Galerias de infiltracion

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Trabajo hecho en la asignatura de Agua y saneamiento de la Maestria en Ingeniería Ambiental.

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  • 1. Galeras de InfiltracinUniversidad Nacional de IngenieraCentro de Investigacin y Estudios del Medio Ambiente Maestra en Ingeniera AmbientalAsignatura: Abastecimiento de AguaTrabajo de Curso: Obras de Captacin Galeras de InfiltracinPresentado por :Sergio Enrique lvarez GarcaManrique Castillo SanchoDocente: M.Sc. Yalena Navarro Cajina.Managua, Nicaragua 18 de Junio del 2011.1

2. Galeras de InfiltracinIntroduccinUna galera de infiltracin es una forma de captar el agua subterrnea que seencuentra muy prxima a la superficie - subsuperficial - y cuyos afloramientos sepresentan dispersos en reas considerables.El uso de estas obras de captacin de agua, se limita a casos en que el aguasubterrnea se encuentre a una profundidad de 5 a 8 metros por debajo delsuelo.Son recomendadas cuando se va a captar el agua subterrnea de acuferos depoca profundidad con un pequeo espesor saturado y adems en zonascosteras en donde el agua dulce se encuentra por encima del agua salada.2 3. Galeras de Infiltracin I.- Principio de funcionamientoUna galera de infiltracin consiste en un tubo perforado o ranurado , rodeandode una capa de grava o piedra triturada graduada instalada en el acuferosuperficial, o en el caso de captacin indirecta de aguas superficiales, en elestrato permeable que se comunica con dichas aguas.En los extremos aguas arriba de la galera y a una longitud aproximada de 50 m,normalmente se coloca un pozo de visita. En el extremo aguas abajo seconstruye un tanque o pozo recolector, de donde se conducen las aguas porgravedad o por bombeo hacia el sistema de distribucin (Fig.1). El tubo derecoleccin usualmente es de concreto o de fibrocemento. Su dimetro esfuncin del gasto, siendo el ms recomendable del orden de 200 250 mm.3 4. Galeras de InfiltracinFigura 1.- Detalle de una Galera de infiltracin4 5. Galeras de InfiltracinII.- Criterios para la ubicacin de las galeras de infiltracin.La galera de infiltracin se orienta con la direccin predominante del flujo subterrneo.Cuando la velocidad de un rio es pequea y existen extractos de alta permeabilidad que seconectan, la galera normalmente se instala paralela al eje del mismo.En este caso, la direccin del flujo subterrneo principalmente es desde el ro hacia lagalera, aunque desde el lado opuesto de la misma tambin penetrar el agua, ya que elro y la instalacin de la galera ser anloga (Fig. 2 y 3).En caso de cursos rpidos y extractos de baja permeabilidad, ser necesario investigar ladireccin del flujo subterrneo, a fin de interceptar el paso del mismo con la galera deinfiltracin. Normalmente, unos ramales perpendiculares al eje del ro dan los resultadosdeseados (Fig. 4).Cuando no existen extractos permeables con la excepcin de unos bancos de arena ograva depositados por el ro en un lecho limitado la galera se instala por debajo del ro,normal a su eje. La misma solucin se emplea cuando el acufero es de muy bajapermeabilidad. (Fig.5). 5 6. Galeras de InfiltracinFigura 2.- Galera de infiltracin con flujo del ro hacia la galera6 7. Galeras de InfiltracinFigura 3.- Galera de infiltracin con flujo del acufero al ro y la galera. 7 8. Galeras de InfiltracinFigura 4.- Galera de infiltracin en extractos poco permeables8 9. Galeras de InfiltracinFigura 5.- Galera de infiltracin bajo el lecho de un ri 9 10. Galeras de Infiltracin3.- Ventajas de las galeras construidas en materiales no consolidadosEl material no consolidado en donde comnmente se construyen las galeras tiene unacomposicin litolgica muy variable, conformada por capas de arena, grava, guijarros yarcilla, siendo las principales ventajas de su construccin las siguientes:a) Fciles de excavar o perforar.b) Posicin favorable para recibir la recarga de los ros y lagos al estar ubicadosnormalmente en el fondo de los valles que frecuentemente corresponden a zonas planascon niveles piezomtricos muy prximos a la superficie.c) Suelos con alta porosidad efectiva, permiten disponer de mayor cantidad de aguasubterrnea.d) Permeabilidad ms elevada con respecto a otras formaciones, lo que facilita eldesplazamiento del agua.e) Disponibilidad de agua en perodos de escasas lluvias, cuando el caudal de los ros esmnimo o nulo, al permitir que las aguas subterrneas circulen por el material aluvial queconforma el valle del ro, mientras que en perodo lluvioso, el caudal superficial del rorecarga el acufero incrementando la disponibilidad de los recursos hdricos.10 11. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico.Considerando que el proyectista de pequeas obras de abastecimientotiene que disear una galera de filtracin en base a su experiencia y,por lo general, sin un detallado estudio hidrogeolgico, resulta unabuena prctica calcular por medio de diferentes mtodos, variando losparmetros dentro de un rango razonable de magnitud, para luegoseleccionar los resultados ms probables.Aunque el procedimiento no parece muy confiable, en muchos casosproporciona buenos resultados para el diseo.El procedimiento de emplear diferentes modelos en el diseo de lagalera filtrante, permite al proyectista identificar los parmetros ofactores de mayor influencia. 11 12. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico. Al efecto, en las formulaciones es necesario tener en cuenta las caractersticas delacufero y las caractersticas del dren.Las caractersticas del acufero se identifican por los siguientes parmetros con susrespectivos smbolos y dimensiones:Conductividad hidrulica o permeabilidad: kf [m/s]Profundidad del acufero: H [m]Transmisividad [kf*H] T [m2/s]Espesor dinmico del acufero en el punto de observacin: Hb [m]Espesor dinmico del acufero en la galera: Hd [m]Pendiente dinmica del acufero: i [m/m]Porosidad efectiva: S [adimensional]Radio de influencia del abatimiento: R [m]Distancia entre la galera y el pozo de observacin: L [m]Distancia entre la galera y el punto de recarga: D [m] 12 13. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico.En lo que respecta a la galera de filtracin, sus principales caractersticas fsicas con susrespectivos smbolos y dimensiones son: Radio del dren: r [m] Tiempo de extraccin del agua de la galera: t [s] Abatimiento de la napa de agua a la altura de la galera s [m] Mnimo tirante de agua encima del lecho del curso o cuerpo de agua superficial: a [m] Profundidad del estrato impermeable con respecto a la ubicacin del dren: b [m] Profundidad de ubicacin del dren con respecto al fondo del curso o cuerpo de agua superficial: z [m] Carga de la columna de agua sobre el dren pd [m]Adicionalmente, se tiene el caudal de explotacin de la galera de filtracin y quepuede ser: Caudal unitario por longitud de dren: q [m3/s-m] Caudal unitario por rea superficial: q [m3/s-m2] 13 14. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico.Por su ubicacin, las galeras de infiltracin son captaciones donde puede admitirse que elmtodo de equilibrio para fuentes subterrneas es aplicable. A fin de determinar lascaractersticas de diseo de las galeras es necesario hacer excavaciones o perforacionesde prueba en cada caso especfico, las cuales permitirn conocer: Permeabilidad media del acufero para estimar la produccin por metro lineal de galera. Granulometra del terreno para determinar las caractersticas de la grava de envoltura.Gastos Pequeos: 3 a 5 lpps.En el caso de gastos pequeos del orden e 3 a 5 lps, normalmente basta con unaexcavacin de prueba hasta una profundidad conveniente por debajo del nivel esttico delagua. Se extrae luego el agua con bomba, a una tasa fija y se observa el descenso denivel. La estabilizacin de dicho nivel para una tasa fija de bombeo prolongado, significarque el recargamiento natural del acufero desde el ro (en el caso de captaciones indirectade fuente superficial), iguala el gasto extrado. A base de este gasto y estimando el reatotal de penetracin del agua en la excavacin de prueba, puede formarse una idea acercade la longitud necesaria de galera para el gasto deseado. 14 15. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico.Gastos MayoresCuando se trata de gastos mayores, adems de la excavacin de prueba, ser necesarioperforar o excavar uno o varios pozos de observacin, a fin de determinar el descenso del nivelde agua a cierta distancia del punto donde se efecta el bombeo de prueba.En este caso, el procedimiento para determinar la longitud necesaria de la galera para el gastode diseo es: Bombear a una tasa constante hasta que el nivel de agua se establece en la excavacin de prueba. Medir el nivel, tanto en la excavacin de prueba como en el pozo de observacin y calcular los valores de h1 y h2 . Igualmente medir las distancias r1 y r2. Si se trata de un acufero no confinado hacer uso de la frmula:Q = (/2.31) * (p) * [(h1 h2)/(log(r2/r1))]15 16. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico. Si el acufero es confinado hacer uso de la frmula: Q = (/2.31) * (p) *(b) * [(h1 h2)/(log(r2/r1))]Donde b es el espesor del acufero confinado. A partir de estas expresiones, calcular lapermeabilidad media del acufero. Aplicar la ley de Darcy.Q = PIAEn este caso Q es el caudal que puede brindar el acufero y P es la permeabilidad media.El rea de penetracin queda definida por la grava de envoltura del tubo de recoleccin y lalongitud total del mismo. Para los efectos de captacin indirecta de aguas superficiales,normalmente se toma el rea de la cara hacia el ro, dejando el flujo desde el lado opuestocomo margen de seguridad. El gradiente hidrulico disponible es desde el nivel del aguadel ro hasta la grava de envoltura y se determina dividiendo la profundidad de la grava deenvoltura con respecto al nivel esttico del agua subterrnea entre la distancia desde laorilla del ro hasta la galera. 16 17. Galeras de Infiltracin4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico. Clculo de la longitud de la galera, se calcula a partir de la expresin: L = Qdisseo / QacuferoDonde Qacufero es el caudal disponible en la fuente (rendimiento del acufero) por u