ING . MANUEL ANTONIO MACHADO D IEZ

INGENIERÍA SANITARIA

SESIÓN 07 - 08

Sesión 07• Determinación del rendimiento de los pozos.

Permeabilidad, transmisibilidad.

Sesión 08• Captación de agua subterránea: manantiales, diseño de

captación de manantiales, galerías filtrantes , pozos. Diseño de pozos y método constructivo.

DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE LOS POZOS

• La prueba de bombeo

• tiene dos objetivos principales:

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

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

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

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

• No es conveniente fijar una duración para todas las pruebas de bombeo, esta debe fijarse de acuerdo a los objetivos perseguidos, al análisis de la información recopilada, a la distancia a la que se encuentran los pozos de observación y a los datos obtenidos durante la prueba. Adicionalmente, el tiempo de bombeo depende del tipo de acuífero, grado de exactitud deseada para evaluar sus características hidráulicas y condiciones propias del pozo de extracción, es deseable que el bombeo se prolongue hasta alcanzar condiciones de flujo permanente.

• En las pruebas de bombeo que se programan para determinar las características hidráulicas del acuífero con pozos de observación adecuadamente ubicados, en la mayoría de los casos son suficientes 24 horas de bombeo. Si lo que se pretende es analizar los efectos de una barrera impermeable o se trata de un acuífero semiconfinado, la duración puede alargarse hasta unos seis días, dependiendo de la distancia a que se encuentren las barreras del pozo de bombeo y de la velocidad de propagación del cono de abatimiento

Duración de la prueba de bombeo

PERMEABILIDAD (K)

• Un estrato geológico, con cierto grado de porosidad, podrá contener eventualmente agua en su interior, pero si los espacios vacíos o intersticios no están interconectados, esta agua no circulara. Esta propiedad de las rocas de permitir o no el flujo del agua es lo que se llama permeabilidad.

• Esta permeabilidad o libertad de movimiento del agua a través de un material poroso, depende de tamaño de las partículas, forma de partículas, gradación del material y viscosidad.

• Se define el coeficiente de permeabilidad o permeabilidad de un material, como el volumen de agua que pasa en la unidad de tiempo, a través de una sección de acuífero de área unitaria (1 m2), cuando el gradiente hidráulico es unitario y en condiciones de temperatura de 60°F (15°C)

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

FORMA PRACTICA PARA CALCULAR LA PERMEABILIDAD

• Para su determinación, en forma practica, se indica a continuación los materiales y procedimientos siguientes:

- Una lata con capacidad de 1,5 litros o más, sin tapa ni base - Un martillo - Una tabla de madera - Una regla - Un balde, un frasco o una botella para colocar de 1 a 2 litros de agua - Un reloj - Un trozo de 10 cm de cinta adhesiva o cinta aisladora - Un lápiz y papel o una computadora portátil para anotar tus observaciones y los resultados.

• Con estos materiales se procede a realizar la prueba para la determinación dela permeabilidad de la manera siguiente:

• Primero describir la zona, donde se realizara a prueba, teniendo en consideración: La ubicación (si es una pradera, rivera de un río y otras), la cobertura vegetal existente en la zona (pastos, musgos, hojas secas y otras) y la condición del suelo (seco, húmedo, arenoso, granulado, suelto, arcilla dura y otras).

• Colocar la lata en el suelo y luego encima de la misma, poner el trozo de madera, con el fin de procede a golpear con un martillo para la lata se hunda en le suelo entre unos 5 a 10 centímetros .

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

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

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

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

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

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

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

TRANSMISIBILIDAD (T)

• Es una medida de la capacidad de un acuífero para conducir agua o transmitir agua, definiéndose como el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo, a través de una franja vertical de acuífero de ancho unitario, extendida en todo el espesor saturado, cuando el gradiente hidráulico es unitario y a una temperatura de 15°C.

• La transmisibilidad es el producto de la conductividad hidráulica y el espesor saturado del acuífero:

T = m * K T —> Transmisibilidad m —> Espesor saturado del acuífero K —> Permeabilidad

SISTEMA PARA AGUA SUBTERRANEA

MANANTIALES

MANANTIALES

• Se puede definir al manantial como un lugar donde se produce el afloramiento natural de agua subterránea. Por lo general el agua fluye a través de una formación de estratos con grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, éstos bloquean el flujo subterráneo de agua y permiten que aflore a la superficie.

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

• En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie. Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un área pequeña, es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un área mayor, es un manantial difuso.

• Elegida la fuente de agua e identificada como el primer punto del sistema de agua potable en el lugar del afloramiento, se construye una estructura de captación que permita recolectar el agua, para que luego pueda ser transportada mediante las tuberías de conducción hacia el reservorio de almacenamiento. La fuente en lo posible no debe ser vulnerable a desastres naturales, en todo caso debe contemplar las seguridades del caso.

• El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación dependerán de la topografía de la zona, de la textura del suelo y de la clase del manantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua ni modificar la corriente y el caudal natural del manantial, ya que cualquier obstrucción puede tener consecuencias fatales; el agua crea otro cauce y el manantial desaparece.

• Es importante que se incorporen características de diseño que permitan desarrollar una estructura de captación que considere un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentación y facilidad de inspección y operación.

CONSTRUCCIÓN DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL DE LADERA.

Aspectos generales• La captación en manantial de ladera es una estructura

que permite recolectar el agua del manantial que fluye horizontalmente, llamado también de ladera.

• Cuando el manantial es de ladera y concentrado, la captación consta de tres (3) partes: La primera, corresponde a la protección de afloramiento; la segunda, a una cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cámara seca que sirve para proteger a la válvula de salida.

Zona de afloramiento

Para proteger la zona de afloramiento del agua se realizarán las siguientes acciones:• Definir en campo las características de los componentes

de la captación, en previsión a desastres naturales en la zona.

• Deberá construirse muros en ala que sirvan de pantalla a las filtraciones sub superficiales, las mismas que serán obligadas a ingresar en la cámara húmeda.

• Se realizará la impermeabilización del fondo del terreno excavado con una pendiente mínima de 2%, comprendido entre la cámara húmeda y las filtraciones a fin de que éstos discurran sobre aquél, y puedan ingresar en ella a través de los orificios perforados en el muro respectivo.

• Se colocará material clasificado en dos (2) capas. La capa inferior constituida por piedras con un diámetro mínimo de 2” colocadas hasta una altura de 5 cm por encima del orificio superior de entrada a la cámara recolectora.

• La capa superior, será de material granular de espesor de ¾” a 1” hasta cubrir completamente el nivel de las filtraciones y la excavación realizada.

• Luego, se procederá al sellado con concreto 1:4:8 de espesor no menor de 5 cm cubriendo el área comprendida entre los muros, y el comienzo de las excavaciones.

Cámara húmeda (colectora)

• Es una estructura de concreto de sección rectangular.

• En esta cámara se recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de una tubería de limpia y de rebose que se instalará en un nivel más bajo que los puntos de afloramiento. Asimismo, está prevista de una tubería de limpia.

• El nivel de agua en esta cámara no deberá sobrepasar la altura natural del afloramiento.

Cámara seca (de válvulas)

• Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de la cámara húmeda por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m de espesor. Se instalará una válvula para el control del agua de la línea de conducción y una válvula para limpia o desagüe.

Ubicación

• Serán ubicados lo más cercano posible a los afloramientos (manantiales de ladera) o sobre ellas (manantiales de fondo).

Excavación:• La excavación para los cimientos tendrá una

profundidad mínima de 0,80 m.• Se removerá el material de relleno que quede adyacente

al afloramiento mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.

• Se realizará las excavaciones necesarias a fin de garantizar la estabilidad de la zona de afloramiento.

• Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las excavaciones.

Cimientos:• Deberán cumplir con la finalidad estructural de

estabilidad y, en caso que los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes sub superficiales de agua.

Sellados:• Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y

compactadas, si fuera necesario selladas con concreto pobre.

Prueba hidráulica:• Se llenará de agua la cámara húmeda y se observará

atentamente las fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto.

• La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por terminada la prueba; en caso contrario, se hará los resanes necesarios y se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.

CONSTRUCCIÓN DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL DE FONDO

Aspectos generales

La captación en un manantial de fondo concentrado es una estructura de sección cuadrada que sirve para colectar al agua. Esta estructura recolectora estará situada directamente sobre el afloramiento.

La captación consta de dos (2) partes: la primera, corresponde a una cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto utilizarse; y la segunda, a una cámara seca que sirve para proteger la válvula de salida.

Cámara húmeda (colectora)

• Es una estructura de concreto de sección rectangular.

• En esta cámara se recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de una tubería de limpia y de rebose que se instalará en un nivel más bajo que los puntos de afloramiento. Asimismo, está prevista de una tubería de limpia.

• El nivel de agua en esta cámara no deberá sobrepasar la altura natural del afloramiento.

Cámara seca (de válvulas)

• Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de la cámara húmeda por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m de espesor. Se instalará una válvula para el control del agua de la línea de conducción y una válvula para limpia o desagüe.

Ubicación

• Serán ubicados lo más cercano posible a los afloramientos (manantiales de ladera) o sobre ellas (manantiales de fondo).

Excavación:• La excavación para los cimientos tendrá una

profundidad mínima de 0,80 m.• Se removerá el material de relleno que quede adyacente

al afloramiento mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.

• Se realizará las excavaciones necesarias a fin de garantizar la estabilidad de la zona de afloramiento.

• Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las excavaciones.

Cimientos:• Deberán cumplir con la finalidad estructural de

estabilidad y, en caso que los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes subsuperficiales de agua.

Sellados:• Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y

compactadas, si fuera necesario selladas con concreto pobre.

Prueba hidráulica:• Se llenará de agua la cámara húmeda y se observará

atentamente las fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto.

• La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por terminada la prueba; en caso contrario, se hará los resanes necesarios y se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.

SISTEMA DE AGUA POTABLE POR GRAVEDAD SIN TRATAMIENTO

• Es el sistema que aprovecha las presiones generadas por la diferencia de niveles desde la captación hasta el reservorio y la red de distribución y no necesita una planta de tratamiento. La energía utilizada para el desplazamiento es la energía potencial que tiene el agua en virtud de su altura. La fuente de agua para el abastecimiento es subterránea.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE POR GRAVEDAD SIN

TRATAMIENTO.

• Captación de manante.- Es la estructura construida para captar las aguas que afloran en el manante.

• Línea de conducción.- Es la tubería que conduce el agua desde la captación hasta el reservorio.

• Reservorio apoyado.- Es la estructura donde se almacena el agua captada y además sirve para la regulación del caudal, así como para el clorado del agua.

• Red de distribución.- Es la red compuesta por tuberías que distribuyen el agua a los diferentes sectores de la población.

SISTEMA DE AGUA POTABLE POR BOMBEO SIN TRATAMIENTO

• Es el sistema que necesita elevar el agua hasta un punto alto (reservorio) a través de una bomba, ya que la fuente de agua se encuentra en niveles bajos y no se lograría tener las presiones necesarias para un buen funcionamiento hidráulico de la red de distribución; no necesita una planta de tratamiento, por utilizarse agua subterránea.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE POR BOMBEO SIN

TRATAMIENTO.

• Captación.- Es la estructura construida para captar las aguas que afloran de una fuente subterránea.

• Tanque cisterna.- Es la estructura construida para recepcionar las aguas captadas y de donde se bombeará hacia el reservorio.

• Caseta de bombeo.- Es la caseta construida en el tanque cisterna donde se instala el equipo electromecánico que impulsará el agua del tanque hacia el reservorio.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE POR BOMBEO SIN

TRATAMIENTO.

• Línea de impulsión.- Es la tubería que conduce el agua desde el tanque cisterna hasta el reservorio.

• Reservorio apoyado.- Es la estructura donde se almacena el agua captada y además sirve de regulación del caudal, así como para el clorado del agua.

• Red de distribución.- Es la red compuesta por tuberías que distribuyen el agua a los diferentes sectores de la población.

CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRANEA

GALERÍAS F ILTRANTES

GALERÍAS FILTRANTES

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

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

• Según características constructivas.a) Galerías propiamente dichas.b) Zanjas o trincheras.c) Drenes.d) Captaciones mixtas.

• Según características del acuífero.a) Patrón de flujo.b) Régimen de escurrimiento.

CLASIFICACIÓN DE LAS GALERÍAS

Galerías propiamente dichas:

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

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

Zanjas o trincheras: están compuestas por excavaciones a cielo abierto, utilizadas fundamentalmente cuando el agua subterránea está muy próxima a la superficie del suelo y no se requieren provocar grandes descensos del nivel freático.

Normalmente, las profundidades no exceden los seis metros. Este tipo de obra está expuesta a problemas de crecimiento de algas, erosión, obstrucción por vegetación o contaminación superficial.

Drenes: Están compuestos por perforaciones horizontales o excavaciones de zanja en cuyo interior o fondo se instalan tuberías perforadas o ranuradas conocidas como drenes. Estos drenes se instalan en la zona húmeda del acuífero y se encuentran cubiertos con material seleccionado para garantizar un adecuado rendimiento. En el caso del tipo zanja, el relleno se efectúa con el material proveniente de la excavación y se concluye con el sellado de la superficie para minimizar la contaminación del agua por infiltración de las aguas superficiales. Normalmente, los diámetros de los drenes son mayores a 200 mm, con pendientes que fluctúan entre uno y cinco por mil. Dependiendo de la longitud de los drenes y del número de ellos, se instalan buzones de reunión.

Captaciones mixtas:

• Las galerías propiamente dichas y los drenes pueden combinarse con las captaciones verticales, dando como resultado captaciones del tipo mixto representadas por los pozos radiales, que se ejecutan cuando el nivel de las aguas subterráneas se encuentra a mucha profundidad y hace económicamente inviable la construcción de cualquier otro tipo de galería.

• La obra consiste en la construcción de un pozo vertical que se prolonga hasta llegar al nivel freático, desde donde se inicia la construcción de uno o más emboquillados o bocas de entrada, mayormente en sentido perpendicular a la dirección del flujo de las aguas subterráneas.

• En el caso de las galerías propiamente dichas, las secciones y pendientes son similares a las señaladas anteriormente y si la longitud de cada ramal es mayor a 50 m, es conveniente la construcción de pozos para ventilación y para la extracción del material de excavación cada 50m.

LAS GALERÍAS PROPIAMENTE DICHAS

LOS DRENES

CAPTACIÓN MIXTAS:(POZOS EXCAVADOS CON DRENES RADIALES)

Galería filtrante ubicada en la ciudad de Puebla- México, data de mediados del siglo XIX, y tiene más de 3 km de longitud y unos 15 metros de profundidad

Galerías filtrantes, obra portentosa de ingeniería hidráulica, construidos por los antiguos Nazcas no tienen antecedentes en el Perú y América, sólo se  comparan con los famosos Qanats construidos por los persas; y que hasta la fecha todavía son usados, fueron hechos para proveer de agua a la población y para la irrigación de sus campos de cultivo.

CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRANEA

POZOS

POZOS

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

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

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

POZOS.

Pozos verticales

Abiertos, excavados o brocales: Son pozos someros de construcción manual o ligeramente mecanizada y con diámetros relativamente grandes (> 1m). Es posible excavar hasta alcanzar el nivel freático

Perforados o tubulares: Son los pozos más utilizados para captación de agua subterránea, se los conoce también como pozos semisurgentes. Son generalmente de diámetro reducido de 6 a 12 pulgadas de diámetro, su construcción se realiza mediante el empleo de maquinas perforadoras con diferente sistema de acuerdo al material del acuífero a atravesar

POZOS.

• Métodos de perforación:

Los métodos de perforación de pozos más utilizados en la actualidad son el método de percusión con cable, rotación y rotopercusión. La elección de cada uno de ellos se define en función del tipo de material a atravesar (geología del área), del caudal requerido en función de la demanda a satisfacer, de la profundidad del pozo y de los diámetros de perforación y de las ventajas particulares de cada método (facilidad y rapidez en la construcción del pozo, equipo requerido, facilidad de penetración o mejor protección contra la contaminación, etc).

CONSTRUCCIÓN Y DISEÑO DE CAPTACIÓN EN POZO.

PERFORACION MANUAL