Informe Final Galerias de Infiltracion

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    17-Jan-2016
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Sistema de Agua

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    INFORME FINAL

    GALERAS DE INFILTRACION

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    Introduccin Una galera de infiltracin es una forma de captar el agua subterrnea que se encuentra muy prxima a la superficie - subsuperficial - y cuyos afloramientos se presentan dispersos en reas considerables. El uso de estas obras de captacin de agua, se limita a casos en que el agua subterrnea se encuentre a una profundidad de 5 a 8 metros por debajo del suelo. Son recomendadas cuando se va a captar el agua subterrnea de acuferos de poca profundidad con un pequeo espesor saturado y adems en zonas costeras en donde el agua dulce se encuentra por encima del agua salada. 1.- Principio de funcionamiento Una galera de infiltracin consiste en un tubo perforado o ranurado , rodeando de una capa de grava o piedra triturada graduada instalada en el acufero superficial, o en el caso de captacin indirecta de aguas superficiales, en el estrato 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 se construye un tanque o pozo recolector, de donde se conducen las aguas por gravedad o por bombeo hacia el sistema de distribucin (Fig.1). El tubo de recoleccin usualmente es de concreto o de fibrocemento. Su dimetro es funcin del gasto, siendo el ms recomendable del orden de 200 250 mm.

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    Figura 1.- Detalle de una Galera de infiltracin

    2.- 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 se conectan, la galera normalmente se instala paralela al eje del mismo. En este caso, la direccin del flujo subterrneo principalmente es desde el ro hacia la galera, aunque desde el lado opuesto de la misma tambin penetrar el agua, ya que el ro y la instalacin de la galera ser anloga (Fig. 2 y 3).

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    Figura 2.- Galera de infiltracin con flujo del ro hacia la galera

    Figura 3.- Galera de infiltracin con flujo del acufero al ro y la galera.

    En caso de cursos rpidos y extractos de baja permeabilidad, ser necesario investigar la direccin del flujo subterrneo, a fin de interceptar el paso del mismo con la galera de infiltracin. Normalmente, unos ramales perpendiculares al eje del ro dan los resultados deseados (Fig. 4).Cuando no existen extractos permeables con la excepcin de unos bancos de arena o grava 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 baja permeabilidad. (Fig.5).

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    Figura 4.- Galera de infiltracin en extractos poco permeables

    Figura 5.- Galera de infiltracin bajo el lecho de un ri

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    3.- Ventajas de las galeras construidas en materiales no consolidados El material no consolidado en donde comnmente se construyen las galeras tiene una composicin litolgica muy variable, conformada por capas de arena, grava, guijarros y arcilla, 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 ubicados normalmente en el fondo de los valles que frecuentemente corresponden a zonas planas con niveles piezomtricos muy prximos a la superficie. c) Suelos con alta porosidad efectiva, permiten disponer de mayor cantidad de agua subterrnea. d) Permeabilidad ms elevada con respecto a otras formaciones, lo que facilita el desplazamiento del agua. e) Disponibilidad de agua en perodos de escasas lluvias, cuando el caudal de los ros es mnimo o nulo, al permitir que las aguas subterrneas circulen por el material aluvial que conforma el valle del ro, mientras que en perodo lluvioso, el caudal superficial del ro recarga el acufero incrementando la disponibilidad de los recursos hdricos.

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    4.- Criterios de Diseo - Clculo hidrulico. Considerando que el proyectista de pequeas obras de abastecimiento tiene que disear una galera de filtracin en base a su experiencia y, por lo general, sin un detallado estudio hidrogeolgico, resulta una buena prctica calcular por medio de diferentes mtodos, variando los parmetros dentro de un rango razonable de magnitud, para luego seleccionar los resultados ms probables. Aunque el procedimiento no parece muy confiable, en muchos casos proporciona buenos resultados para el diseo. El procedimiento de emplear diferentes modelos en el diseo de la galera filtrante, permite al proyectista identificar los parmetros o factores de mayor influencia. Al efecto, en las formulaciones es necesario tener en cuenta las caractersticas del acufero y las caractersticas del dren. Las caractersticas del acufero se identifican por los siguientes parmetros con sus respectivos 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]

    En lo que respecta a la galera de filtracin, sus principales caractersticas fsicas con sus respectivos 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 que puede ser:

    Caudal unitario por longitud de dren: q [m3/s-m] Caudal unitario por rea superficial: q [m3/s-m2]

    Por su ubicacin, las galeras de infiltracin son captaciones donde puede admitirse que el mtodo de equilibrio para fuentes subterrneas es aplicable. A fin de determinar las caractersticas de diseo de las galeras es necesario hacer excavaciones o perforaciones de prueba en cada caso especfico, las cuales permitirn conocer:

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    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 una excavacin de prueba hasta una profundidad conveniente por debajo del nivel esttico del agua. Se extrae luego el agua con bomba, a una tasa fija y se observa el descenso de nivel. La estabilizacin de dicho nivel para una tasa fija de bombeo prolongado, significar que el recargamiento natural del acufero desde el ro (en el caso de captaciones indirecta de fuente superficial), iguala el gasto extrado. A base de este gasto y estimando el rea total de penetracin del agua en la excavacin de prueba, puede formarse una idea acerca de la longitud necesaria de galera para el gasto deseado. Gastos Mayores Cuando se trata de gastos mayores, adems de la excavacin de prueba, ser necesario perforar o excavar uno o varios pozos de observacin, a fin de determinar el descenso del nivel de 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 gasto de 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))] 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 la permeabilidad media del acufero. Aplicar la ley de Darcy.

    Q = PIA En 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 la longitud 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 opuesto como margen de seguridad. El gradiente hidrulico disponible es desde el nivel

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    del agua del ro hasta la grava de envoltura y se determina dividiendo la profundidad de la grava de envoltura con respecto al nivel esttico del agua subterrnea entre la distancia desde la orilla del ro hasta la galera. Clculo de la longitud de la galera, se calcula a partir de la expresin:

    L = Qdisseo / Qacufero Donde Qacufero es el caudal disponible en la fuente (rendimiento del acufero) por unidad de longitud. Clculo del rea perforada en el tubo recolector, para conocer el nmero de

    perforaciones que se requieren en el tubo recolector se utiliza la expresin siguiente:

    A = Qdi