectores radiales de 6 u B putg (152 o 203 mm)'de dimetro horizontal hacia Ia forrnacin acufera a travs de aberturacercanas al fondo cle la caja. Puede instalarse y desarrollarse una serie dtrtubos colectores en la misma forma que Ios pozos vcrticales orclinarios.

10-5 Cementacin y selladoEl tubo externo o cr.rbierta del pozo deber sellarse en su lugar niediantc

llenado del espacio anular entre la cubierta y el hoyo clel pozo con lechadrrde cemento o cualquicr otro material impermeable hasta el acufero o clnivel fretico. Esto corta el flujo clcscendente de aguas cercanas, evita l;terosin del hoyo, protegc a la cubierta contra corrosin exterior y demorala falla del pozo cuando la cubierta sc oxida.

T,a lechacla para sellado se prepara agregando de 4 a 6 gal ( t5 a 22'5It) de agua a cacla saco cle cemento dc 9.t lb (a2.6 kg). La lechada sr'bombea ms fcilmente si se agregan cal, arcilla, mica o liblas de celulos:r(u otros lubricantes). Aclems, sc piercle cntortces menos lechada a lnsformaciones sobre cl acufero. El recubrimiento es continuo. La inyeccirrres hacia el fondo clel nulo y desplaza agua y loclo de perforacin del espaci,,conforme la lechada sube hacia Ia superficie. El climetro clel hoyo deber;iser, cuando menos, de 4 pulg (102 mm) mayor clue el dimetro de l:rcubierta. T,os calibres clel pozo establecern las dimensiones baio el suelrrNormalmente las cubiertas se cementan en su lugar antes de barrenar dcrr-tro del acufero. De otra manera, debe marltenel'se la lechada fuera tltlacufero, mientras que se llena el nulo con cemento'

El cementado no slo asegura la extraccin de agua confiable de lorpozos; tambin previene la contaminacin de valiosos recursos hidrolgic,'rpor los pozos profunclos clestinaclos a evacuar salmueras y otros desctlt,",industriales. Adicionalmente, el cementado simplifica el rellenado y sell:rtl"cle los pozos al final de su vida til. En la fig. 10-4 se Inr-restra Lttr p()7('al)ropiadamentc cementado.

TNGENIERA SANITARIA Y DE AGUAS RI,SIDUALES

T

CAPTACION DE AGUAS SUBTERR.A,NEAS

Afloramento de roca

15 24 cm como mlnimo

Profundidad no menor de 6.1 m Idenlro de la toca maciza

l_

Estrato acuifero ouedeber sellars

28r

10.16 cm mayor que lacuberta, como mnimo

o

oEo

.9E

Formcin aculfera que va a perforarse

f ig. 10-4. Pozo perforad" " '"on";:ri: ;li::;: ,(Det Departamento de sanidad

l()-6 Coladores para pozosCuando la lechada de cemento ha fraguario, el hoyo se continra hacia

.rlraio, hasta que entra un colador o rcjilla en lnea con el a

282 INGENIERA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALE,S

Los coladores para pozos son comnmente cubiertas perforadas o rejillasfabricadas. Se emplean cubiertas perforadas en pozos no cementados cuandoson permisibles aberturas relativamente grandes. Pueden ser perforadas amquina en la fbrica o ranuradas en el lugar despus de Ia instalacin.

Las aberturas biscladas de las rejillas fabricadas para pozos generalmentese agrandan hacia adentro, para limpiar las ranuras de la arena que de otramanera se alojara en ellas. Las rejillas resistentes a la corrosin son msdurables, pero tambin ms costosas que las cubiertas ranuradas. Se hadado el siguiente orden de preferencia:3 metal I\{onel, supernquel, metalEverdur, bronce al silicio, latn al silicio, latn rojo y acero inoxidable.l0-7 Equipo de bombeo

En el mercado se encuentran muchos tipos de bombas para satisfacerla amplia variedad de requerimientos de capacidad, profundidades del aguay fuentes de potencia. En los Estados lJnidos, casi todas las bombas parapozos se accionan por motores elctricos (cap. 16).

Los sistemas domsticos emplean comnmente alguna de las siguientesbombas: l) para elevaciones inferiores a 25 pies (7.6 m), una pequea bom-ba reciprocante de pistn; para elevaciones hasta de 125 pies (38 m), unabomba centrfuga a la que se eleva el agua mediantc recirculacin de partede la descarga a un eyector; y 3) para elevaciones que no pueden mane-jarse por bombas de chorro, una bomba de cilindro instalada en el pozoy accionada mediante varillas a travs de ut martinete montado en la ca-beza del pozo. Los sistemas a eleccin incorporan normalmente tanques depresin, para obtener una operacin uniforme con la accin de interrup-tores de presin. El mismo pozo puede proporcionar suficiente almacena-miento para cubrir las diferencias entre Ia demanda de gastos de la casay los flujos dcl acufero. Por esta razn los pozos domsticos se hac.en raravez con profundidades menores de 100 pies (30.48 m), aun cuando el nivelfretico se enclrcntre a unos cuantos pies bajo la superficie del suelo. Lospozos profundos y los ecuipos de bombco mantienen el suministro cuandoIos niveles de las a,quas subterrneas se abaten durante sequas rigurosaso cuando los pozos cercnos se consumen sbitamente.

Los sistemas de alta capacidad se equipan normalmente con bombascentrfugas o de turbina, accionados mediante motores elctricos. Se montaun nmero suficiente de tazones de bomba, uno sobre otro, que proporcioncla presin necesaria para vencer las cargas estticas o dinmicas a los nive-les ms bajos de apra. La fig. 10-3 muestra una bomba de turbina instalarl;ren un pozo. La fig. 10-5 presenta la instalacin de un motor para accion:rruna bomba desde la superficie. Para cantidades y elevaciones moderaclas,se introducen en el pozo bombas y motores sumergibles, ensamblados en lllirsola unidad. El agua que se bombea, enfra los motores compactos normrl-mente usados. Los pozos de alta capacidad debern dotarse cle dispositivos

3 Ten.tatite Standarrl Specif cations lor Deep WcIIs, preptaclo r,,r Ia Arrreri,;,,,Water Works Association.

--Y

capr,crN DE AcuAS suerERRNnes 283

qoototrEoz

f ir' l0-5' Motor para bomba sumergida. (Det Departamenro de sanidsd del Estadode Iowa.)rrrr:diclorc continuos de n tos der otISUInO(,,r,orta ;:ff:::i.,? over, i;rl r:n cl del recurso del(l-f| I)esar:rollo y prueba de pozos

l'll lrvaclo, la operzrcin ,intermitente y Ia dotacin de equipo de rosl"'/()\ I)t('vi()s lr l;r irrit'iacill d. su,,r".ar,iri rer:ihen el n.rrJrr..

28+ INGDNIERiA SANITARIA Y DI' AGUAS RESIDUALDS

(cap. 9).l0-9 Interferencia de Pozos

Cuandolasreasdeinfluenciadedosomspozossujctosabombeose

ilustrar los clculos por efectuar'

'Y

ceprecrN DD AGUAs sunrenn(N,s ZB52. Si los tres pozos se bombean a un gasto de 700 gpm (2 650 lpm), el abati-

miento en el primero y en el tercero ser Ia suma de su propio abatimiento y delos abatimientos en el pozo 1000 aparte y 2000 pies aparte, o (54 + 20 + 16) :90 pies (27.3 m). Al mismo tiempo, el abatimiento del segundo pozo o central sersu propio abatimiento junto con el doble del abatimiento en un pozo a una distanciade 1000 pies (304.8 m), o (54 + 2 x 20) : 94 pies (28.5 m).10-10 El mtodo de Ias imgenes

Al able al interior de los pozos,(secs. imitado cn extensin iuper-ficial. lo de influencia de un pozcro cam lmites del acuifero o hastala fuente de reabastecimiento, la suposicin de un acufero infinito no intro-duce dificultad alguna. sin embargo, esta suposicin es invalidada cuando:1) Ias corrientes, afloramientos y lmites topogrficos caen dentro del radiode influencia; 2) los lmites de la formacin, los pliegues y fallas confinanel acuferp a algunas millas; y 3) los rcllcnos acufercs de valles son depequeira anchura ( < 100 pies) ( < 30.48 m).

Para tratar estas influencias, el mtodo de Lord Kelvin de las imgenesapara el anlisis de fenmenos electrostticos ha sido cmpleado en la solucinde problemas de aguas subtcrrneas.5 El mtodo introduce uno o mspozos de imagen

-es decir, los trazos de pozos idnticos a distancias iguales

ms all del lmite-, en forma tal que el efecto sobrepuesto del pozo ima-een produce las condiciones limite necesarias en la lnea divisoria. Entoncesson posibles soluciones para una variedad de condiciones en Ia lnea clivisoria.

La fig. 10-6 ilustra el efecto de una corriente que se encuentra clentrodel rea de influencia de un pozo. Si existe suficiente percola.cin dcsde lacorriente para mantener el acufero yacente bajo su lecho saturado conagua, la superficie de la corriente se convierte en una lnea establecidacquipotencial y tambin en una lnea divisoria fija o condicin limitante.Se construye entonces una imagen doble como en espejo sobre cl Iadoopuesto de la lnea divisoria y se convierte en el equivalente de un pozode recarga de Ia misma capacidad que el pozo real. Dentro de la natura-leza de esta construccin, Ia elevacin en el nivel fretico del pozo real porclescarga del pozo de imagen lleva el cono de depresin a la superficie delagua de la corriente. La reduccin en abatimiento del pozo real est dadocntonces por la lnea de recarga del pozo de imagen que se encuentra sobreel pozo real. l.a adicin de esta Inea al cono de depresin del pozo realsatisface el lmite del problcrna y es as una solucin.

290 INCENIERIA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALES

a

Frente de la infiltraciny prdida de entrada Nivel fretico

Fig. 10'8. Flujo hacia una galera filtrante.

La ecuacin 70-l traza un nivel fretico parablico que se aParta, confrecuencia significativamente, del nivel fretico verdadero y contin as-ccndiendo ms all de cualquier lnea divisoria infinita. Lo que debcraser la Inea de trasminacin con objeto dc cumplir los rcquerimientos d.103 pps), se abastece con agua procedente de un foso de difusin que petretra :rlfondo del estrato. Si Ia supcrficie del agua en una galcra filtrante se enctentra ir2 pies sobre el fondo del estrato, y su distancia a Ia fosa de diftrsin es 30 pir:s(9.15 m), cul es el flujo al interior de un pie de galera?

De acuerdo con Ia ec. 10-3, q : %(3.28 x 10r) (ZOg -

22)/30 :2.2 x 10 jlpies3/seg (62 lps) 14000 gpd (52900 lpd).10-12 Recarga de Ias aguas subterrneas

Puede forzarse agua al interior de la tierra con los siguientes fines: 1)evacuar aguas dc desecho, 2) cvacuar ei calor sin consunir el agua sublr'rrnea disponible, 3) rellenar depsitos dc aguas subterrncas sobreborrrbeados, 4) formar una barrera de agua dulce contra la intrusin de agrr,rsalada a depsitos de aguas subten'neas fucrternente bombeados a io larl,de Ia costa, y 5) complenentar o reemplazar el almacenamiento superfir:i:rlal aumentar el rendimiento see1ro de las fuentes su;erficiales.

El agua sc recarga o se recircula al suelo a trav's de campos de ri.,'r:,',prcsas dc corte sobrc las corrientes, estanclues cle trasmina

288 INGENIERA SANITARIA Y DD AGUAS RI]SIDUALES

10-11 Galeras y drenesLas galeras de infiltracin se construyen en forma conveniente: 1) como

drenes marginales a lo largo de laderas de colinas; 2) a n.gulos rectos delcauce inferior de valles; 3) paralelas a las corrientes hacia las que se en-cuentra fluyendo caudal de las tierras altas, y 4) sobre el nivel del maren islas y a lo largo de costas donde la intrusin de agua salada debeevitarse.

Para un rendimiento mximo, las galeras dcbern encontrarse a la pro-fundidad del acufero. Las galeras extensas se construyen de mamposterao concreto, con numerosas aberturas. Se construyen en zanjas abiertas o entneles a travs del suelo. Si se rodean con arena, se aumentar su capta-cin. Los drenes de barro, con uniones abiertas en zanjas llcnas de grava,se emPlean para colectar aguas poco profundas. Algunas veces irradian demanantiales y pozos cavados para aumentar sus rendimientos.

La capacidad de las galeras construidas a travs de un valle puedeaumentarse mediante el encajamiento de un muro de corte de concreto,en el suelo, para represar el flujo inferior y f.orzar su entrada al sistemacolector aguas arriba.

En las circunstancias ms favorables, una galera filtrante situada sobreel fondo impermeable de un acufero no confinado, intercepta todo el flujosubterrneo natural. Como se muestra en la fig. l0-8, el modelo del flujo esno uniforme, excepto en dos dimensiones, cuando se ha alcanzado situacinestable. Consecuentemcnte, la cantidad aproximada de agua llevada a talgaleria puede determinarse mediante los principios de las redes de flujo(sec. 9-9). Tambin puede tratarse la situacin en trminos matemticosms directos. Como fue propuesto por Dupuit,6 deben hacerse las siguientessuposiciones simplificatorias: 1) el terreno es isotrpico e incompresible;2) la tangente del ngulo de inclinacin del nivel fretico, es decir, supendiente, es sustancialmente igual a su seno, y 3) el flujo es uniformey horizontal a toda la prfundidad del acufero.

De acuerdo con Ia ley de Darcy y la notacin de la fig. 10-8, la descarga,,r,r ,rnidad de longitud de galera se convierte entonces en

q : Ky dyldx (10-l), donde y X 1 es el rea de anchura unitaria a travs de Ia cual fluye el

,gua subterrnea con velocidad K(.dyldx). Por intcgracinqx:/zKy2+c (10-2)

y s y: H en x : L, y se supone que y : h en x: 0, se concluye qu,'q: /,K(H2

-

h2) lL (10-3)G Jules Dupuit, tudes thoriques et practiques sur le mouuement des eutts..(listudios tcrric.s y prctic.s de l.s moviinicnts dc aguas), pars, 1863,2a. r.rt.

IceprecN DE AcuAs suBTERRTiNEAs

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286 INGENIERA SANITARIA Y DE AGUAS RESIDUALES

Las lneas gmesas de la fig' 10-6 identifican el abatimiento y recarga

del pozo real y de los pozos de imagen en la regin real; las lneas pun-

i."'"r lo hacen cn la regin de imgenes'

comDonente real de la/ imagen del Pozo

Nivel fretico esttico 1 p "

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ro de deDresin del Pozo real sinabastecimento dc la corrlene

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cep:r,crN DE AGUAS surxnNres 287Tabla 10-1. Clculo del cono de depresin (ejemplo l0-2)

ElevacinDepresin sin a partir Depresin con

Distancia desde abastecimiento del pozo abastecimientoel pozc real desde la corriente Imagen desde la corriente

Llnea de centro de l3 correntc

rig. 10-6. Aplicacirn '"' "';lf'"",u,: .Y:,.\i1:i;:d:.u'

no'o que recibe agua dr'

presx,

1000 304.8 a Ia derecha500 151.0 a la derecha100 30.40 a la derecha10 3.048 a la derecha1 0.305 a la derecha

e izquierdal0 3.048 a la izquierda

100 30.48 a la izquierda500 151.0 a la izquierda1000 304.8 a la izquierda

*13.1i.ljPI8=JfJ 'l i3i'l'"""",';''.Nvel fretico esttico

.p"pres rn

l. Corrlo se mostr en el ejemplo 9-4, el abatimientt sin surninistro desde lacorriente es 5r4 pies (15.2 m). Iil pozo imagen de recarga. est distante a 2000 piesy tendr, por consiguiente, una elevacin de 16 pies (4.85 m) calculada para el aba-timiento a esta distancia en el eiemplo 10-1. As, el abatimiento resultante es(54

-

16) :38 pies (11.5 m).2. Para T : 3.2 x 10+ gpd por pie (370 lpd por m), S : 3.4 x l0-5

y Q : 700 gpm (2 650 lpm), los valores necesarios de z se calculan de la ec. 9-29para varios valores supuestos de x. En Ia tabla I-7 se encuentran los valores corres-pondientes de W(u), y Ios valores de y' se calculan a partir de Ia ec. 9-28. Losresultados estn tabulados en la tabla 10-1 y trazados cn la fig. 10-2.

IJn pozo que penetra en relleno de valle, entrc muros impermeablesrue

7292 INGENIERIA S,\NITARIA Y DE AGUAS REsIDUALES

de la cua, expresada como pies de agua salada, debe ser eI mismo en todaspartes. Para tener equilibrio, el principio de Ghyben-Herzberg (sec. 9-8),requiere que el potencial de agua dulce a lo largo de la superficie inclinadade la interfase entre agua dulce y salada disminuya hacia el ocano. Esto es

lig, l0-9. Control de la intrusin de agua salada mediante una linea de pozorde recarga formando una barrera de agua dulce.

as solamente si fluye agua hacia el ocano. EI estudio de modelos, as comoconsideraciones tericas producen la siguiente relacin entre el flujo dcagua dulce y los parmetros geomtricos mostrados en la fig. 10-9:

q : /2(r, - l) (MIL)T (10-4)en donde g es la descarga de agua dulce por pie de frente de ocano, s, elpeso especfico del agua salada, M el espesor del acufero saturado, I la lon-gitud de la cua, y T el coeficiente de transmisibilidad a gradiente unitario.Para crigir una barrcra de agua dulce efectiva contra la intrusin de aguitsalada, habiendo disminuido el bombeo tierra adentro el nivel del agua dulcr'bajo el del mar, la recarga paralela al frente del ocano debe igualar a Iasuma dc los flujos hacia el ocano y hacia la tierra. Cuanto ms larga es l;rcua o longitud L en la fig. l0-9, menor es la prdida hacia el mar. Sircmbargo, sera de espcrar que, al mover hacia tierra la barrera, se aumctl-tara el flujo del agua recargada hacia tierra. Si Ia barrera se generase cluna parte ya salinizada del acufero, se introducira hacia tierra una ontlitde agua salada al formarse la barrera. El espaciamiento de los pozos estrdeterminado: 1) por limitaciones sobre la columna de la recarga y, por lotanto, sobre la capacidad del pozo, y 2) por la necesidad de elevar la crcstten cl nivel fretico entre pozos lo suficientemente para prevenir la incursiide la cua entre dos pozos adyacentes.

10-14 Administracin de aguas subterrineasl2Como se muestra en el cap. 9, el comportamiento de las aguas supcrfi-

ciales y subterrneas est complicadamente interrelacionado. Toda el agrrl12 R. O. Thomas, Planned Utilization, Groundwater Development, A Symposirrrtt,

Trans. Am. Soc. Ciuil Engrs., 122,422 (1957); y M. W. Bettinger. The Problerrr ,,f[ntegrating Groundwater and Surface Water IJse, Ground Water,2,3, 33 (1964),

1

de restablecimienlo

t.tal. Los principales objetivos de Ia administracin pueden ser minimizar.l costo o maximizar el rendimiento. La minimizacin del costo es general-.rcnte el objetivo en regiones hmedas bien dotadas de agua; \a rnaximiza-r itin del rendimiento es ms importante en regiones ridas escasas dc agua.

La viabilidad de una administracin coniunta de las aguas depcnde del:rr:tores eeolgicos, hidrolgicos, econmicos y legales, as'iomo e las al-trrnativas existentes sobre cada situacin particular. En el Este hmedo deLrs [,sd6r lJnidos, por ejemplo, donde las aguas superficiales son abun-rl;rntes y estn ampliamente distribuidas, pero el almaccnamiento superficialrrrcdc ser costoso, pueden alternarse los bombeos intensos, por estacin de',r1rras subtetrneas, para satisfacer las demandas durante los perodos dellrrjos superficiales deficientes con consumos de fuentes superficiales durante,r'roclos de grandes escurrimientos. Esto convertira al suelo en un depsitorr,rl,uralmente reabastecido, fuertemente consumido durante el verano, pero,rl ruc se le permitira recuperarse durante cl resto del ao. Los costos det.rk:s esquemas debern compararse con mt,dos alternativos, para propor-r r )r)ar suministros equivalentes.

En climas ridos, el uso coniunto buscara ordinariamentc minimizarl.rs prdidas globales y extender los abastecimientos limitados a un rea tan,rrrrlia como fuese posible. La recarga de almacenamientos de aguas sub-l' r'rineas, ya sea para uso local o exportacin posterior, deber normalmenterrl.gl'arse como parte del sistema. Los niveles de agua se reduciran paraI'r,'vcnir el consumo por las freatfitas, y el agua se bombeara a salidas,l, l almaccnarniento para cortar el flujo inferior en el rea. El volumen derlrr;tccnamiento subterrneo es frecuentemente tan grande, que puede aun'r',r'lar las variaciones de ao a ao en el suministro disponible. Asegurar,l l,:tso de minerales disueltos a travs cle sistemas de aguas superficiales yrrrlrlt'rrneas, con una prdida econmica mnima, es otro aspecto impor-t,rrrtt' de la planeacin de los recursos en climas ridos.

cAPTAcIoN DE AGUAS SUBTERRNEA 293

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