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  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 3

    CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTOEN

    TANQUES DE FERROCEMENTO

    MANUAL TCNICO

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO4

    DIRECTORIO

    DR. JOS ENRIQUE VILLA RIVERADirector General

    DR. EFRN PARADA ARIASSecretario General

    DR. JOS MADRID FLORESSecretario Acadmico

    ING. MANUEL QUINTERO QUINTEROSecretario de Extensin e Integracin Social

    DR. LUIS HUMBERTO FABILA CASTILLOSecretario de Investigacin y Posgrado

    DR. VCTOR MANUEL LPEZ LPEZSecretario de Servicios Educativos

    DR. MARIO ALBERTO RODRGUEZ CASASSecretario de Administracin

    LIC. LUIS ANTONIO ROS CRDENASSecretario Tcnico

    ING. LUIS EDUARDO ZEDILLO PONCE DE LENSecretario Ejecutivo de la Comisin de Operacin

    y Fomento de Actividades Acadmicas

    ING. JESS ORTIZ GUTIRREZSecretario Ejecutivo del Patronato

    de Obras e Instalaciones

    ING. JULIO DI-BELLA ROLDNDirector de XE-IPN TV Canal 11

    LIC. LUIS ALBERTO CORTS ORTIZAbogado General

    LIC. ARTURO SALCIDO BELTRNDirector de Publicaciones

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 5

    CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTOEN

    TANQUES DE FERROCEMENTO

    MANUAL TCNICO

    INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL MXICO

    TERTULIANO CABALLERO AQUINO

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO6

    Captacin de agua de lluvia y almacenamientoen tanques de ferrocemento. Manual tcnico

    PRIMERA EDICIN: 2006

    D.R. 2006 INSTITUTO POLITCNICO NACIONALDireccin de PublicacionesTresguerras 27, 06040, Mxico, DF

    ISBN: 970-36-0243-6

    Impreso en Mxico/Printed in Mexico

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 7

    PRLOGO ..........................................................................................11

    1. CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO ............................. 15

    Problemtica del agua ........................................................... 17Ciclo hidrolgico del agua ..................................................... 20El agua dulce.......................................................................... 21Usos del agua dulce ............................................................. 23Incremento poblacional .......................................................... 26

    Conflictos ............................................................................. 28Desertificacin ..................................................................... 29

    2. SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA ........................................ 31Historia ................................................................................... 32Captacin de agua de lluvia en techos ................................. 34

    El rea de captacin ......................................................... 35Recoleccin y conduccin ................................................. 35Interceptor y filtro ............................................................... 38Almacenamiento ................................................................ 41Tipos de tanques de almacenamiento .............................. 41Requisitos .......................................................................... 43Diseo del sistema de captacin de agua de lluvia........ 46Requerimiento de agua ..................................................... 46Volumen de captacin ....................................................... 47

    NDICE

    7

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO8

    Coeficiente de escurrimiento ............................................ 48Dimensiones del tanque.................................................... 52

    3. QU ES EL FERROCEMENTO ................................................................ 55Antecedentes ......................................................................... 55Aplicaciones .......................................................................... 56Caractersticas del ferrocemento .......................................... 58

    Caractersticas de los materiales ..................................... 64Agregados ptreos ........................................................... 64Agua................................................................................... 64Acero de refuerzo .............................................................. 64Cemento ............................................................................ 66Caractersticas del mortero ............................................... 67Resistencia a la compresin simple ................................. 67Mdulo de elasticidad o de Young .................................... 68Relacin de Poisson ......................................................... 68Pruebas de laboratorio ..................................................... 69Consideraciones de diseo ............................................. 71

    4. DISEO DE TANQUES ........................................................................ 75Teora estructural .................................................................... 76

    Mtodo de los Elementos Finitos ..................................... 81Ejemplo de diseo estructural ........................................... 82

    5. PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO ........................ 87Limpieza, trazo y excavacin ............................................ 87Plantilla .............................................................................. 88Losa ................................................................................... 88Armado del cilindro ........................................................... 89Colocacin de tuberas ..................................................... 93Aplicacin de mortero ....................................................... 93Construccin de la cubierta............................................... 95Construccin del registro para el filtro .............................. 99

    6. EJEMPLOS PRCTICOS .................................................................... 103Ejemplo 1 aplicado en el medio urbano ......................... 103

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 9

    Diseo ............................................................................. 103Costo................................................................................ 105Instalacin de canaletas y accesorios ............................ 105Volumen de agua captada .............................................. 109Ejemplo 2 aplicado en el medio rural ............................. 110Clculo de las dimensiones del tanque .......................... 111Diseo hidrulico ............................................................. 112Costo................................................................................ 113Ejemplo 3 aplicado en el medio rural ............................. 116Diseo del sistema .......................................................... 117Ejemplo 4, recarga del manto fretico ............................ 118Consideraciones generales ............................................ 121

    BIBLIOGRAFA ................................................................................... 123

    NDICE

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO10

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 11

    Tres cuartas partes de la superficie del planeta Tierra estn cubiertaspor agua, ms del 97% es agua de mar, es decir, agua salada que correspon-de tambin a los ocanos que han sido de gran utilidad al hombre puesen l habitan animales que sirven para su alimentacin, adems de regu-lar el clima y el tiempo. Slo 2.7% corresponde a agua dulce, es decir38 millones de km3, de los cuales 29 millones se encuentran en estadoslido en los casquetes polares y constituyen una gran reserva de aguadulce en el mundo; 5 millones corresponden a ros, lagos, lagunas queson fuente de vida de algunas especies de flora y fauna y, finalmente,4 millones corresponden a aguas subterrneas.

    En la naturaleza, el agua se encuentra de forma abundante en lostrpicos y es escasa en los desiertos. Su disponibilidad cambia en las mon-taas en comparacin con los valles, debido principalmente a la distribu-cin de las lluvias en espacio y tiempo, lo que genera diferentesdisponibilidades en cada sitio o cuenca. Adems el agua tiene varios usospara satisfacer las necesidades de la sociedad: el domstico, industrial,agrcola y pecuario, la acuacultura y la generacin de energa elctrica. Elagua es por lo tanto, un recurso vital al que no se le debe dar un mal usoni ser derrochada.

    Desgraciadamente cuando se le tiene disponible, se desperdicia ycontamina porque se piensa que es inagotable; pero se utiliza con msconciencia cuando escasea, slo entonces se reflexiona sobre su impor-

    PRLOGO

    11

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO12

    tancia y se toman acciones para cuidarla y preservarla, y se establece unentorno que concilie y equilibre los valores sociales y econmicos conlos del medio ambiente, para que las generaciones futuras puedan dis-poner de ella en cantidad suficiente y con la calidad adecuada para suconsumo.

    Para enfrentar las prximas dcadas, gobierno y sociedad debernseguir participando en el ejercicio poltico, econmico, social y ambien-tal, para el diseo de mtodos y sistemas que mejoren el aprovecha-miento del agua.

    La falta de agua es una realidad que no podemos soslayar porqueafecta negativamente el desarrollo social de los pases.

    La condicin actual que prevalece en Oaxaca en lo que se refiere a laabundancia o escasez, escurrimientos y recargas, usos y extracciones, sedefine y determina cuantitativamente a travs de los resultados de losbalances hidrulicos que permiten determinar la condicin y magnitudde la disponibilidad o dficit de las aguas superficiales y subterrneas.

    Con una precipitacin anual de 1,521 mm, Oaxaca tiene un escurri-miento de 63,719 millones de m3 (Mm3) de los que slo usa 2,214.8 Mm3,lo que permite tener una disponibilidad de 61,504.2 Mm3. Esto quieredecir que existe una disponibilidad promedio por habitante al ao de5,840 m3, sin embargo estas cifras suelen ser engaosas porque la dispo-nibilidad vara con la distribucin errtica de las lluvias, as mientras en lacuenca del Papaloapam llueven 2,840 mm anuales, en la regin de losValles Centrales la precipitacin es slo de 709 milmetros.

    De igual manera, el agua se utiliza muy diferente en cada uno de lossectores. Por ejemplo, se usa menor cantidad en el domstico que en elagrcola, en el industrial que en el hidroelctrico, ya que cada uno deellos planifica, desarrolla y administra, de acuerdo con sus necesidades.Por ello las demandas de agua varan tambin en cada regin. Las de-mandas se estiman bajo ciertas hiptesis de evolucin, crecimiento odesarrollo, sin embargo, podemos afirmar que en el estado de Oaxaca,

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 13

    las estimaciones de agua por demanda de uso domstico y pblico ur-bano se duplicarn en los prximos aos, pasando de la demanda ac-tual de 220 Mm3 anuales a 503.5 Mm3 en el ao 2025.

    Con base en el conocimiento de la situacin actual en cuanto a laoferta, demanda, disponibilidad, aprovechamiento, abundancia o escasez,calidad y cobertura de los servicios de suministro y abastecimiento, ascomo de los principales problemas, se habrn de definir y proponeropciones orientadas a contribuir a la disminucin para evitar las causasy perjuicios que puedan ocasionar la escasez. En consecuencia, se pro-mueven nuevos mtodos y formas que permitan captar otros volme-nes de agua.

    La falta de agua afecta a numerosas localidades del pas, entre lasque se incluyen algunas de Oaxaca. Satisfacer sus demandas de aguarepresenta un esfuerzo cotidiano que no basta con fuertes inversiones,sino tambin se requiere de un cambio de mentalidad y de actitud. Estecambio debe generar conciencia sobre el cuidado y uso eficiente delagua por lo que habr que modificar los patrones establecidos para susdiferentes usos.

    La captacin de agua de lluvia representa una opcin viable para elabastecimiento de agua, mediante la construccin de obras de bajo costoque permitan captar y almacenar el agua en forma adecuada, conser-vndola limpia, lo que ayuda a mejorar las condiciones de higiene y agarantizar la salud de las personas, mejorando su calidad de vida. Lacaptacin de agua de lluvia permite satisfacer las necesidades del lqui-do donde no se cuenta con los servicios formales e incluso en sitiosdonde stos existen es recomendable establecer el sistema.

    Captar el agua de lluvia permite reducir los impactos que ocasionanproblemas como:

    a) La inexistencia de fuentes de abastecimiento de agua.

    PRLOGO

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO14

    b) La dispersin poblacional en algunas localidades en trminos devivienda hace incosteable el establecimiento de sistemas conven-cionales de abastecimiento de agua.

    c) En las localidades donde las fuentes de captacin se encuentranalejadas y a un nivel topogrfico inferior con respecto a las vivien-das, en trminos econmicos resulta incosteable.

    d) Donde las fuentes de abastecimiento estn en jurisdicciones ajenasentre particulares y/o localidades se generan problemas sociales ypolticos, difciles de resolver.

    Por lo anterior, El manual tcnico sobre sistemas de captacin deagua de lluvia y almacenamiento en tanques de ferrocemento, para satis-facer las demandas del uso domstico, es un documento muy bien inte-grado, basado en el anlisis de las necesidades ms apremiantes del vitallquido de comunidades rurales con problemas de acceso a las fuentesnaturales de abastecimiento de agua, o que sus fuentes de abastecimien-to no cuenten con el volumen suficiente para satisfacer las necesidadesbsicas de sus habitantes. El manual, orienta y propone como lnea desolucin a estos problemas, la captacin de agua de lluvia que sin lugara dudas presenta una solucin real y factible de alcanzar.

    Es necesario que se elaboren propuestas para que se ample el ho-rizonte de impacto de estos sistemas de captacin de agua de lluvia enlas zonas suburbanas y urbanas, modificando para esto las leyes del Es-tado en materia de construccin de casas habitacin urbanas, incluyn-dolo en el reglamento para que en la concesin de permisos deconstruccin, los proyectos consideren obligatoriamente obras paraalmacenar o recargar el acufero a travs de la captacin de agua delluvia.

    JULIN RUBN ROS NGELES

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 15

    La captacin del agua de lluvia para uso domstico es un medio tanantiguo de abastecimiento de agua que perdi importancia a partir delrpido crecimiento de las ciudades y cuando los avances tecnolgicospermitieron introducir el agua por medio de tuberas en nuestros do-micilios.

    A pesar de las ventajas de conducir el agua por medio de tuberas alas viviendas, su alto costo limita suministrar agua potable a las comuni-dades rurales donde las viviendas estn dispersas; aunado a esto, lasfuentes de captacin se encuentran cada vez ms alejadas o el volumenno es suficiente, esto hace que el sistema de captacin de agua de lluviavuelva a resurgir y sea una fuente segura para el suministro de aguapara uso domstico.

    De igual manera para el medio urbano, la captacin de agua de llu-via es un sistema importante que todos debemos utilizar durante latemporada de lluvias y reducir costos al organismo operador de aguapotable de nuestro municipio. Se dice que en la poca del emperadorGalerio (ao 305-311 d. C.) en Balaton, Hungra,se consideraba comoparte del diseo de las casas habitacin, la captacin de agua de lluviade los techos y patios para almacenarla en cisternas.1 Este criterio se

    1. CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIAPARA USO DOMSTICO

    1 IICA-OEA, Sistemas de captacin de agua de lluvia para uso domstico en Amrica Latina y el Caribe, Publicacinde la Agencia de Cooperacin Tcnica IICAMxico.

    15

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO16

    puede escalar al medio urbano y suburbano actual en los nuevos pro-yectos de casas habitacin, as como aprovechar los techos de las vi-viendas y edificios existentes para captar el agua de lluvia para usodomstico o para la recarga del manto fretico canalizando el agua alos pozos de agua artesianos, previo a un filtrado.

    Es importante que tanto nuestras autoridades como los que dispo-nen de una vivienda consideren esta opcin de captacin de agua delluvia; recordemos que el agua atmosfrica es una fuente de captacinimportante y no muy contaminada que cuando se precipita en forma delluvia, nieve o granizo es la que cae en nuestros techos y la podemoscaptar y almacenar. Si dejamos escurrir las primeras aguas de la lluviapara que arrastren los contaminantes se puede captar y almacenar aguade muy buena calidad.

    La desventaja de este sistema para las personas de escasos recursoseconmicos, representan los costos para la recoleccin, conduccin y al-macenamiento del agua, pues la captacin es el techo de su vivienda. Enel medio rural se ha comprobado que una persona con una dotacin de25 litros de agua/da conserva su nivel de vida digno y el agua de lluviapuede satisfacer sus necesidades si aprende a captarla y la almacena endepsitos de suficiente capacidad; el programa 21 (vase pie de pgina 3o 4) pide un suministro de 40 litros de agua potable por persona/da,reto difcil, ya que el 60% de la poblacin mundial, vivir en zonas urbanas.

    El depsito de almacenamiento representa el mayor costo de estesistema, pero las dependencias gubernamentales pueden financiar su cons-truccin a cada familia, pues a largo plazo el costo puede resultar menorcomparado con el suministro de agua en pipas; as tambin pueden con-siderar el uso de otras tcnicas de construccin y como otra opcin pro-ponemos el uso del ferrocemento, que en algunos casos puede resultarms econmico, sobre todo donde abunda la mano de obra.

    Esta tcnica (el ferrocemento) fue patentada desde mediados del sigloXIX y no es ms que un material similar al concreto que puede utilizarse parala construccin de diversas obras sin el empleo de cimbra o encofrados.

  • 17CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    Con la experiencia desarrollada en el CIIDIR Oaxaca, se comprob quedel costo total de una obra con ferrocemento, ms del 60% de dichocosto, corresponde a la mano de obra, por lo tanto en el medio ruraldonde existe abundancia de mano de obra local, las construcciones con fe-rrocemento para almacenar el agua de lluvia pueden resultar de bajo costo.

    El presente trabajo que se pone a su consideracin, trata sobre unpanorama general sobre la problemtica que existe sobre la disposicindel agua dulce, conocer cmo se disean los sistemas de captacin deagua de lluvia, proporcionar un conocimiento bsico sobre la tcnicadel ferrocemento como una opcin importante para la construccin detanques para el almacenamiento del agua, introducirse someramente alconocimiento estructural para disear tanques de diferentes capacida-des, as como sus costos y una gua a base de figuras e imgenes delproceso constructivo.

    PROBLEMTICA DEL AGUA

    Podemos decir que el problema del agua se contempl desde 1983,cuando la ONU estableci la Comisin Mundial sobre el Medio Am-biente y el Desarrollo y convoc a la Conferencia de las Naciones Uni-das sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD), conocida comoCumbre para la Tierra y celebrada en Ro de Janeiro en junio de 1992.

    En esta Cumbre participaron 172 gobiernos y aprobaron tres gran-des acuerdos que habran de regir la labor futura: el Programa 21. Esteprograma tuvo por objeto preparar al mundo para los retos del prxi-mo siglo e incluye propuestas concretas como la ordenacin de nues-tros recursos naturales; la proteccin de la atmsfera, los ocanos y ladiversidad biolgica; la prevencin de la reforestacin, etctera.2, 3

    2 Vase Programa 21, Seccin II, Captulo 18: Los recursos de agua dulce, en http://www.rolac.unep.mx/agenda21/esp/ag21es18.htm.

    3 Tambin consltese http://www.un.org/spanish/conferences/wssd/a21_final_summary_spanish.doc

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO18

    La Comisin ampli el alcance del Programa 21 mediante su colabo-racin con la Organizacin Mundial de Comercio (OMC), la Conferen-cia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo (UNCTAD), elPrograma de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) ypidi que se llevara a cabo una evaluacin mundial de todos los recursosde agua dulce.

    Segn la Evaluacin General de los Recursos de Agua Dulce en elMundo, elaborada por la Comisin de las Naciones Unidas para el Desa-rrollo Sostenible, el uso excesivo y la contaminacin estn limitando lacantidad de agua dulce disponible para satisfacer de manera segura lasnecesidades de la sociedad y del ecosistema.

    Algunas otras conclusiones de esta Evaluacin realizada por las Nacio-nes Unidas en 1997 fueron:4

    Para el ao 2025, dos terceras partes de la poblacin mundial (apro-ximadamente 5,500 millones de personas), vivirn en pases dondelos esfuerzos para alcanzar un crecimiento econmico y un pro-greso social podrn enfrentar serios problemas si continan laspolticas actuales en relacin con el uso y manejo del agua.

    En 1995 el 20% de la poblacin mundial no tena acceso al aguapotable y el 50% careca de agua para una higiene adecuada.

    Cerca de la mitad de la poblacin del mundo en desarrollo sufrede una enfermedad asociada con agua contaminada, por este mo-tivo, mueren cada ao por diarrea, aproximadamente, 3 millonesde personas, principalmente nios.

    4 Informacin tomada de la pgina: http://www.unep.org/dpdl/water/Management/index.asp

  • 19CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    Durante el siglo XX, la proporcin de agua utilizada ha aumen-tado en ms del doble en relacin con la tasa de crecimiento de lapoblacin.

    Ms recientemente, del 26 de agosto al 4 de septiembre de 2002, enJohannesburgo, Sudfrica, se realiz la Cumbre Mundial sobre el Desa-rrollo Sostenible, observndose que a pesar de estar en el siglo XXI, setiene que:

    Aproximadamente 1,100 millones de personas no tienen acceso afuentes seguras de agua potable.

    Aproximadamente 2,400 millones carecen de saneamiento ade-cuado.

    Existen unos 2,200 millones de personas en pases en desarrolloque mueren por enfermedades asociadas con la falta de agua po-table, saneamiento e insalubridad.

    En estos pases, las mujeres son las encargadas de transportar elagua. En promedio recorren 6 km cargando un peso promediode 20 kilogramos.

    Aproximadamente el 70% del agua dulce disponible se utiliza enagricultura. La mayora de los sistemas de irrigacin son inefi-cientes y se pierde aproximadamente el 60% por evaporacin.

    Cerca del 50% del agua potable suministrada en los pases en de-sarrollo, se pierde por fugas, conexiones ilegales, vandalismo.

    El agua ha sido y ser motivo de conflictos y disputas.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO20

    CICLO HIDROLGICO DEL AGUA

    Se dice ltimamente que el agua es un recurso no renovable, por qu, sies sabido que casi la misma cantidad de agua circula realizando un ciclode forma continua; es decir, que el vapor de agua atmosfrica se conden-sa, se precipita, escurre, se evapora y se vuelve a condensar para iniciarnuevamente el proceso conocido como ciclo hidrolgico? (figura 1.1).

    Figura 1.1. Ciclo hidrolgico del agua

    El problema es que la humanidad est modificando el medio ambientecon la construccin de obras que impiden la infiltracin del agua alsubsuelo; y ha quitado la cobertura vegetal propiciando una erosin desuelos que conllevan a un proceso de desertificacin; adems residuosindustriales y domsticos que contaminan los cuerpos de agua sin pre-ocuparnos por emplear sistemas de tratamientos; as como la quema decombustible fsil en exceso (petrleo, gas, carbn) y producimos mon-

    Condensacin

    Precipitacin

    TranspiracinEscuela

    EscurrimientoAlmacenamiento

    Infiltracin

    Acuferos

    Sol

    Evaporacin

  • 21CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    xido y bixido de carbono y otras sustancias qumicas que contaminannuestra atmsfera, etc., Esto hace que el agua se convierta en un recursono renovable.

    Hace 50 aos se dispona en la Repblica Mexicana de 11,500 m3de agua/habitante/ao y actualmente es de unos 4,900 m3/habitante/ao.5 Tambin recordemos que hace unos 25 aos no nos imaginba-mos que un litro de agua embotellada (en botellas de PET de litro)costara ms que un litro de leche o un litro de gasolina; pagamos sinprotestar $631.00 el m3 de agua embotellada (considerando un costode $12.00 por garrafn de 19 litros) u $8,000.00 el m3 comprando elagua en botellas de PET de litro (considerando un costo de $4.00/bo-tella) con la consecuente contaminacin y no queremos pagar los $3.00por m3 que propone cobrar el Municipio de Oaxaca o los $10.00 porm3 en la Ciudad de Mxico.

    EL AGUA DULCE

    El agua dulce es un recurso fundamental para nuestra existencia del cualno existe un sustituto, ya sea agua potable para consumo de personas oanimales, para procesos industriales, para la agricultura, para la vidaacutica, etctera.

    Tres cuartas partes de su superficie terrestre estn cubiertas por agua,pero el 97.5% es agua salada; solamente 2.5% es agua dulce y de sta,casi el 70% se encuentra congelada en las capas de hielo de los glaciaresy otra gran parte del agua dulce restante yace en acuferos subterrneosprofundos.6 (grfica 1.1). El agua dulce que est ms a nuestra disposi-cin es la superficial y atmosfrica, siendo la atmosfrica una de las re-servas ms importantes que existe y representa casi el 10% de los recursoshdricos disponibles de nuestro planeta. Esta agua atmosfrica se encuen-

    5 Datos tomados de la pgina: http://www.cna.gob.mx6 Antn D. y Daz D. C., Sequa en un mundo de agua.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO22

    tra en forma gaseosa (vapor de agua), desafortunadamente se ha estadocontaminando por gases producidos por nuestras actividades diarias, co-mo el monxido y dixido de carbono, xidos de azufre y xidos denitrgeno.

    Grfica 1.1

    Estos xidos al disolverse con el vapor de agua forman el cido sulfrico(H2SO

    4 ), el cido carbnico (H2CO3) y el cido ntrico (HNO3), que al

    precipitarse con el agua de lluvia es conocida como lluvia cida.

    Nota 1

    Qu es monxido y dixido de carbono (CO y CO2 )?

    Es un gas venenoso, incoloro, inodoro e inspido que se produce al quemarcombustibles como carbn, gasolina, lea, etc. El CO reduce la cantidad deoxgeno que llega a nuestra sangre, al cerebro y a todo el cuerpo, y puedeocurrir la muerte por envenenamiento. En el caso del CO2 se encuentra en elaire y lo utilizan los vegetales para la fotosntesis; sin embargo, por el desarro-llo industrial se ha incrementado produciendo el efecto invernadero.

    68.7% Glaciares

    67.4% Lagos de agua dulce

    0.4% Agua superficial y atmosfrica

    25% Agua dulce30.1% Agua subterrnea

    97.5% Agua salada

    0.8% Hielo permanente

    0.8% Biotas1.6% Ros

    8.5% Tierras hmedas9.5% Atmosfrica

    12.2% Humedad del suelo

  • 23CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    Estas emanaciones se deben a actividades naturales y artificiales. Lasactividades naturales son difciles de controlar; por ejemplo las volc-nicas emanan xidos de azufre, nitrgeno y carbono, pero las artificia-les que se deben a las actividades del hombre como por ejemplo en losprocesos industriales, por el trnsito de vehculos, etc., pueden minimi-zarse si todos tomramos conciencia de este problema.

    Las aguas superficiales son las que se contaminan con ms facilidada causa de los contaminantes que estn en el suelo, inclusive en zonasrurales, el agua al escurrir en suelos agrcolas arrastra los agroqumicosa los arroyos y cuerpos de agua. Cientficos de China han encontradouna relacin entre la contaminacin del agua conteniendo nitrgeno yfsforo de los fertilizantes y los altos niveles de cncer de hgado, est-mago y esfago.7

    Con relacin a las aguas subterrneas, stas sufren una filtracin queser mayor o menor segn la calidad del terreno que atraviesan en sudescenso y el grosor de la capa filtrante. As, el agua ser ms puracuando atraviesa gruesas capas de tierra fina, arenosa, que cuando seinfiltra a travs de terrenos agrietados. Pero el agua subterrnea puedetambin arrastrar sustancias extraas que se encuentran en los terrenospor los que atraviesa, as como microorganismos provenientes de lasuperficie de la tierra, de pozos negros u otro origen. Desafortunadamen-te el incremento de construcciones impide la infiltracin del agua alsubsuelo o la deforestacin que provoca el arrastre del suelo suelto dandoorigen a un suelo compacto o rocoso, ocasionando que los mantosacuferos se sequen o el volumen del agua subterrnea disminuya.

    USOS DEL AGUA DULCE

    Del uso que se le da al agua dulce a nivel global, la irrigacin de loscultivos representa casi el 70% y aunque muchos cultivos se riegan con

    7 Informacin tomada de la Revista National Geografic, Marzo, p. 81.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO24

    8 Bernrdez A., El agua en cifras, Revista CESPEDES (Comisin de Estudios del Sector Privado parael Desarrollo Sustentable), vol. 1, nm. 5. http://www.cce.org.mx/cespedes.

    9 Tomado de la pgina: http://fomcec.mty.itesm.mx/ecologia101/acaparan.html.

    La gran cantidad de agua que se utiliza con fines agrcolas se debe a quela mayora de los sistemas de irrigacin son ineficientes, por ejemplo, sepierde aproximadamente el 60% por la evaporacin o reflujo de losros y del subsuelo. Otros usos del agua indican que se requiere aproxi-madamente 250 litros de agua para producir 1 kg de alfalfa verde o dis-poner de 10,000 m3 de agua para producir una tonelada de leche o 30,000m3 de agua para producir 1 tonelada de carne.9 Otros consumos de aguapara producir alimentos se dan en la tabla 1.1.

    agua de lluvia, la tierra que se irriga es la ms productiva y contribuyecon casi 40% de la produccin total de alimentos, aunque representaslo el 17% de la tierra cultivada. Otra gran proporcin de agua sedestina a las actividades industriales y otra parte para el consumo doms-tico que representa aproximadamente el 10 por ciento. En Mxico, elconsumo de agua por sector se indica en la grfica 1.2.8

    Grfica 1.2. Consumo de agua en Mxico

    83% Agricultura

    12% Uso domstico

    3% Uso industrial2% Acuacultura intensiva y otros

  • 25CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    En los procesos industriales tambin se consume agua, por ejemplo,para producir 1 tonelada de acero se utilizan 250,000 litros de agua ypara producir 1 tonelada de papel se requieren de 220,000 a 380,000litros de agua.

    Tabla 1.110

    m3 de aguaProducto Unidad equivalentes

    Ganado bovino Cabeza 4,000Cabras y ovejas Cabeza 4,500Carne fresca de pollo kg 4,006Cereales kg 4,001.5

    Para uso domstico, el consumo es variable; oscila desde unos 25 litrospor persona/da en el medio rural, hasta ms de 200 litros por perso-na/da en el medio citadino, inclusive en los Estados Unidos se tiene unconsumo por persona/da de 450 litros de agua.

    El agua limpia que se utiliza en los hogares citadinos, se convierteen agua residual que transporta en promedio 34 kg de materias fecalespor persona/ao; de tal manera que en una poblacin de 100,000 ha-bitantes se generan en promedio 3,400 toneladas de heces fecales y42,800 m3 de orina al ao ms lo que muchos talleres, fbricas u hos-pitales tiran en sus aguas residuales al drenaje urbano. Desafortunada-mente ms del 90% de los pases en desarrollo no cuentan con sistemasde tratamiento de aguas residuales. Toda esta agua contaminada se viertea los arroyos y otros cuerpos de agua.

    10 UNESCO, Agua para todos, agua para la vida, Informe de las Naciones Unidas para el desarrollo de losrecursos hdricos del mundo, p. 17.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO26

    INCREMENTO POBLACIONAL

    Todo este consumo de agua para los fines mencionados se ha idoincrementando conforme ha ido creciendo la poblacin mundial. Si seobserva la grfica 1.3, el mayor incremento poblacional se ha venidoacentuando despus de la segunda guerra mundial (hace poco menos de60 aos).

    Somos en este planeta aproximadamente 6,300 millones de perso-nas, sin contar con otros seres vivos que demandan alimentos que re-quieren agua, fbricas que usan en su proceso agua o para uso en nuestrohogar.

    Cada ao se incrementa la poblacin en este planeta, aproximada-mente 77,000 millones de habitantes (200,000 personas cada da), aun-que existen pases con mayor ndice de fertilidad que demandarn cadavez ms agua (tabla 1.2).

    Grfica 1.3. Incremento de la poblacin mundialen el transcurso de los aos

    Mill

    ones

    hab

    itan

    tes

    Ao

    1000

    2000

    7000

    6000

    5000

    4000

    3000

    0

    1750

    1760

    1770

    1780

    1790

    1800

    1810

    1820

    1830

    1840

    1850

    1860

    1870

    1880

    1890

    1900

    1910

    1920

    1930

    1940

    1950

    1960

    1970

    1980

    1990

    2000

    g. 1.4 In

  • 27CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    Tabla 1.2. Relacin de fertilidad de algunos pases.11

    11 Thoraya Ahmed Obaid, Executive Director, UN Population Fund (UNFPA) http://www.earth-policy.org/Indicators/indicator1_data4.htm

    12 Informacin tomada del Movimiento ciudadano por el agua http://www.mcaa.org.mx

    Relacin defertilidad

    Poblacin (nm. de hijosPas (millones) por mujer)

    Repblica del Congo 54 7.0Uganda 24 6.9Etiopa 65 5.9Nigeria 127 5.8Pakistn 145 5.6Egipto 70 3.5Bangladesh 134 3.3India 1033 3.2Mxico 100 2.8Indonesia 206 2.7Brasil 172 2.4

    Tomemos como ejemplo la Ciudad de Mxico donde el incrementopoblacional ha obligado a importar agua de los estados vecinos, princi-palmente del Lerma y Cutzamala. Aunado al consumo real, existen fu-gas caseras y de la red hidrulica que se est deteriorando cada vez ms,estimndose un 50% de las prdidas de agua por filtraciones.

    Se menciona por ejemplo que el agua extrada de 18 pozos en elMunicipio de Ecatepec, Estado de Mxico, el 80% de esa agua se destinaal Distrito Federal.12

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO28

    Conflictos

    Con este incremento poblacional se estima que para el 2025, dos terce-ras partes de la poblacin mundial probablemente vivan en pases conescasez moderada o severa de agua. El planeta sufrir una grave escasezde agua y se acentuar en varios lugares de Amrica Latina y ms enalgunos pases de frica y el Medio Oriente, pudiendo provocar gue-rras entre naciones.

    Para darse una idea del problema, el continente africano tiene unconsumo de agua dulce por persona de 50 m3 frente a un promediomundial de 650 m3 o de 1,200 m3 en los pases industrializados y2,100 m3 en Estados Unidos. Algunos de los pases ms pobres en tr-minos de agua disponible por persona son: Kuwait con 10 m3 por ao,seguido por la franja de Gaza con 52 m3 por ao, los Emiratos rabesUnidos con 58 m3, Bahamas con 66 m3 por ao, Qatar con 94 m3 porao, etctera.13

    En el caso de Kuwait durante la guerra del Golfo, Irak destruy casitodas sus plantas de desalinizacin y a su vez la coalicin aliada destru-y las fuentes de abastecimiento de agua de Bagdad.

    En lugares donde existen grandes ros comienzan a haber conflictoso disputas como es el caso del adeudo de agua de Mxico a los EstadosUnidos por el dramtico descenso del agua en el ro Conchos y otrosafluentes del ro Bravo.

    Otros casos son la acusacin de Siria e Irak contra Turqua de arre-batarles el agua por construir una serie de presas a lo largo de los rosTigres y ufrates, o la acusacin de los libaneses y sirios contra Israel ystos a su vez usan el agua como represin contra los palestinos, slopor mencionar unos casos. La figura 1.2 ilustra algunos encabezados dela prensa.

    13 Valores tomados de la pgina: http://www.wateryear2003.org/es/ev.php-URL_ID=3697&URL_DO=DO_TOPIC&URL_SECTION=201.html

  • 29CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA PARA USO DOMSTICO

    Desertificacin

    Otros de los problemas que se quiere mencionar porque est ligado a ladisposicin del agua dulce, son la desertificacin o degradacin de lastierras. En la Convencin de las Naciones Unidas de lucha contra la deser-tificacin y la sequa, en el Artculo 1, definen: La desertificacin es la de-gradacin de las tierras de zonas ridas, semiridas y subhmedas secasresultante de diversos factores tales como las variaciones climticas y lasactividades humanas.14

    14 Consultar el documento en la pgina: http://www.cinu.org.mx/eventos/conferencias johannesburgo/documentos/Lucha%20contra%20desertificaci%F3n.doc

    Figura 1.2

    Fig. 1.5

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO30

    Los procesos responsables de la desertificacin son: la degradacinde la cubierta vegetal (deforestacin), la erosin hdrica (este procesose acelera por las actividades humanas como la deforestacin), la erosinelica, la salinizacin, la reduccin de la materia orgnica del suelo, lacompactacin del suelo y por la acumulacin de sustancias txicas paralas plantas o animales.

    En este proceso, el hombre ha estado contribuyendo significativa-mente, de tal manera que si no se detiene o revierte la desertificacin,en muchas reas afectadas disminuir la produccin de alimentos y po-dr causar hambrunas, aunado a las inundaciones por el arrastre o desli-zamientos de tierras. El mapa 1.1 muestra la degradacin de suelos anivel global.

    Mapa 1.1

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 31

    2. SISTEMAS DE CAPTACIN DEAGUA DE LLUVIA

    Se estima que alrededor de 100 millones de personas en el mundo de-penden parcial o totalmente de estos sistemas; muy tiles para zonasrurales donde las casas estn aisladas y abastecerlas mediante un siste-ma convencional de agua potable, resulta muy costoso.

    La ventaja que ofrece este sistema es que las casas o edificios cuen-tan con patios que son reas de captacin, por lo que su costo no essignificativo. As tambin la calidad del agua de lluvia en el medio ruralllega a ser mejor que otras fuentes de abastecimiento; es decir, son unafuente de agua limpia, de bajo contenido de sales, de bajo costo y nocontaminada. Algunas de las desventajas que ofrece el sistema, son:

    El agua de lluvia no es controlable y no se dispone durante laspocas de sequa.

    El agua de lluvia puede llegar a contaminarse por la excreta de losanimales y por la materia orgnica (hojas).

    Las cisternas o tanques tienen un alto costo de construccin y puedeser limitante para muchas familias de bajos recursos econmicos.

    El almacenamiento de agua puede inducir la presencia de mosqui-tos si no se cubre, los cuales pueden producir algunas enfermeda-des en el hombre y en algunas ocasiones puede ser que el tamao

    31

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO32

    tamao de la cisterna est limitado por el costo de construccin yque el agua disponible para el uso domstico no sea suficientepara la familia.

    HISTORIA

    Los sistemas de captacin de agua de lluvia se han practicado desde quesurgieron los primeros asentamientos humanos; se tiene conocimiento deque se empez a utilizar hace ms de 4,000 aos en la antigua Mesopotamia(Irak) e igualmente muchas fuentes bibliogrficas mencionan que los anti-guos colonizadores del desierto de Negev, en Israel, hace unos 4,000 aosencausaban el agua de las montaas a las partes bajas para irrigar sus cul-tivos; as tambin disponan de almacenamientos subterrneos de unos300 m3, suficientes para 10 familias con sus rebaos.

    En la India se tiene conocimiento que al inicio de la era budista, losmonjes vivan en zonas montaosas y en una caverna cercana a Bombayy en otros lugares ms, labraron en la roca una serie de canaletas y cis-ternas para almacenar agua para uso domstico.15 En templos como elde Madurai (Templo de Sri Meenakshi, consorte del seor de Shiva),uno de los lugares sagrados de los Indios, tuvo enormes tanques deagua de donde dependan las comunidades de alrededor para sus nece-sidades domsticas.

    As tambin en Tailandia, la existencia de sistemas de captacin deagua de lluvia se remonta desde hace ms de 2000 aos. Ms reciente-mente, se menciona que despus de los aos 80 se construyeron en co-munidades rurales ms de 12 millones de tanques de ferrocemento dediferentes capacidades para almacenar agua para uso domstico;16 tam-bin se han construido miles de tanques de ferrocemento en Indonesia,Singapur y otros pases orientales.

    15 Adhityan A. and Soma W. Harvesting water from the sky. Peopleandplanet.net16 Proceedings of the 6th International Conference on Rainwater Catchmant Systems, Nairobi, Kenya-Au-

    gust 1993, http://www.ircsa.org/6th_forward.html

  • SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA 33

    Igualmente se tienen antecedentes en el Norte de Mxico y Sur deEstados Unidos que los antiguos aztecas, incas y mayas, utilizaban siste-mas de captacin de agua de lluvia, aunque de forma no masiva. Lafigura 2.1 indica una cisterna maya llamada Chultum de 5 m de dime-tro con capacidad de 45,000 litros de agua y un rea de captacin de 150metros cuadrados.17

    Figura 2.1. Cisterna maya denominada Chultum(vase pie de pgina 15)

    17 Informacin tomada de la pgina: http://www.irpaa.org.br/colheita/02.htm#2

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO34

    CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA EN TECHOS

    El sistema de captacin de agua de lluvia puede ser tan sencillo comogeneralmente se emplea en pases en desarrollo o tan sofisticado contratamientos automticos en cada proceso y con monitoreo electrnico.Un sistema tpico para nuestro caso, es el mostrado en la figura 2.2,compuesto por los siguientes elementos:

    a) rea de captacinb) Recoleccin y conduccinc) Interceptor y filtrod) Almacenamiento

    Figura 2.2. Elementos que conforman un sistema decaptacin de agua de lluvia en techos

    rea de captacin

    Recoleccin y conduccin

    Interceptor y filtro

    Almacenamiento

  • 35SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    a) El rea de captacin. Es el rea del techo proyectado de formahorizontal el cual debe tener una pendiente que facilite el escurri-miento del agua al sistema de recoleccin. El material de techoms recomendable es la lmina galvanizada, aunque en el mediorural se encuentran techos de fibrocemento, tejas de arcilla, pal-ma, losas de concreto, etc. La ventaja que proporciona la lminagalvanizada es que presenta una superficie lisa de fcil escurri-miento y efecto esterilizante debido al calentamiento del metalpor el sol.

    Cuando llueve existen prdidas de agua en el techo debido a infiltraciones;por evaporacin del agua que humedece la superficie y por salpicadurasdebido a fuertes vientos. Estas prdidas se representan como un coefi-ciente de escurrimiento y es un nmero entre 0 y 1. La expresin (1-CR) seinterpreta como la eficiencia de captacin de agua del techo en un ao;as tenemos algunos valores para techos de algunos materiales:

    Material del techo ( 1-CR )Lmina galvanizada > 0.9,Lmina de asbesto 0.8 a 0.9Teja 0.6 a 0.9Materia orgnica (ejemplo palma) 0.2

    Cuando el rea de captacin es la superficie del terreno, se toman encuenta valores muy bajos, pero si son superficies pavimentadas se con-sidera un valor de 0.6 a 0.7

    b) Recoleccin y conduccin. Generalmente lo constituyen las cana-letas que van adosadas a los aleros de los techos, en donde el aguase recolecta y conduce por medio de tuberas al tanque de alma-cenamiento. En el caso de techos planos de losas de concreto, serecomienda conducir el agua hacia un punto donde se capte y ca-nalice a la cisterna (figura 2.3).

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO36

    El material de las canaletas debe ser liviano, resistente y fcil de unir laspiezas entre s; pueden ser de lmina galvanizada (dobladas en formade V o U), PVC, bamb, etc. (figura 2.4). En esta misma figura semuestra una canaleta hecha de lmina galvanizada doblada burdamente,pero funciona para recolectar el agua de lluvia.

    Figura 2.3. Captacin y recoleccin de agua en un techo plano

    Figura 2.4. Formas de canaletas

  • 37SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Las dimensiones de las canaletas estarn en funcin de las dimensionesdel techo y de la precipitacin, aunque se ha comprobado que para techosde viviendas de aproximadamente 60 m2, son suficientes canaletas con sec-cin de tubo de 15 cm (6) o de seccin cuadrada de 18.9 cm y 1% dependiente. Otro detalle importante que debe tomarse en cuenta, es que laseparacin entre el alero del techo y la canaleta debe ser mnima para evitarque el agua sujeta a vientos fuertes no caiga fuera de ella (figura 2.5).

    Para darse idea del tamao de la canaleta requerida, se utiliza la frmulade Manning:

    Donde: Q = Flujo de la canaleta en m/sA = rea de la seccin transversal en m2n = Coeficiente de rugosidad de la canaleta = 0.01 a 0.015R = Radio hidrulico en m = A/p.p = Permetro mojado en mS = Pendiente

    21

    311 SR

    nAAvQ ==

    Figura 2.5

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO38

    Es importante que en el rea del techo no caigan hojas o excremen-to de las aves; en este caso es necesario limpiar las canaletas continua-mente antes de canalizar el agua al tanque de almacenamiento.

    Para la conduccin del agua de la canaleta al tanque, es suficientepara viviendas una tubera de 2; pero si existe en la zona una alta pre-cipitacin o el rea de captacin es grande, se recomienda utilizar tube-ra de mayor dimetro. En nuestro caso se recomienda utilizar tuberade PVC sanitario, porque es el ms econmico, pero se puede utilizarPVC hidrulico, tubera de fierro galvanizado, etc. En el captulo 6, sedar un ejemplo prctico de cmo se instal el sistema de recolecciny conduccin del agua de lluvia.

    c) Interceptor y filtro. Antes de conducir el agua al tanque, se reco-mienda colocar un dispositivo de descarga para que los materialesindeseables de las primeras lluvias no lleguen al filtro y al tanque. Serecomienda por ejemplo utilizar un recipiente de plstico como semuestra en la figura 2.6,18 y de manera personal se construy un dis-positivo en el cual aparece el interceptor y filtro en un solo registro,con excelentes resultados (figura 2.7).

    Una forma ms sencilla y econmica, es el arreglo mostrado en la figura2.8 (izquierda), teniendo cuidado de tener abierta la tubera para des-alojar las primeras aguas que lavan el techo.

    Con relacin al filtro, es importante que el agua de lluvia pase a unregistro que contenga material filtrante como grava, arena y carbn ac-tivado. La figura 2.8 (derecha), muestra un filtro colocado en la partesuperior de un tanque de ferrocemento.

    18 CEPIS OPS, Gua de diseo para la captacin de agua de lluvia, Unidad de apoyo tcnico de saneamientobsico rural.

  • 39SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Figura 2.6. Dispositivo interceptor de las primeras aguas.Cuando la tubera de 3 se llene de agua al igual que elrecipiente, la bola de jebe tapa la entrada y el agua se

    canaliza a la cisterna (vase pie de pgina 16)

    Viene de la canasta

    Tubera de 2 de dimetro

    A la cisterna

    Recipiente de plstico

    Salida

    Niple fo.go. de 11/2con tapn

    Codo de 2

    Reduccin de 3 a 2Tubera de 3Bola de jebe

    Reduccin de 3 a 1 1/2Niple de 1 1/ 2

    Reduccin de 2 a 1 1/ 2

    Tee de 2

    Figura 2.7. Registro a base de tabiques de cemento-arenapara alojar un tanque interceptor y el filtro

    Viene de la canasta

    Interceptor

    Desage

    Aplanado con morterocemento-arena 1:3A la cisterna

    Filtro

    Tapa de lmina

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO40

    Figura 2.8. Se recomienda colocar la Tee lo ms alto posible paradisponer de un mayor volumen interceptado (izquierda).

    Disposicin del material de filtro colocado sobresuperficial de ferrocemento (arriba)

    Nota 2

    Carbn activado. Se fabrica a altas temperaturas empleando madera, cs-cara de coco, carbn mineral, etc., con el fin de crear un material granularporoso con una alta rea superficial (aprox. 1000 m2/gr de carbn), crean-do un material adsorbente. La adsorcin consiste en que los tomos de lasuperficie del carbn activado atraen las molculas que causan mal olor, saboro color de las impurezas indeseables.

    El objeto de colocar un tanque interceptor es para captar las partculasque arrastra el agua del techo para posteriormente desecharla abriendola vlvula de desage. Del tanque interceptor (figura 2.7), el agua pasaal filtro compuesto por una capa de grava y una de arena, ambas con unespesor de aproximadamente 15 cm, con el fin de retener partculas quelogren pasar el tanque interceptor. Mas debajo de estas capas, debe

    Malla para proteccin

    Depsito o cisternade ferrocemento

    PerforacionesMalla metlica(para criba de arena fina)

    Malla demosquitero

    15 cm Grava15 cm Arena

    Carbn activado (2 kg)

    Tubera PVC(viene del techo)

    Viene de la canaleta

    Tubera de 2

    Nivel de piso

    A la cisterna

  • 41SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    colocarse una de carbn activado (figura 2.9) con la finalidad de filtrarel agua y quitarle el color, mal sabor y olor.

    d) Almacenamiento. Es el elemento ms importante del sistema decaptacin por su costo, pues representa aproximadamente el 90%del costo total del sistema. Su capacidad de almacenamiento debeser suficiente para el consumo diario de una familia, durante todoel ao y sobre todo durante la temporada de sequa; por supuestonos referimos al medio rural, donde el consumo por habitante/dano es mayor a 25 litros de agua, a diferencia del consumo por habi-tante en las ciudades, que muchas veces es mayor de 150 litros/per-sona/da.

    Tipos de tanques de almacenamiento. Los tanques pueden clasificarseen funcin a su posicin con respecto al nivel del terreno, as se tienen:

    Figura 2.9. (Izquierda) carbn activado en grnulos colocadoen el registro como parte del filtro. (Derecha) vista en el

    microscopio de una parte de un grnulo

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO42

    Tanques elevados. Tanques superficiales (asentados en la superficie del terreno). Tanques semienterrados. Tanques enterrados, conocidos comnmente como cisternas.

    Los tanques o depsitos pueden construirse o fabricarse de diferentestipos de materiales como: lminas de acero galvanizado, fibra de vidrio,plstico (PVC),19 concreto, ferrocemento, mampostera, etc. (figura 2.10).

    19 Jennings Richard, Water harvesting in semi arid regions, Earthwrights Designs Technology and Nature,Santa Fe, Nuevo Mxico, USA.

    Figura 2.10. Tanques superficiales de PVC (arriba) y tanquesenterrados de lmina galvanizada (abajo). Fotos tomadas

    de internet (vase pie de pgina 17)

  • 43SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Requisitos. Los tanques o depsitos de almacenamiento de agua de-ben considerar los siguientes requerimientos:

    Tener suficiente resistencia estructural ante fenmenos naturales(sismo).

    No deben de permitir que pase la luz y evitar la entrada de polvo einsectos. La luz genera la aparicin de algas (agua con tonalidadverde) y los insectos encuentran un lugar apto para reproducirse.

    Tener un dispositivo de filtrado. Para el medio rural y por cuestio-nes econmicas, es suficiente un filtro a base de grava, arena y car-bn activado para obtener agua apta para uso domstico.

    Tener una tubera de entrada del agua de la canaleta al tanque dealmacenamiento.

    Tener un dispositivo de extraccin del agua por gravedad (llavede toma).

    Tener un dispositivo para eliminar el agua de excedencias sin daaral tanque o su cimentacin.

    Tener una tapa de acceso al interior para limpieza y reparaciones. Tener un dispositivo para eliminar el agua durante su limpieza

    (desage).

    Con relacin a la forma, los tanques pueden ser cilndricos, esfri-cos, cbicos, etc. En el caso del ferrocemento, este material permite laconstruccin de cualquier forma y por su facilidad de construccin serecomienda la forma cilndrica con una tapa o cubierta que general-mente es un domo (figura 2.11).

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO44

    Las ventajas y desventajas de construir un tanque superficial o enterradose indican en la tabla 2.1.

    Ventajas y desventajas

    Descripcin Tanque superficial Tanque enterrado

    Sistema de captacin Capta el agua de los techos Puede captar el agua del techodel agua de lluvia. si est a un nivel inferior. y de superficies limpias a nivel

    del terreno.Puede requerir o no un espacioen la superficie.

    contina...

    Figura 2.11. Tanque cilndrico de ferrocemento

    Tabla 2.1. Tanque superficial o enterrado

  • 45SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Ventajas y desventajas

    Descripcin Tanque superficial Tanque enterrado

    Caractersticas del El suelo es menos resistente El suelo es ms firme paraterreno de si est suelto o contiene soportar las cargas y lascimentacin. mucha materia orgnica, paredes del tanque pueden

    provocando problemas de ser ms delgadas.estabilidad.

    Presin del terreno No lo tiene. Cuando el tanque est vaco,lateral. el suelo poco compacto

    puede ejercer una presinimportante.

    Presin del agua. Las paredes del tanque estn La presin que ejerce el aguasujetas a la presin del agua a las paredes del tanquey se incrementa durante los disminuye por la presinsismos. La falla puede ser que ejerce del otro lado elms peligrosa. terreno y el tanque es ms

    estable durante los sismos.

    Efectos de la Las paredes del tanque estn Las paredes estn msintemperie. sujetas a esfuerzos de protegidas a los efectos

    expansin o contraccin del intemperismo.por calentamiento yenfriamiento.

    Efectos del nivel El nivel fretico no lo Si el nivel fretico estfretico. afecta. superficial, el tanque puede

    flotar cuando est vaco.

    Temperatura La temperatura cambia La temperatura se mantienedel agua. conforme sta vare en el ms fresca y uniforme.

    exterior.

    Reparacin de grietas. Las grietas son ms visibles Es difcil detectar las grietasy fciles de reparar. y la reparacin es ms

    costosa.

    contina...

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO46

    Ventajas y desventajas

    Descripcin Tanque superficial Tanque enterrado

    Contaminacin del Es difcil que el agua se El agua almacenada puedeagua almacenada. contamine si el tanque contaminarse por aguas negras

    tiene la tapa bien sellada, de letrinas cercanas si lassalvo por los contaminantes paredes del tanque tienenque le llegan del techo. alguna permeabilidad o por

    introduccin del agua en latapa de registro durante lastormentas si no estn selladas.

    Toma del agua. La toma (grifo) se encuentra Para disponer del agua sems cercana a la superficie requiere bombearla, salvodel terreno. si la topografa del terrenoSu limpieza es ms fcil. permite colocar una llave

    (grifo) ms abajo para queel agua fluya por gravedad.

    Susceptibilidad a Est ms expuesto a golpes El tanque puede daarse pordaos por agentes e impactos. races de rboles o por elexternos. trnsito de personas y peque-

    os vehculos en la cubierta.

    Costo. Ver costo en el ejemplo. Se incrementa por lostrabajosde excavaciny uso de bombeo.

    Diseo del sistema de captacin de agua de lluvia. Para el diseo deben conside-rarse factores importantes como: precipitacin pluvial (cantidad, frecuen-cia y distribucin), rea de captacin, demanda o volumen de aguarequerida, capacidad de almacenamiento, costo de materiales.

    Requerimiento de agua. Es importante conocer los consumos de aguapara cada una de las actividades en una vivienda, como son para bebery preparacin de alimentos, para higiene personal y aseo de la casa,para lavado de ropa, riego del jardn, etc. Para el medio rural es sufi-ciente una dotacin total de 25 litros por persona/da, aunque puedeaumentar en zonas calurosas y si tienen animales domsticos debe cono-

  • 47SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    cerse el consumo diario por animal. La tabla 2.2 proporciona algunosvalores aproximados.

    Para entender lo anterior, hagamos un ejemplo: Consideremos una fa-milia rural compuesta por 6 personas con una docena de gallinas, doce-na de pavos y 2 perros; su consumo de agua promedio diario es de:

    Consumo de aguaEspecie de animal por da (litros)

    Cerdos en la ltima etapade crecimiento 6 a 8Vacas adultas secas 57Cabras productoras de leche 11.2Gallinas de 1.3 kg de PV 3.25Pavos de 10 semanas de edad 4 a 5Perros 6

    Consumo de agua por las 6 personas x 25 litros/persona x da= 150 litros/da.

    Consumo de agua por las 12 gallinas x 3.25 litros/gallina x da= 39 litros/da.

    Consumo de agua por los 6 pavos x 5 litros/pavo x da= 30 litros/da.

    Consumo de agua por los 2 perros x 6 litros/perro x da= 12 litros/da.

    Consumo total de agua por da= 231 litros/da.

    Consumo total de agua por mes= 231 litros/da x 30 das = 6,930 litros/mes.

    Volumen de captacin. Para conocer la cantidad de agua que se puede cap-tar, es necesario conocer datos de precipitacin pluvial y del rea decaptacin.

    Fuente: Informacin tomada de la pgina: http://www.unep.org/dpdl/water/Management/index.asp

    Tabla 2.2. Agua requerida por algunos animales domsticos

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO48

    El rea de captacin es el rea en proyeccin horizontal del techode una vivienda, es decir, es el rea donde caer la lluvia que se puedecaptar, como se indica en la figura 2.1. En caso de que el rea de te-chumbre o techumbres no sea suficiente, se pueden utilizar otras reasde captacin como patios pavimentados, terrazas, etctera.

    Con relacin a la precipitacin pluvial, generalmente vienen expresa-dos en mm; esto quiere decir que cada vez que cae una lluvia, el aguaforma una lmina de agua cuya altura se expresa en mm, de forma quecuando se dice que en los Valles Centrales de Oaxaca se tiene una precipi-tacin promedio anual de 770 mm, quiere decir que de la lluvia que caedurante un ao se forma una lmina de agua de 0.77 m, lo que se interpre-ta que por cada metro cuadrado se capta en promedio cada ao 770 li-tros de agua (cada mm de precipitacin representa 1 litro de agua/m2).

    Estos datos de precipitacin se consiguen en dependencias estataleso federales como es la Comisin Nacional del Agua, solicitando cuan-do menos registros mensuales de los ltimos 15 aos.

    Nota 3

    La precipitacin se registra con equipos denominados pluvimetros opluvigrafos ubicados en estaciones climatolgicas existentes en diversossitios de la Repblica Mexicana.

    Adems de datos de precipitacin, en estas estaciones existen otros equi-pos para registrar temperaturas, evaporacin, velocidad del viento, etc., in-formacin que utilizan los meteorlogos para el pronstico del tiempo,por ejemplo.

    Coeficiente de escurrimiento. Cuando el agua cae y escurre, ocurren prdidaspor varias causas, como ya se explic anteriormente; estas prdidas pue-den variar de 5 a 10%; de igual manera, puede haber prdidas cuando elagua est almacenada en el tanque, ya sea por evaporacin o por peque-as filtraciones o fugas, pudiendo considerar otros 5 o 10%. Esto indicaque la eficiencia del sistema ya no es captar el 100% de la precipitacin,sino un valor menor denominado coeficiente de escurrimiento (1-Cr).

  • 49SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Como ejemplo, vamos a suponer que los valores de precipitacinpromedios mensuales en nuestra zona o regin de los ltimos 15 aosson los indicados en la tabla 2.3 y que la vivienda tiene un rea de te-chumbre de 6 m x 10 m = 60 m2; por lo tanto el volumen promedioanual que se puede captar considerando un coeficiente de escurrimientodel 80%, es:

    Volumen de agua captada al ao = 30.7864 m x 60 m2 x 0.80= 37.75 m3 = 37,750 litros

    Una interpretacin a este resultado, es que el volumen de agua quese puede captar permite abastecer a la familia rural del ejemplo ante-rior, por un tiempo de:

    6, 37,750 l 6,930 l/mes

    Tabla 2.3. Valores promedios mensuales de precipitacin

    PrecipitacinMes (mm)

    Enero 6.2Febrero 13.6Marzo 9.3Abril 36Mayo 76.6Junio 84.2Julio 144.6Agosto 186.2Septiembre 101.3Octubre 120.2Noviembre 8Diciembre 0.2Prom. anual 786.4

    = 5.45 meses

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO50

    Un clculo ms preciso consiste en elaborar una tabla en la cual se indi-can los valores promedios mensuales de precipitacin (columna 1 y 2 de latabla 2.4), el consumo o demanda de agua que requiere la familia cada mes(columna 3) y la cantidad de agua que se puede captar mensualmente en eltecho (columna 5) ya afectada por el coeficiente de escurrimiento.

    Al sumar el consumo anual que requiere hacer la familia (columna 3) ycompararlo con el volumen de agua que capta el techo anualmente (sumacolumna 5), se observa que el rea del techo de 60 m2, no es suficiente;por lo que habr la necesidad de incrementar el rea de captacin (lasuma de la columna 5 debe ser igual o mayor que la columna 3).

    El rea requerida para captar 83.16 m3 de agua se determina de lasiguiente manera:

    Area de captacin (m2) x 0.7864 m x 0.80 = 83.16 m3, despejando elrea:

    = 132 m283.16m3

    0.7864m3 0.8

    Tabla 2.4. Clculo para un rea de techo de 60 m2

    1 2 3 4 5Precipitacin Demanda Alimentacin

    Mes (mm) (m3 mes) Coef (m3/mes)

    Enero 6.2 6.93 0.8 0.298Febrero 13.6 6.93 0.8 0.653Marzo 9.3 6.93 0.8 0.446Abril 36 6.93 0.8 1.728Mayo 76.6 6.93 0.8 3.677Junio 84.2 6.93 0.8 4.042Julio 144.6 6.93 0.8 6.941Agosto 186.2 6.93 0.8 8.938Septiembre 101.3 6.93 0.8 4.862Octubre 120.2 6.93 0.8 5.770Noviembre 8 6.93 0.8 0.384Diciembre 0.2 6.93 0.8 0.010 Suma 786.4 83.16 37.747

  • 51SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Al realizar un nuevo clculo con el rea requerida (tabla 2.5) y altener la diferencia entre los valores mensuales de la columna 5 (lo que secapta por la lluvia) y la columna 3 (lo que se consume en la vivienda)anotados en la columna 6, la suma total en sta, debe ser igual o mayorde cero.

    Tabla 2.5. Clculo para un rea de captacin de 132 m2

    1 2 3 4 5 6 7Diferencia

    Precipi- Demanda Alimenta- Diferencia acumuladaMes tacin (mm) (m3 mes) Coef cin (m3/mes) (m3/mes) (m3/mes)

    Enero 6.2 6.93 0.8 0.65 -628 -6.28Febrero 13.6 6.93 0.8 1.44 -5.49 -11.77Marzo 9.3 6.93 0.8 0.98 -5.95 17.72Abril 36 6.93 0.8 3.80 -3.13 -20.85Mayo 76.6 6.93 0.8 8.09 1.16 -19.69Junio 84.2 6.93 0.8 8.89 1.96 -17.72Julio 144.6 6.93 0.8 15.27 8.34 -9.39Agosto 186.2 6.93 0.8 19.66 12.73 3.35Septiembre 101.3 6.93 0.8 10.70 3.77 7.11Octubre 120.2 6.93 0.8 12.69 5.76 12.88Noviembre 8 6.93 0.8 0.84 -6.09 6.79Diciembre 0.2 6.93 0.8 0.02 -6.91 -0.12 Suma 786.4 83.16 83.04

    En la columna 7 se anotan los valores de consumos acumulados, es de-cir, en el mes de febrero se tiene el volumen de agua del mes de eneroms lo que se consume en el propio mes y as sucesivamente (en estecaso es negativo por la falta de lluvia).

    Se observa en estos valores un consumo mximo (acumulado) en elmes de abril de 20.85 m3 (temporada de sequa) y otro volumen mxi-mo que debe almacenarse por los excedentes en la temporada de lluvia(en octubre) de 12.88 metros cbicos.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO52

    Al sumar ambos valores, se obtiene el volumen del tanque de alma-cenamiento requerido (20.85 + 12.88 = 33.73 m3).

    Dimensiones del tanque. Se ha mencionado que empleando elferrocemento se pueden hacer tanques de cualquier forma, pero lo mscomn y fcil de construir es de forma cilndrica. Como la forma deltanque lo da el esqueleto de acero que es la malla electrosoldada; stageneralmente viene en rollos de 2.50 m de ancho x 40 m de largo, porlo tanto, la altura del tanque ser de 2.30 m y los 20 cm restantes sedoblarn hacia el exterior para formar un aro superior como se apreciaen la figura 2.12.

    Para calcular las dimensiones del tanque del ejemplo, se parte de lafrmula del volumen de un cilindro V, que es:

    V = r 2.h

    Donde:

    V = volumen del tanque = 33.7 m3h = altura del cilindro = 2.30 mr = radio del cilindro

    Despejando el radio y sustituyendo valores, se tiene:

    r =

    = 2.16 m

  • 53SISTEMAS DE CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA

    Figura 2.12. Arriba, rollo de malla electrosoldada con ancho de2.50 m x 40 m de largo. Al formar el cilindro con una altura

    de 2.30 m, los 20 cm restantes se doblarn al exteriorpara recibir la tapa y formar un anillo (abajo)

    Por lo tanto las dimensiones del tanque requerido del ejemplo, es:

    d = dimetro = 4.32 mh = altura = 2.30 m

    doblez 20 cm

    2.30 m

    2.30 m

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO54

  • 55PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    3. QU ES EL FERROCEMENTO

    El trmino ferrocemento se respeta debido a que con ese nombre fuepatentado en 1855 por el francs Joseph Louis Lambot y es un materialsimilar al concreto en el que se elimina la grava y en lugar de reforzarlocon barras de acero (varillas), se utilizan varias capas de malla de alam-bre delgado como malla hexagonal o de gallinero, malla electrosoldada,metal desplegado, etc., y algunas varillas. Esta tcnica despus fue olvi-dada durante varias dcadas, hasta que el italiano Nervi lo popularizconstruyendo barcos y estructuras para cubrir grandes espacios. Aunas, fue hasta la dcada de los sesenta del siglo XX en que varios pasescomenzaron a experimentar y utilizar el ferrocemento en varias disci-plinas, como Canad, Estados Unidos, La ex Unin Sovitica, China,India, Cuba, Malasia, Tailandia, Mxico, entre otros.

    Dada la importancia que fue adquiriendo el ferrocemento, en 1975se forma el Comit 549 del American Concrete Institute (ACI) y en 1976 sefunda el International ferrocement Information Center (IFIC) con sede enTailandia, donde se recopila toda la informacin sobre desarrollo, inves-tigacin y aplicacin del Ferrocemento y se difunde a travs de publica-ciones como el Journal of ferrocement que se publica trimestralmente.

    El objetivo del ACI es estudiar y reportar todo lo relacionado alferrocemento y materiales similares en cuanto a sus propiedadesingenieriles, las prcticas constructivas, aplicaciones, desarrollo de nor-mas y reglamentos. Se han hecho publicaciones en la revista Concrete

    ANTECEDENTES

    55

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO56

    international, publicando este Comit 549 en 1985, la Design guide forferrocement construction y dentro de las normas del ACI, la parte 5 tratasobre el diseo del ferrocemento.20, 21

    APLICACIONES

    El ferrocemento presenta ventajas en la construccin de estructuras es-peciales de espesor pequeo, donde la geometra le otorga una resisten-cia y rigidez adecuadas. Al no emplear grava, la mezcla de arena-cementocon una consistencia pastosa, puede adherirse fcilmente al entramadode mallas embarrndola sin el uso de cimbra o encofrado, resultando unsistema muy artesanal pero ventajoso en la hechura de varias estructuras,como: viviendas, edificios pblicos, cortinas para pequeas presas, etc.(vase figura 3.1 y 3.2); en este caso, se emplea mano de obra abundantey la mayora no calificada de la cual se dispone en pases no desarrollados.

    20 Consultar ACI, State-of-the-art, Report on ferrocement, parte 5, Manual American Concrete Institute.21 ACI, Guide for the design, construction and repair of ferrocement, parte 5, Manual American Concrete

    Institute.

    Figura 3.1. Cpula de ferrocemento de 10 m de altura y 30 mde dimetro construida artesanalmente, embarrando el

    mortero cemento-arena a las mallas

  • 57PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Cuando la estructura o elemento se repite varias veces y se requiere unmejor control de calidad y mano de obra ms calificada, los elementospueden ser prefabricados empleando una cimbra o encofrado. Para elcaso de la figura 3.3, los elementos prefabricados despus se unieronde forma artesanal con mortero de cemento-arena para formar estan-ques de 1 m x 24 m (figura 3.4).

    Figura 3.3. Elementos prefabricados para formar lasparedes de los estanques

    Figura 3.2. Cortina de ferrocemento construido artesanalmente

    Presa de Huitzo, Oax.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO58

    Figura 3.4. Estanques para cultivos hidropnicos con elementosprefabricados de ferrocemento

    Adems de las tcnicas mencionadas, existen otros sistemas como lan-zar el mortero o colar el elemento en una superficie plana y poco des-pus durante el proceso de endurecimiento del mortero, darle la formarequerida.

    CARACTERSTICAS DEL FERROCEMENTO

    Adems de lo mencionado del ferrocemento, algunos autores han plan-teado algunas caractersticas que debe reunir este material, por ejem-plo, debe tener un factor de refuerzo mnimo de 1.8%, que es el volumendel refuerzo con relacin al volumen de mortero; asimismo, se debetener un mnimo de rea superficial o superficie especfica del acerocon respecto al volumen de mortero, de 0.5 cm2/cm3 (otros lo conside-ran de 0.8 cm2/cm3) hasta un mximo de 3 cm2/cm3 de mortero.

  • 59PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Para conocer el volumen de refuerzo, se emplea la siguiente frmula:

    100xVcVaVr =

    Donde:Va = volumen del acero de refuerzoVc = volumen del mortero

    Para entender algunos conceptos que se manejan en el ferrocemento, serealizarn ejemplos numricos.

    Ejemplo 1: Calcule el volumen de refuerzo para una losa de concretode 10 cm de espesor armada en ambos sentidos con varillas de 3/8 acada 15 cm y comprela con el volumen de refuerzo de una placa deferrocemento de 3 cm de espesor armada con un capa de malla electro-soldada 6-6-8/8 y 2 capas de malla de gallinero cal. 22 con abertura de. Las caractersticas de las mallas se indican en la tabla 3.1 y figura 3.5.

    Solucin. Se calcular primero el volumen de refuerzo de la losa deconcreto; para esto, se tomar slo una porcin de 15 x 15 cm (vasefigura 3.5a).

    Volumen del acero de 3/8 = 0.71 cm2 x 30 cm = 21.3 cm3Volumen de losa = 15 cm x 15 cm x 10 cm = 2,250 cm3Volumen de refuerzo = 21.3/2250 x 100 = 0.95%

    Alambre rea del alambreMalla (cm) (cm2)

    Varilla de 3/8 0.955 0.71Malla elctrica 6-6-8/8 0.411 0.13Tela de gallinero 3/4 0.072 (cal 22) 0.0041 (cal 22)

    Tabla 3.1

    a

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO60

    Clculo del volumen de refuerzo de la placa de ferrocemento. Deigual manera se tomar primero una porcin de placa de 6 x 6. Parala malla electrosoldada:

    Volumen del acero de los alambres = r2 . L= (0.411/2)2 x 15.24 x 2 tramos = 4.04 cm3

    Volumen de la placa = 15.24 cm x 15.24 cm x 3 cm= 696.77 cm3

    Volumen de refuerzo con la malla electrosoldada= 4.04/696.77 x 100 = 0.58%

    Figura 3.5. Del ejemplo: a) losa de concreto,b) placa de ferrocemento

    Para el clculo del volumen de refuerzo considerando la malla de galli-nero, se tomar solamente una porcin de la placa donde aparezca unsolo alambre, como se indica en la figura 3.5b.

    15 cm

    15 cm

    15 cm14.3 mm

    15 cm

    7.15 mm60

    4.13 mm

    a) b)

  • 61PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Volumen del alambre = rea seccin transversal x longitud= 0.0041 cm2 x 0.825 cm x 2 capas= 0.00676 cm3

    Volumen de la placa = 0.715 cm x 0.413 cm x 3 cm= 0.886 cm3

    Volumen de refuerzo con las mallas de gallinero= 0.00676/0.886 x 100= 0.76 %

    El volumen de la placa de ferrocemento es:

    0.58% + 0.76% = 1.34% < 1.8%

    De acuerdo a lo anterior, esta placa no se considera de ferrocementoy sera simplemente un mortero armado.

    Del ejemplo anterior, se observa que para que la placa sea conside-rada de ferrocemento, habr la necesidad de incrementar el nmero decapas de mallas; al respecto, el Instituto Americano del Concreto (ACI,por sus siglas en ingls) recomienda la siguiente expresin:

    Nmero de capas de mallas N 1.6 t, donde t = espesor del ele-mento en cm (vase pie de pgina nm. 19).

    Con relacin al recubrimiento, en el concreto son cuando menos 2 cm;en el ferrocemento pueden ser de 2 mm y cuando se trata de estructurasque van a contener agua, 5 mm. Esto hace que las estructuras deferrocemento sean de espesores muy delgadas, de 1 a 5 centmetros.

    Para calcular la superficie especfica, se calcula con la expresin:

    abto

    Sr =Donde: o= rea superficial total del refuerzo

    a, b = dimensiones de la losa y t = espesor

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO62

    Ejemplo 2. Con los datos del ejemplo anterior, calcular la superficieespecfica del concreto.

    Considerando el rea de 15 cm x 15 cm, es:

    rea sup. del acero (tramo de 15 cm) =permetro de la varilla ( x dim.) x 15 cm de longitud

    = 44.76 cm2 x 2 tramos= 89.53 cm2

    Volumen de la losa = 15 cm x 15 cm x 10 cm= 2,250 cm3

    rea especfica = 89.53 cm2/2,250 cm3= 0.0398 cm2/cm3

    El rea especfica de la placa de ferrocemento es:

    Para la malla electrosoldada:rea sup. del alambre = permetro del alambre x longitud

    = x 0.411 x 15.24= 19.68 cm2 x 2 tramos= 39.36 cm2

    Volumen de la placa = 15.24 cm x 15.24 cm x 3 cm= 696.77 cm3

    rea especfica para la malla electrosoldada= 39.36 cm2/696.77 cm3= 0.056 cm2/cm3

    Para las 2 capas de malla de gallinero de :rea sup. del alambre = x 0.072 cm x 0.0825 cm

    = 0.1866 cm2 x 2 capas= 0.373 cm2

    Volumen de la placa (vase figura 3.3b)= 0.715 cm x 0.413 cm x 3 cm= 0.886 cm3

    rea especfica = 0.373 cm2 / 0.886 cm3= 0.421cm2/cm3

  • 63PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    rea especfica de la placa de ferrocemento

    = 0.056 + 0.421 = 0.477 cm2/cm30.477 cm-1 < 0.5 cm-1

    De acuerdo a los especialistas, tampoco cumple para ser ferro-cemento. De los problemas anteriores se tienen las siguientes observa-ciones:

    La placa armada de 3 cm de espesor con 3 capas de mallas, nocumple con los requisitos para ser de ferrocemento.

    La placa delgada utiliza un mayor volumen de refuerzo que la placade concreto, as como tambin una mayor superficie especfica, esdecir, una mayor rea del refuerzo en contacto con el mortero.

    Las mallas de gallinero tienen una mayor rea especfica por teneralambres ms delgados que la malla electrosoldada o las varillas.

    Esto nos lleva a la conclusin de que un mayor nmero de capas de ma-llas de alambres delgados, tendrn una mayor rea superficial que esta-rn en contacto con el mortero, logrando que el material (ferrocemento)tenga un comportamiento ms homogneo y dctil que el concreto.

    La experiencia desarrollada en el CIIDIR IPN Oaxaca y en otras institu-ciones han constatado que el incremento de capas de acero tambin lohace econmico, de manera que las estructuras que se han diseado yconstruido han sido con el mnimo de capas de mallas de acero; tambinpor ser construidos por mano de obra local y de manera artesanal, losespesores han sido de 5 cm, haciendo que los requisitos mencionados nose cumplan y se trate de un material denominado simplemente como mor-tero de cemento-arena armado.

    Se ha mencionado que la tcnica del ferrocemento es recomendadopara pases en desarrollo donde abunda la mano de obra barata y el costode los materiales tambin lo debe ser; es por eso que el nmero de capas

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO64

    de mallas de acero que son las ms costosas, sea el mnimo. Desde estepunto de vista, se ha dicho que se respete el trmino ferrocemento cuan-do se utilice un mnimo de tres capas de mallas; este nmero de capasde mallas son las empleadas en la construccin de tanques, inclusive eltrmino ferrocemento abarca emplear otros materiales, como fibrasvegetales o fibras y mallas plsticas.

    Caractersticas de los materiales. La caracterstica de los materiales quedeben emplearse en la construccin de tanques de ferrocemento sonlos que se describen a continuacin:

    Agregados ptreos. Utilizan grava para la construccin de la losa obase del tanque y arena para la construccin de las paredes y tapa. Estasgeneralmente provienen de lechos de ros, por lo que habr que obser-var que estn limpios, sin la presencia de partculas de arcilla o materiaorgnica, que sean densos y con forma de granos y no de lajas. Tantogravas como arenas deben cumplir con las normas fijadas de agregadospara concretos.

    Agua. El agua empleada debe estar limpia sin partculas en suspen-sin. Una de las desventajas de construir con ferrocemento, es la dispo-sicin de suficiente cantidad de agua para el curado.

    Debido a que los espesores de ferrocemento son delgados, el vien-to y la temperatura secan su superficie por lo que es necesario mante-nerla hmeda para que el cemento siga reaccionando y se logre laresistencia deseada. Si este riego de agua no se realiza, aparecern grie-tas por contraccin y finalmente se obtendr una estructura con filtra-ciones de agua con pocos aos de vida til por problemas de corrosiny poco resistente. Este curado o riego continuo de agua debe realizarsedurante un mnimo de 10 das.

    Acero de refuerzo. Generalmente las estructuras de ferrocemento es-tn conformadas por un esqueleto con su forma definitiva a base deun reticulado de varillas de poco dimetro, generalmente del nm. 2.5o nm. 3. Esta retcula sirve de apoyo para que se vayan adhiriendo lasdems mallas de mayor a menor abertura.

  • 65PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Para el caso de tanques de ferrocemento, se utiliza como esquele-to la malla electrosoldada y las ms comunes en nuestro medio son deabertura cuadrada de 6 (15.24 cm) con alambres de calibres diferentes.Vienen en rollos de 100 m2 (2.5 m x 40 m), aunque existen rollos de 200y 300 m2, y hojas de 2.5 m x 6 m. Con relacin al calibre de los alam-bres, vienen del nm. 2 al nm. 10.

    Algunas caractersticas de estas mallas se indican en la tabla 3.2. Dela nomenclatura, los dos primeros dgitos corresponden a la aberturaen pulgadas entre alambres en direccin horizontal y vertical, respecti-vamente, y las otras dos cifras corresponden al calibre de los alambresen las mismas direcciones.

    Tabla 3.2

    Lmite de fluencia fy = 5000 kg/cm2 mnimo

    Malla Dimetro rea alambretipo alambre (mm) (cm2)

    6x6-6/6 4.88 0.1876x6-8/8 4.11 0.1336x6-10/10 3.43 0.092

    Existen mallas de abertura cuadrada ms pequeas que son recomenda-das ampliamente; son de alambres galvanizados ya sean tejidas o solda-das, sin embargo, su costo es mayor que las hexagonales.

    Las mallas hexagonales comnmente denominadas de gallinero,son ms econmicas y las ms usuales y comunes en el mercado local.Las ms empleadas para la construccin de tanques son con aberturasde 1/2 (13mm), de 3/4(19mm) o de 1(25mm), con alambres delcalibre nm. 22 o nm. 23; estas ltimas de 0.66 mm de dimetro,0.341 mm2 de rea y con un esfuerzo de fluencia fy = 3,100 kg/cm2.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO66

    Otra malla que se ha empleado con resultados satisfactorios es el metaldesplegado que se obtiene del corte de finas lminas metlicas que poste-riormente conforman aberturas en forma de diamante. La ventaja que ofrecees su menor costo comparado con las mallas hexagonales, no as con susalambres que no son galvanizados y son de menor resistencia a la corro-sin; vienen en rollos de 0.90 x 22 m, con dimensiones de los alambres de0.5 x 1mm y 0.5 mm2 de rea de la seccin transversal. Investigacionesrealizadas sobre este conjunto de mallas, sealan beneficios importantescomo una considerable resistencia al impacto y al agrietamiento.

    Se han utilizado tambin como refuerzo algunos vegetales, tal es elcaso de pequeos tanques construidos en Tailandia (unos 50,000) con unentramado de tiras de bamb con o sin mallas de refuerzo y mortero decemento-arena, sin embargo, un gran porcentaje de ellos presentaron pro-blemas por descomposicin del bamb por hongos y bacterias.22

    Cemento. Las propiedades que se logran con el ferrocemento depen-den en gran parte del cemento. Existen en el mercado varios tipos decemento y de acuerdo a las Normas (Norma Mexicana NMX-C 414-ONNCCE-1999), se clasifican en los siguientes tipos (tabla 3.3).

    Tabla 3.3

    CPO Cemento Portland OrdinarioCPP Cemento Portland PuzolnicoCPEG Cemento Portland con Escoria

    Granulada de altos hornosCPC Cemento Portland CompuestoCPS Cemento Portland con humo de SliceCEG Cemento con Escoria Granulada

    de alto horno

    22 http://www.eng.warwick.ac.uk/DTU/rwh/components2.html

    DenominacinTipo

  • 67PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    De los tipos que se indican en la norma, se producen principalmen-te el CPO (Cemento Portland Ordinario), el CPP (Cemento PortlandPuzolnico) y el CPC (Cemento Portland Compuesto), en tanto que losrestantes se producen en forma limitada y slo lo fabrican cuando sesolicitan en volmenes importantes.

    El cemento ms recomendable para la construccin de tanques, esel que generalmente se encuentra en el mercado que es del tipo IIPuzolnico denominado CPP 30R; el trmino 30R indica la resistenciaque se logra, que son 30 MPa (Megapascales) y equivalen aproximada-mente a 300 kg/cm2.

    Caractersticas del mortero. Al mezclar el cemento con la arena y el aguase forma un mortero que al fraguar adquiere con el tiempo cierta resis-tencia que es necesario conocer para el diseo de las estructuras de ferro-cemento. Adems de dicha resistencia, es necesario conocer su Mdulode Elasticidad y relacin de Poisson conocidos como parmetros de di-seo, cuyos valores habr que determinarlos experimentalmente.

    Se han realizado pruebas de laboratorio con cilindros de 15 cm dedimetro por 30 cm de altura para determinar los valores de resistenciaa los 28 das de edad empleando arenas de algunos bancos utilizadospor los constructores en la ciudad de Oaxaca y cemento tipo II. Expli-caremos someramente estas pruebas.

    Resistencia a la compresin simple. Esta prueba consiste en aplicar car-ga con una prensa al rea superior del cilindro hasta la ruptura (figura3.6). La carga registrada entre el rea superior del cilindro expresada enkg/cm2, es la resistencia a la compresin de dicho material.

    Para el diseo de las estructuras generalmente se especifica la resis-tencia a los 28 das de edad y se expresa como fc.

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO68

    Figura 3.6

    Mdulo de elasticidad o de Young. Este mdulo relaciona el esfuerzo y ladeformacin unitaria dentro de los lmites elsticos de un material. Serepresenta como la pendiente de la lnea comprendida entre el esfuerzocorrespondiente a una deformacin unitaria de 0.0005 y el esfuerzo equi-valente al 40% de fc (grfica 3.1).

    Grfica 3.1

    Relacin de Poisson. En este caso Simon Daniel Poisson propone una rela-cin entre la deformacin transversal del espcimen con respecto a loque se deforma longitudinalmente. Se expresa con la letra y consi-dero que los slidos ideales istropos tienen un valor de = 0.25.

    Carga

    rea

    Deformacin unitaria

    40% de la carga mximaResis

    tenc

    ia a

    laco

    mpr

    esi

    n, e

    n kg

    /cm

    2

    400

    300

    200

    B

    100

    A0

    0.001 0.002 0.003 0.0040.0005

  • 69PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Pruebas de laboratorio. Para determinar los valores mencionados seelaboraron cilindros con proporciones volumtricas de cemento-arena1:2, 1:2.5 y 1:3 siguiendo el procedimiento que indican las normas co-rrespondientes y empleando arena de 5 bancos de materiales emplea-dos en la Ciudad de Oaxaca (5 muestras para cada proporcin, con untotal de 15 para cada banco).

    Se utilizaron para cada serie, 2 cilindros para determinar su resis-tencia mxima (fc) y los otros 3 cilindros para medir las deformacio-nes hasta llegar aproximadamente a un 40% de fc, empleando undispositivo de anillos que registran dichos valores con una precisin de0.002 mm (figura 3.7).

    Figura 3.7. Dispositivo de anillos

    Con los datos obtenidos de cada cilindro, se calcularon los Mdulos deElasticidad y de Poisson con las expresiones siguientes:

    )00005.0(

    )%40(

    =B

    ARE

    y 00005.0=

    B

    tAtB

    i i i i d ill

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO70

    Donde:A = Esfuerzo correspondiente a la deformacin unitaria de 0.000050R = Esfuerzo de ruptura correspondiente a fc tB = Deformacin transversal producida por un esfuerzo equivalente al 40%

    del esfuerzo de ruptura tA = Deformacin transversal que se manifiesta con el esfuerzo que produce

    una deformacin longitudinal de 50 millonsimas (0.000050) B = Deformacin unitaria longitudinal para el esfuerzo equivalente al 40%

    del esfuerzo de ruptura

    Los promedios obtenidos para cada tipo de arena se muestran en latabla 3.4.

    De acuerdo a la tabla 3.4, el Mdulo de Poisson puede tomarse con unvalor de:

    = 0.13

    Resistencia Mdulo Relacina la de de

    compresin elasticidad PoissonBanco (kg/cm2) (kg/cm2)

    San Lorenzo 310 186,828 0.13Ayoquezco 271 175,668 0.13Guadalupe II 266 165,771 0.13Xochimilco 267 159,400 0.13Ro Atoyac 327 187,561 0.12

    Adems con los valores obtenidos en cada prueba, se obtuvo la grfica3.2 para calcular el mdulo de elasticidad E en funcin de la resistenciaa la compresin fc o empleando la frmula:

    40590'7971 += cfE

    Tabla 3.4. Resultados promedios

  • 71PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Grfica 3.2

    Consideraciones de diseo. Una estructura trabajar principalmente a es-fuerzos de compresin que lo soportar el mortero de cemento-arena ya esfuerzos de tensin que lo soportarn las mallas. Para el diseo detanques cuya teora se tratar en el prximo captulo, se debe conside-rar lo siguiente:

    Una varilla absorber el 100% de la tensin en el sentido longitudinaly 0% en el sentido transversal como se indica en la figura 3.10.

    Esto deja interpretar que su eficiencia en el sentido longitudinal es del100% y nulo en el otro sentido; por lo tanto, su factor de eficiencia en elsentido longitudinal es: L = 1

    y = 7970.9x + 40589

    -

    50,000

    100,000

    150,000

    200,000

    250,000

    13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00

    MO

    DU

    LO D

    E EL

    AST

    ICID

    AD

    (kg/

    cm2)

    f'cf c

    Md

    ulo

    de e

    lastic

    idad

    (kg/

    cm2

    100% 100% 0%

    0%

    Grfica 3.3

  • CAPTACIN DE AGUA DE LLUVIA Y ALMACENAMIENTO EN TANQUES DE FERROCEMENTO72

    En el caso de la malla electrosoldada, los esfuerzos de tensin sonabsorbidos de forma igual en ambos sentidos y se considera que el fac-tor de eficiencia es de 50% para cada sentido, o sea:

    Si la malla se coloca con los alambres en un ngulo de 45, el factorde eficiencia es de 35%, o sea:

    Figura 3.8

    Para el caso de la malla hexagonal, los factores de eficiencia son del 45%en el sentido longitudinal y del 30% en el sentido transversal, o sea:

    En el caso del metal desplegado, su factor de eficiencia es del 65%en el sentido longitudinal y del 20% en el transversal, o sea:

    L = T = 0.35

    L = T = 0.5

    Figura 3.9. Eficiencia de la malla hexagonal y metal desplegado

    L = 0.45 y T = 0.30

    L = 0.65 y T = 0.20

    50 50

    50

    50

    35 35

    35

    35

    45% 45%

    30%

    30%

    65% 65%

    20%

    20%

    20%

  • 73PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES DE FERROCEMENTO

    Los valores de eficiencia de cada