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UNIDAD II OBRAS DE CAPTACIONABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

2.1 FUENTES DE ABASTECIMENTO2.2 DISEO DE OBRAS DE CAPTACION PLUVIAL2.3 DISEO DE OBRAS DE CAPTACION SUPERFICIAL2.4 DISEO DE OBRAS DE CAPTACION SUBTERRANEAINGENIERIA CIVIL

CATEDRATICO:ING. ALFREDO MONTAO NIETO

ALUMNOS:AULIS TADEO ANDRESDOMINGUEZ HERNANDEZ PASCUALHERNANDEZ DIAZ ANGELICA BEATRIZNICOLAS SABINO SERGIOSANTOS LINARES MIGUEL ANGELINSTITUTO TECNOLGICO DE TUXTEPEC

OBRAS DE CAPTACIONson las obras civiles y equipos electromecnicos que se utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterrnea. Dichas obras varan de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localizacin y magnitud.

2.3 DISEO DE OBRAS DE CAPTACION SUPERFICIALUna captacin de agua superficial, es la estructura civil, dispositivo o conjunto de ellas que permita captar agua desde un cuerpo superficial de forma continua, segura y sin disminucin de las condiciones de vida de las especies animal ni vegetal.

FUENTES DE AGUA SUPERFICIAL

Entre los tipos de fuentes de aguas superficiales se consideran:

a) Cursos de agua natural (ros, riachuelos, arroyos, quebradas)Son cuerpos de agua que fluyen permanente o intermitentemente a travs de depresiones geomorfolgicas naturales y pueden ser:

Cursos de agua de montaa, que se caracterizan por tener pendientes pronunciadas, arrastre intenso de slidos en forma temporal, tirante bajo y altas velocidades.

Cursos de agua de llanura, que se caracterizan por tener, pendientes bajas, tirante alto y bajas velocidades

b) Reservorios de agua (lagos, lagunas, embalses)Son depresiones geomorfolgicas naturales que permiten la acumulacin de agua con los aportes de afluentes y/o precipitaciones pluviales y pueden ser:

Reservorios de montaa, que se caracterizan en general por tener reas de aporte limitadas, deshielos y aguas con bajo contenido de agentes contaminantes.

Reservorios de llanura, que se caracterizan por tener reas deaporte mayores a los de montaa.DISEO DE OBRAS DE CAPTACIN DE AGUAS SUPERFICIALESSon estructuras y dispositivos que permiten captar agua desde un curso superficial.

Las obras de captacin superficiales son:

Canal de derivacin

Consiste en la construccin de un canal abierto en el margen de un cuerpo de agua superficial hasta una cmara colectora, desarenador o planta de tratamiento.

Los componentes principales para el diseo del canal de derivacin son:

a) Canal: el dimensionamiento deber realizarse con la frmulas de diseo de canales expuesta en captulo siguientes, en forma general se puede expresar como:

Donde:

Ac = rea efectiva del flujo del agua en m2Q Max -d = Caudal mximo da en l/s V = Velocidad de flujo en m/s (depender de la pendiente del terreno y otros factores)

CANAL DE DERIVACIONCANAL DE DERIVACION

b) Boca de toma: cuya seccin efectiva se determina en funcin del caudal mximo diario, el diseo de la reja de proteccin y a los niveles de fluctuacin del curso de agua. La boca toma debe estar sumergida para captar al menos el Caudal Mximo Horario para el nivel mnimo del curso o cuerpo de agua. La regulacin de entrada se realizar a travs de una compuerta.

c) Obras de encause y proteccin: dependiendo de las caractersticas morfolgicas del lugar de toma, debern construirse ataguas y muros de proteccin y/o encause. Estos aspectos deben ser determinados por el responsable del proyecto con conocimiento pleno del sector de captacinOBRA DE CAPTACIN LATERAL

Es la estructura que se construye en uno de los lados del curso de agua, deforma tal, que el agua ingresa directamente a una cmara de recoleccin para su posterior conduccin a travs de una tubera o canal.

Los componentes principales para el diseo de una captacin lateral son:

Boca de toma: cuya seccin efectiva se determina en funcin del caudal medio diario, el diseo de la reja de proteccin y a los niveles de fluctuacin del curso de agua. El dimensionamiento de la boca de toma se realizar de la misma forma que la sealada para canales de derivacin.

Canales/tuberas de conduccin: debe ser calculada en funcin al caudal mximo diario, para el diseo refirase al captulo de aducciones.

Obras de encause y proteccin: dependiendo de las caractersticas morfolgicas del lugar de toma, debern construirse ataguas y muros de proteccin y/o encause. Estos aspectos deben ser determinados por el responsable del proyecto con conocimiento pleno del sector de captacin

d) Boca de toma: cuya seccin efectiva se determina en funcin del caudal mximo diario, el diseo de la reja de proteccin y a los niveles de fluctuacin del curso de agua. El rea total de la reja debe ser calculada considerando el rea de flujo efectiva mnima de paso y el rea total de las barras, como se muestra a continuacin:

At= As + Af

Donde: At Seccin de la boca de toma en m2As Seccin total de las barras en m2

As=n*s*l

n Nmero de barras s Espesor de la barra en m; vase Figura 4.3l Longitud de la barra en m

Af Seccin de flujo en m2

Ejemplo de AplicacinEn la Poblacin B se ha previsto la construccin de un sistema de agua potable mediante la captacin de agua de un ro a travs de una presa deriva dora y obra de toma lateral. Calcular las dimensiones de la boca toma y dimensionar las rejas de proteccin para un caudal mximo diario de 19,54 l/s.Supuestos: La boca de toma tendr forma rectangular con altura inicial de 0,3mLas rejas se realizarn con barrotes circulares de . Espacio entre barrotes 0,03 m

Obra de captacin de fondoEs la obra civil (dique) que se construye de forma transversal en el fondo delos ros y dispone de una parrilla o reja localizada a nivel del perfil del ro o la cresta del vertedero. Vase Figura 4.4

Los componentes principales para el diseo de una captacin de fondo son:

Presa: para la contencin del agua y para forzar que la misma pase por la boca de toma. Para garantizar la estabilidad, la presa se calcular para el peso propio, empuje hidrosttico, empuje de suelos, sub presin y fuerza tangencial, en todo el radio hidrulico. La cresta de la presa debe disearse para dejar pasar el volumen de agua en crecidas, para el efecto debe disearse tomando en cuenta el Perfil Creager para evitar dao en la estructura y azolvamiento aguas abajo. Vase las Figuras 4.5

Para determinar el perfil Creager, en la Tabla 4.1 se presenta las coordenadas experimentales x e y de un vertedero para un tirante de H= 1 m. Para otros tirantes (H), stos deben multiplicarse por los valores especificados en la Tabla 4.1Tabla 4.1: Valores de un vertedero de Perfil Creager para H = 1 m

b) Boca de toma: cuya seccin efectiva se determina en funcin del caudal medio diario, el diseo de la reja de proteccin y las posibles obstrucciones por material de arrastre del curso de agua. El dimensionamiento de la boca de toma se realizar de la misma forma quela sealada para canales de derivacin.

c) Canales/tuberas de conduccin: debe ser calculada en funcin al caudal medio diario.

ESTACIONES DE BOMBEO DIRECTOSon estructuras, equipamientos y accesorios de bombeo para la explotacin directa desde el cuerpo de agua superficial. Podrn emplearse bombas centrfugas y bombas sumergibles. En las Figuras 4.6 se presenta un ejemplo con bomba centrfuga y en las Figuras 4.7 se presenta un esquema para una bomba sumergible. Los componentes principales para el diseo de una estacin de bombeo directo son : Bomba: debe determinarse el tipo y potencia de la bomba en funcin del caudal que se quiere captar, la calidad el agua y la altura total manomtrica de bombeo. Refirase al capitulo de aducciones para mayorinformacin de diseo. b) Fuente de energa elctrica: podr emplearse energa elctrica del tendido urbano o a travs de un generador estacionario. Este equipo debe tenercaractersticas compatibles o superiores a los requerimientos de energa de la bomba. Debe ser determinado con apoyo de tcnicos especializados y/o profesionales electromecnicos.c) Caseta: La caseta de proteccin se construir para proteger la bomba y/o el generador estacionario. El tipo de caseta deber determinarse para cada caso, pues bien podr ser flotante o convencional (en la superficie de la tierra). Deber considerarse principalmente los criterios de seguridad y ventilacin para su diseo.

Lechos filtrantes o Pre filtracin

Constituida por uno o ms tuberas perforadas (drenes o filtros) introducidos transversal o diagonalmente en el lecho del ro y recubiertas con material granular clasificado. El agua se filtra a travs del material clasificado hasta el drene, para luego ser conducida mediante tubera hasta la cmara recolectora lateral en el margen del ro. Vase Figuras 4.8

Para su diseo deben considerarse los siguientes aspectos importantes:Calidad del agua: para desarrollar la prefiltracin es importante que la turbidez no sea mayor a 150 UNT en perodos de lluvia.b) Material filtrante: Es la seleccin de material clasificado de diferente granulometra para la filtracin del agua del curso natural. El material seleccionado podr variar entre 6 a 40 mm y debern ser colocados encapas de 0,20 a 0,40 m. El tamao mayor ir en contacto con al tubera-filtro y gradualmente disminuir el tamao hasta la profundidad de socavacin. Finalmente se recubrir con material del lecho del ro.

c) Tubera-filtro: el tipo, longitud y dimetro de la tubera-filtro se determinar por la calidad del agua natural y la cantidad de agua necesaria a sercaptada. Regularmente se emplea la tubera de PVC la cual es muy estable ante cualquier tipo de agua. Los criterios bsicos de diseo son los siguientes: La longitud de la tubera filtro debe calcularse como se seala a continuacin.

Una captacin de agua subterrnea, es laestructura civil, dispositivo o conjunto de ellasque permita captar agua desde un cuerpo o corriente subterrnea de forma contina, segura y sin disminucin de las condiciones hidrolgicas, geolgicas y ecolgicas en los alrededores o aguas abajo.FUENTES DE AGUA SUBTERRNEAEntre las fuentes de agua subterrnea se consideran:

Vertientes o manantiales Son afloramientos naturales de agua provenientes de acuferos subterrneos.

b) Agua subsuperficial. Es el agua que se encuentra a poca profundidad del terreno, tiene recarga porinfiltracin de cuerpos de agua superficial y/o de lluvia.

c) Agua subterrnea profunda. Es el agua proveniente de los acuferos libres, confinados y semiconfinados, que se encuentran a profundidades mayores a los 30 m.

DISEO DE OBRAS DE CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS

Son estructuras y dispositivos que permiten la explotacin de las aguas subterrneas Potable. Las obras de captacin subterrnea son:

Captacin de vertientes.Estructura filtrante (Galera Filtrante).Pozos.Cajas de Manantial.

CAPTACIN DE VERTIENTES.

Son obras que protegen los afloramientosnaturales de agua subterrnea de cualquier tipode contaminacin y permiten el ingreso de aguaa los elementos de conduccin de agua hacia eltanque de almacenamiento, distribucin o plantade tratamiento.

Las obras de captacin de vertientes pueden ser

Para el diseo de las captaciones de vertientes deben considerarse los siguientes componentes:

a) Cmara de proteccin: para las captaciones de fondo y ladera es muy importante no perturbar el flujo de agua que emerge de la vertiente. La cmara debe tener dimensiones y formas, tales que, se adapten a la localizacin de las vertientes y permitan captar el agua necesaria para el proyecto.

b) Tuberas y accesorios:

el material de las tuberas y accesorios deben serinertes al contacto con el agua natural. Los dimetros se calcularn en funcin al caudal mximo de la vertiente y para los requerimientos del proyecto c) Cmara de recoleccin de aguas:

para las tomas de bofedal, es importante que la cmara de recoleccin este ubicada fuera del terreno anegadizo y permita la cosecha del agua de todas las tomas (pueden haber ms de un drene).

MANANTIALES

LA CAPTACIN PUEDE HACER MEDIANTE CAJAS CERRADAS DE CONCRETO REFORZADO O DE MAMPOSTERA, DE PIEDRA O TABIQUE.

El agua se debe extraer solamente con una tubera que atraviese la caja y esta lleva una tapa movible o registro, no se requiere ventilacin. Se debe escavar lo suficiente para encontrar las verdaderas salidas del agua, procurando que la entrada del agua a la caja de captacin se efectu lo ms profundo posible.

ESTRUCTURA FILTRANTE (GALERA FILTRANTE)

Es la estructura que permite captar agua su superficial a travs de obras paralelas o transversales a los cuerpos de agua. El propsito de estas obras, es interceptar el flujo natural del agua subsuperficial, para que ingrese, porgravedad, al interior de la estructura o tubera y sea conducida hacia una cmara recolectora en una de las mrgenes del ro.

LAS ESTRUCTURAS FILTRANTES PUEDEN SER:a)Galera o bveda: consiste en una estructura robusta enterrada en el lecho del cuerpo de agua para captar un volumen importante de agua y cuando las condiciones de pendiente del terreno lo permiten. Se emplea particularmente en quebradas o arroyos de bajo caudal superficial.El diseo (largo, ancho y alto) como la disposicin de la galera(transversal o paralela al cursode agua) depender de lascondiciones del cuerpo de agua ydel material de arrastre.

La estructura debe ser calculada para soportar el empuje del agua y la carga esttica de los ridos y agua por encimada ella (de laestructura).

b) Tubera de infiltracin o de avenamiento: son tuberas perforadas o ranura das instaladas de forma transversal o paralela a loscursos de agua. Es uno de los mtodos ms empleados por que resulta ms barato que la galera filtrante y puede tener muchas aplicaciones.

La longitud de la tubera de infiltracin se calcula en funcin del caudal unitario, utilizando la siguiente frmula

son canales de mampostera de piedra o de hormign ciclpeo que se construyen en los lechos de los cursos de agua para captar el agua sublvea. No requieren dimensionamiento especial sin embargo Requiere de una cmara recolectora del agua que al mismo tiempo funcione como desarenador.

c) Canal de infiltracin

Pozos

Los pozos son obras que se realizan para captar aguas subterrneas y profundas.

Para el diseo de los pozos se debe tomar en consideracin los siguientes aspectos:

Los pozos someros captan agua subsuperficial de acuferos de poca profundidad, hasta los 30 m. Los pozos excavados no requieren de dimensionamiento especfico, sin embargo, debe considerarse los siguientes aspectos:

a) Pozos someros un dimetro mnimo de 1.00 metro para permitir la excavacin manual.

el empleo de anillas de hormign en caso de terrenos deleznables.

profundizar el pozo al menos 2 metros de bajo del nivel fretico en poca de estiaje para permitir la explotacin del agua.

Pozos PerforadosLos pozos perforados someros, no requieren dimensionamiento especfico; podrn disearse en base a estudios prospectivos inciales o, es su caso, deber realizarse la perforacin directamente hasta alcanzar los niveles freticos suficientes para la explotacin del agua. Pueden ser pozos perforados manual o mecnicamente.

captan agua subterrnea a profundidades mayores a los 30m. Los criterios tcnicos para el diseo de pozos profundos, se presentan en el Reglamento Tcnico de Diseo de Pozos Profundos para Sistemas de Agua Potable. Pueden ser:

b) Pozos profundosPERFORADOS MANUALMENTE

La perforacin manual corresponde a una tcnica que emplea equipos simples para perforar pozos de pequeo dimetro empleando los mtodos de rotacin y percusin, en terrenos de baja concentracin de material granular.

PERFORADOS CON MAQUINARIALos pozos perforados con mquina permiten captar aguas subterrneas profundas, y requieren equipos de perforacin especiales. Las tcnicas de perforado podrn ser de percusin, rotacin directa o reversa, inyeccin y otros.El diseo de los pozos perforados profundos requiere la participacin de especialistas en hidrogeologa y estudios de prospeccin de aguas subterrneas con equipos de resonancia electro-magntica.

Gracias

Por su atencin!!ING. CIVIL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

SAN JUAN BAUTISTA TUXTEPEC, OAXACA. A 04 DE OCTUBRE DE 2012