Unidad 2

UNIDAD I I

FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

2.1 Generalidades 2.2 Clases de fuentes de agua2.3 Aguas pluviales2.4 Pluviómetros 2.5 Sistema de captación de aguas pluviales2.6 Ventajas de agua pluvial2.7 Desventajas de agua pluvial2.8 Calculo de captación2.9 Ejemplo 2.10 Aguas superficiales2.11 Aguas Subterráneas

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2.1 GENERALIDADESLa fuente de agua es tan importante como el estudio de lapoblación; el agua para abastecer a una población debeser de buena calidad, debe tener cantidad suficiente parasatisfacer la necesidad actual y futura de la población, dela industria, del comercio y del servicio público.

La fuente de agua no se encuentra libremente en lanaturaleza, hay que buscarla en las precipitacionespluviales, en la superficie y en el subsuelo; posiblementecerca o lejos de la ciudad; hay que transportar el aguadesde la fuente a la planta de tratamiento o a unalmacenamiento y luego a la distribución.



2.2 CLASES DE FUENTES DE AGUALas fuente de agua se pueden clasificar según su origencomo aguas pluviales, superficiales y subterráneas.

2.3 AGUAS PLUVIALES:Son las aguas que provienen de las lluvias, son las máspuras que se pueden encontrar en la naturaleza, al caerdesde alturas bastante grandes, se produce su aireación yes muy eficaz, desapareciendo casi por completo el sabordesagradable de agua destilada, su pureza no es absoluta,por los gérmenes, polvo e impurezas que pueden estarflotando en la atmósfera, son captadas para el usohumano.



2.4 PLUVIOMETROS:Para el diseño de la toma de agua pluvial es necesarioconocer la frecuencia y cantidad de precipitación de lluviaque cae en una zona, para esta medición se utiliza losPluviómetros, que son aparatos que permiten medir lacantidad de precipitación de lluvia.

2.4.1 PLUVIOMETRO TIPO



El pluviómetro tipo es de lecturas diarias, consiste en uncilindro de 8” (203,2 mm) de diámetro y un cilindro de 2”(50 mm) y de alto 610 mm que recibe el agua de lluvia,su sección recta tiene una superficie igual a la décimaparte de la del cilindro.En la abertura superior lleva ajustado un embudo, queque descarga en el tubo receptor del agua.Una varilla graduada se emplea para determinar laaltura del agua en el tubo, para nuestro medio se gradúaen milímetros.

2.4.2 PLUVIÓMETRO DE ÁLABE VASCULARPara determinar la precipitación de lluvia duranteperíodos cortos de tiempo, se emplean aparatos queregistran automáticamente la cantidad de lluvia.





La figura que se ha mostrado, es un pluviómetro de álabevascular.La lluvia se recoge en una cazoleta en forma de embudo quedescarga en un álabe de doble inclinación, el cual, una vezlleno el álabe, se inclina y desagua el agua en un cilindroinferior.Al inclinarse el álabe mueve una pluma, cuyo movimiento segraba sobre un papel que se mueve circularmente por unmecanismo de relojería.Cada inclinación del álabe, que corresponde a 0,01 pulgadas(0,25 mm) de lluvia, da lugar a un trazo de la línea sobre elpapel.Después de 15 trazos, la pluma que grava se invierte y sutrazo lo hace en sentido contrario, después de 24 horas, secambia el papel.Contado los movimientos de la pluma ocurridos en un tiempodado, pude hallarse, y registrarse, la cantidad deprecipitación de agua



2.5 SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUAS PLUVIALESLa superficie que se recoge el agua normalmente se emplealos techos inclinados de la vivienda, con una pendiente del 15% llevan el agua a los aleros del techo y con canaletas serecoge la lluvia, por un tubo que baja hasta un tanque dondese almacena el agua.





Es conveniente no almacenar el agua que cae durante losprimeros momentos de la lluvia, ya que arrastra lasimpurezas depositadas en la superficie del techo.La instalación que se muestra se usa para no almacenar lasprimeras aguas de lluvia.



2.6 VENTAJAS DEL AGUA PLUVIALLas ventajas de la toma de agua pluvial en techos son:

• Alta calidad del agua de lluvia.• Sistema independiente, y por lo tanto, muy apropiado para

caseríos o asentimientos alejados.• En la construcción de estos sistemas pueden usarse

materiales y mano de obra locales.• No hay necesidad de consumo de energía para la

operación del sistema.• Fácil de mantener por parte del usuario.• Comodidad y accesibilidad del agua. Se economiza un

tiempo valioso en la recolección y/o acarreo del agua deotras fuentes alejadas.



2.7 DESVENTAJAS DEL AGUA PLUVIALLas desventajas son:

• El alto costo inicial puede impedir la adquisición delsistema por parte de las familias interesadas.

• La cantidad de agua disponible está determinada por laprecipitación y la superficie del techo.

• El agua sin minerales es insípida y la gente puede preferirun agua rica en minerales.

• El agua sin minerales puede causar deficienciasnutricionales.



2.8 CÁLCULO DE CAPTACIÓNSe calcula para abastecer a una vivienda en basa a la ofertade lluvia y al consumo de agua por día de la vivienda, lo queno se consume se almacena para la época de sequía.Se necesita conocer la estación de lluvia y la estación seca, lamas efectiva es de 10 años.

Para el cálculo lo mas efectivo es la técnica de la Curva deMasa, es un método para determinar el volumen del tanque.

También es necesario utilizar con aproximación un coeficientede escorrentía, para el tipo de techo y la calidad de lacanaleta.El coeficiente de escorrentía no es una cifra exacta, pero seestima a partir del tipo de techo y canaletas.No se recomienda el uso de techo de paja o similares



COEFICIENTES DE ESCORRENTIA

CANALETAS

TIPO DE TECHO BUENAS MALAS

METÁLICO 0,9 0,6

OTROS TIPOS 0,8 0,7



MESES PRECIPITA -CIÓN

MENSUAL

mm

ABASTE -CIMIENTO MENSUAL

Litros

ABASTE -CIMIENTO ACUMU -.LADADO del (c)Litros

DEMANDA MENSUAL

litros

CANTIDAD ALMACE -NADA

litros

CANTIDAD TOTAL

ALMACENADA

litros

VOLUMEN NECESARIO DEL TANQUE

litros

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

2.8.1 CALCULO ANALÍTICO Y GRÁFICO CON DIAGRAMAMASA

Para el calculo con Diagrama Masa, se confecciona una tablade 8 columnas.

a) Los mesesb) Datos de las precipitaciones c) Multiplicar el (b) por coeficiente de escorrentíad) Abastecimiento acumulado del (c)e) Demanda mensual de la vivienda entre 15 hasta 50 ts/díaf) c) menos el e), puede ser una cifra positiva o negativa



2.9 EJEMPLO:La superficie de un techo de 25 m2; se asume uncoeficiente de escorrentía de 0,8; la demanda de lavivienda es 50 litros por día.Precipitación de lluvia en (mm) por mes, según laestadística del lugar es de:Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

119 106 227156 110 542 8 0 0 1 0 1 2 187 72439 133 39 2 2 1 0 4 0 6 89 221

a) Cálculo analíticoEn la tabla de 8 columnas se coloca la precipitación decada mes y se calcula las demás columnas.



Meses Precipitación Abastecimiento Abastecimiento Demanda Cantidad Cantidad Volumenmensual mensual acumulado mensual almacenada total necesario

almacenada del tanque(mm) (litros) (litros) (litros) (litros) (litros) (litros)

1 119 2 380 2 380 1 500 880 8802 106 2 120 4 500 1 500 620 1 500 3 227 4 540 9 040 1 500 3 040 4 5404 156 3 120 12 160 1 500 1 620 6 1605 110 2 200 14 360 1 500 700 6 8606 542 10 840 25 200 1 500 9 340 16 200 -----7 8 160 25 360 1 500 - 1 340 14 8608 0 0 25 360 1 500 - 1 500 13 3609 0 0 25 360 1 500 - 1 500 11 860 16 200 -10 1 20 25 380 1 500 - 1 480 10 380 5 940 =11 0 0 25 380 1 500 - 1 500 8 880 10 260 m3 12 1 20 25 400 1 500 - 1 480 7 40013 2 40 25 440 1 500 - 1 460 5 940 -----14 187 3 740 29 180 1 500 2 240 8 18015 72 1 440 30 620 1 500 - 60 8 12016 439 8 780 39 400 1 500 7 280 15 400 17 133 2 660 42 060 1 500 1 160 16 560 -----18 39 780 42 840 1 500 - 720 15 84019 2 40 42 880 1 500 - 1 460 14 380 20 2 40 42 920 1 500 - 1 460 12 290 16 560 -21 1 20 42 940 1 500 - 1 480 11 440 5 640 =22 0 0 42 940 1 500 - 1 500 9 940 10 920 m3 23 4 80 43 020 1 500 - 1 420 8 52024 0 0 43 020 1 500 - 1 500 7 02025 6 120 43 140 1 500 - 1 380 5 640 -----26 89 1 780 44 920 1 500 280 5 92027 221 4 420 49 340 1 500 2 920 8 840

El volumen del tanque se ha determinado analíticamente en 10 920 m3, que es el más desfavorable

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)



.b) Cálculo gráfico con Diagrama Masa:

El volumen del tanque se puede terminar gráficamente,mediante el diagrama Masa, con el siguienteprocedimiento:

• Ploteo los valores acumulativos del abastecimiento (d),entre los ejes de ordenada y abscisa.

• Ploteo los valores de la demanda acumulada (e), nos daráuna línea recta. Ahora las curvas de demanda yabastecimiento pueden ser comparadas entre sí. Parahacer esto, la curva de demanda se coloca encima de lacurva de abastecimiento y se mueve hacia arriba hastaque sea tangente a una de las crestas de la curva deabastecimiento.



• Ahora se debe determinar en que punto de la curva de lademanda, está más distanciada de la curva deabastecimiento. Esta distancia vertical es la diferenciaentre la demanda y el abastecimiento y representa elvolumen de almacenamiento requerido.





2.10 AGUAS SUPERFICIALESLas agua superficiales se presentan en los ríos, arroyos ylagos, generalmente estas aguas son las más expuestas acontaminación y hoy en día no constituye inconveniente sutratamiento.

La toma de agua en los ríos se instalan por lo general enun lugar alejado de la ciudad, y siempre aguas arriba,debido a que en las proximidades de la ciudad contaminanvertiendo en los ríos aguas residuales de las industrias, aveces los habitantes lavan en el río la ropa y abrevan elganado; por lo tanto es importante su tratamiento para eluso humano.



Las obras de toma que se ejecuten, en lo posible, no sedebe modificar el flujo del río serán ubicadas en zonasque no ocasionen erosión o sedimentación y deberánestar por debajo de los niveles mínimos de agua.

Toda toma debe disponer de una rejilla y un sistema decierre.

En caso de tomas en río de poco tirante de agua,deberán preverse las estructuras de represamientonecesario.

2.10.1 TOMA DE AGUA EN LOS RÍOSHay gran variedad de tomas de agua en los ríos,explicaremos algunas de ellas:



TOMA EN RIO CON BOMBEO



TOMA EN RIO CON BOMBEO EN UNA LADERA



TOMA EN RIO CON BOMBA VERTICAL



TOMA DE RIO O LAGO CON BOMBEO



TOMA EN EL RIO POR GRAVEDAD



TOMA EN EL LECHO DE RIO O LAGO CON BOMBEO



TOMA EN EL RIO CON DERIVACION PARA LA CAPTACIÓN



2.10.2 TOMA DE AGUA EN LAGOS O EMBALSESLas aguas de lagos y embalses provienen de aguaspluviales y de escorrentía que desembocan en éstos.Casi siempre contienen materias en disolución y ensuspensión, pero suele ser más limpia que la de los ríos.

La toma se alegará tanto como sea posible de descargasde líquidos cloacales o de otros desechos.

Los embalses son diques y represas, tienen unacompuerta de salida de agua y se instala por la partebaja, con un resguardo para evitar el arrastre de lodos.

El agua de la superficie en los lagos se calientageneralmente en verano por lo que la tubería decaptación debe colocarse a profundidad, para obteneragua cuya temperatura resulta fresca.

Los sistemas de captación en los lagos son lossiguientes:



TOMA EN UN LAGO CON MACHONES DE CONCRETO



TOMA EN UN LAGO CON ESTACAS



TOMA EN UNA LADERA DEL LAGO



TOMA EN UNA LAGUNA ARTIFICIAL O REPRESA



2.11 AGUAS SUTERRANEAS

Las aguas subterráneas provienen de la filtración de lasaguas de lluvia, deshielos, aguas de ríos, de escorrentía yde lagos.

Esta agua al penetrar en el suelo va descendiendo poracción de la gravedad hasta alcanzar un estratoimpermeable sobre el cual discurre constituyendo unacapa acuífera.

Estas capas acuíferas pueden emerger espontáneamentesobre el terreno formando pantanos, (bofedal, cocha),manantiales; otras veces hay que buscar el aguadirectamente en dichas capas por medio de pozos ygalerías, como se muestra en los cortes geológicos



2.11.1 CORTE GEOLÓGICOEn un corte geológico con perforación de pozos puedeencontrarse cuatro casos. El pozo con el número (1) esbueno y se encuentra agua; el pozo con el número (2)es seco; el pozo con el número (3) de gran profundidades muy bueno y tiene gran cantidad de agua y el pozonúmero (4) de gran profundidad es seco.



2.11.2 CORTE GEOLÓGICO EN UN VALLECorte geológico en un valle en el pozo número (1) esbueno; el pozo con el número (2) es seco y el pozo número(3) es bueno



2.11.3 CORTE GEOLÓGICO EN UN TORRENTE ALUVIALCorte geológico en un torrente aluvial, se muestra un pozono artesano y un pozo artesano que sale el agua por lapresión del estrato de agua.



2.11.4 MANANTIALES

El agua de manantial son aguas que emergen del subsuelo generalmente más limpia, debido a que pasa porterrenos que permiten su filtración. Otras aguas demanantiales atraviesan terrenos que disuelven elementosquímicos no aptos como agua potable.

La captación de un manantial depende si brota de lasuperficie, de una ladera, lo importante es realizar la obrade captación que impida la contaminación del agua.



a) Manantial por el pisoEl manantial puede aparecer por el piso, se construye unacaja de concreto armado para la toma de agua y otra paracámara para la válvula de control de la tubería deconducción que es por gravedad y para la tubería de limpiay rebose. Se le debe instalar un tubo de ventilación a lacámara de toma



Ejemplo:Una población de 3000 habitantes, necesita agua potablede un manantial de piso, calcular su área del manantial, sele asigna a la población una dotación de 120 lts/hab/día,para MADD de 1,2; el aforo del manantial es de 0,2lts/seg/m2

3000 hab. x 120 lts/hab/día = 4,20 lts/seg86400 seg/día

4,20 lts/seg x 1,20 = 5,04 lts/seg5,04 lts/seg = 25.20 m2

0,2 lts/seg/m2



b) Manantial de vena angostaEl manantial en ladera de vena angosta, el aguaaparece por la ladera de un cerro y de acuerdo a lacantidad de agua que se desea captar se construye unacaja de captaciónEntre el cerro y la caja de captación se rellena con gravalimpia para el pase del agua hacia la caja de captaciónLa caja de recolección de concreto armado tiene doscámaras, una donde ingresa el agua para ser conducidapor tubería, la otra cámara donde se capta el reboce ose encuentran las válvulas.







Ejemplo:Una población de 4000 habitantes necesita agua potablede un manantial de ladera de vena angosta; el aforo delmanantial es de 0,4 lts/seg/m.l.; para la población se leasigna una dotación de 130 lts/seg/día y MADD de 1,25.Calcular la longitud de la vena angosta del manantial, parael diseño de la estructura de la captación.

4000 hab x 130 lts/seg/día = 6,02 lts/seg86400 seg/día

6,02 lts/seg x 1,25 = 7,53 lts/seg

7,53 lts/seg = 18,83 m.l.0,4 lts/seg/m.l.



c) Manantial en ladera de vena anchaEl manantial en ladera de vena ancha, el agua aparecepor la ladera de un cerro y de acuerdo a la cantidad deagua que se desea captar se construye un muro decontención para contener la grava preparada y alojar latubería de drenaje provista de huecos, para captar elagua del manantial; la tubería de drenaje tienependiente hacia una caja de recolección.

La caja de recolección de concreto armado tiene trescámaras, una donde ingresa el agua para ser conducidapor tubería, otra cámara donde se encuentran lasválvulas y otra cámara para recibir el rebose en caso dellenarse la cámara de agua.







Ejemplo:Una población de 5000 habitantes necesita agua potablede un manantial de ladera de vena ancha; el aforo delmanantial es de 0,25 lts/seg/m.l.; para la población se leasigna una dotación de 140 lts/seg/día y MADD de 1,3.Calcular la longitud de la vena ancha del manantial, para eldiseño de la estructura de la captación.

5000 hab x 140 lts/seg/día = 8,10 lts/seg86400 seg/día

8,10 x 1,3 = 10,53 lts/seg

10,53 lts/seg = 42,12 m.l.0,25 lts/seg/m.l.



2.11.5 GALERÍAS FILTRANTESLas Galerías Filtrantes son muy convenientes en lascercanías de los ríos, en los pantanos, (bofedal, cocha)para captar el agua de capa acuífera de pocaprofundidad.

Las galerías filtrantes con tuberías de drenajetransversales al cause de agua del subsuelo con unapared permeable mirando aguas arriba y el resto conpared impermeable. El diámetro mínimo de las tuberíasa emplearse serán de 300 mm con juntas abiertas.

Las tuberías que actúan como drenes poseenperforaciones de 25 mm, a 50 mm, espaciadas de 10cm, a 30 cm, dando a los tubos una ligera pendientehacia el depósito de almacenamiento, para que el tengauna velocidad máxima de 0,60 m/seg









EJEMPLO:Calcule una galería filtrante con tubería de drenaje parauna población de 4 000 habitantes, con una dotación de150 l/h/d y una variación de consumo MADD de 1,3. Elrégimen hidráulico del subsuelo es de 0,60 l/s./m.Caudal promedio necesario:4000 hab x 150 l/h/d = 6,94 lts/seg

86 400 s/dMADD 6,94 l/s x 1,3 = 9,03 l/s

Metros lineales de tubería de drenaje:9,03/0,60= 15,05 m.



2.11.6 TOMA DE AGUA POR POZOSLos pozos es otro sistema de captación de aguasubterránea, los más usuales son los llamados pozosabiertos o excavados y los pozos de profundidad.Para cualquiera de los tipos de pozos se necesita unequipo de bombeo para extraer el agua.

La cantidad de agua debe ser bien estudiada debido a ladepresión que sufre la capa del acuífero y surecuperación de nivel.

Para ubicar los acuíferos de agua los mejores estudiosson los de prospección eléctrica o sea pasar corrientecontinua entre dos puntos del terreno, conforme se alejauno de los puntos la corriente pasa a mayor profundidad;este sistema permite ubicar si existe una capa acuífera,su profundidad y con que potencial de agua.



1) Pozos abiertosLos pozos llamados abiertos son accesibles y puedentener diámetros hasta de 1,50 m a 3 m. Estos pozosofrecen excelente servicio por encontrarse cerca de lasviviendas. Por ser pozos de capas acuíferas de pocaprofundidad pueden ser contaminadas por aguasresiduales, por líquidos procedentes de estercol, porfosas sépticas, etc., cuyas aguas penetran en el terrenoy atraviesan las paredes de los pozos.

• Pozo excavado en terreno estableCuando el terreno es compacto o roca, es un pozoestable, su fuste o muro de contención puede tener unaprofundidad mínima de 3,00 metros y se puede construircon ladrillo o muro de concreto, en la zona del estratopermeable se hace perforaciones de 25 mm a 50 mm dediámetro espaciadas a 20 cm de centro a centro.

La extracción de agua puede ser con bomba manual, agasolina o eléctrica





• Pozo excavado en terreno poco estableCuando el terreno no es estable el fuste o muro decontención debe construirse hasta la capa acuífera deladrillo o de concreto armado y rellenar el contornoexterior del fuste con material impermeable.





• Pozo excavado como caisonLa excavación del pozo se realiza con un fuste o murode contención de ladrillo o de concreto que vadescendiendo con la excavación, el inicio del fuste es deconcreto armado tipo cuchilla para que penetre, la partede pared del fuste que estará en contacto con la capaacuífera debe tener perforaciones para el ingreso delagua donde se instala la bomba





• Pozo radial o RaneyEs un pozo abierto con fuste o muro de contención y enel fondo de la capa acuífera tiene tubos de drenajeradiales que ingresan al fuste en el fondo y pueden sercontrolados con válvulas, su finalidad es captar mayorcantidad de agua. Se muestra un esquema de corte, deplanta y dos tipos de puntas “WELL POINTS”





2) Pozo de profundidadCuando el agua se encuentra a mayor profundidadacuífera, la captación se hace con pozos entubados,generalmente hincados con martinete, llamados pozosabisinios o pozos Norton. La perforación del pozo serealiza con broca rotativa y también se puede perforarpozos de sondeo

• Pozos de sondeoPara su perforación se usa una broca de 4” a 6”, selubrica con agua para terreno estable con “MUD”; paraterreno suelto con forro o sonda.Se muestra un equipo de bombeo





• Perforación con broca rotativaLa perforación del pozo se realiza con broca rotativa



• Medición de caudales y depresión



PERFORACIÓN DE POZOS CON PRESIÓN DE AGUA



POZOS CON DOBLE ADEME Y FILTROS ARTIFICIALESDE GRAVA

Los pozos que se instalan con el método del doble ademe.El ademe exterior se coloca primero hasta el fondo delhueco y luego se va levantando conforme la grava secoloca alrededor de la rejilla. El ademe exterior se levantacon gata.





Formación del paquete de grava con tratamientoEl ademe exterior colocado hasta la mesa de agua y bajan el ademe guía del filtro (BAILL DOWN)





FORMAS DE COLOCACIÓN DE FILTROSSituación AEl acuífero de material muy grueso, su ademe condiferentes diámetros



Situación BAcuífero de material muy grueso, con ademe de un solodiámetro



Situación CAcuífero escavado con “MUD” o auto estable y colocación de filtro especial



Situación DAdeme exterior extraído con gata y un ademe guía del filtro, el ademe exterior y el ademe de guía sellado con mortero, acuífero escavado con “MUD”



Formación defectuosa del paquete de gravaPozo que no tiene ademe exterior y utiliza un pistón“Plunger” para el tratamiento de la grava en el filtro



INSTALACIÓN DE PUNTERAS

Las punteras se instalan a menudo dentro de los pozosperforados. En el extremo superior de la puntera, se enroscauna pieza hecha al torno o un empaque adecuado.

Seguidamente, la puntera se deja caer por dentro del ademehasta que alcance el fondo del agujero. Posteriormente elademe es extraído para dejar expuesta la rejilla dentro delacuífero.





Si se emplea una pieza torneada en el extremo superiorde la puntera, se provee de este modo un collar que seadapta ajustadamente al ademe. De esta manera, podríainstalarse fácilmente sobre la pieza mencionada unaválvula de retención con empaque de hule.



Otro procedimiento, que permite aplicar la fuerzanecesaria para hincar la puntera directamentesobre el extremo sólido de ésta. Resulta muy útilcuando se clavan punteras de 1,50 m. de longitud omayores





METODO “ESTÁNDAR” PARA INSTALAR LAS REJILLAS JOHNSON



Levantando un revestimiento de 12” haciendo uso de losgatos hidráulicos y grapa circular – anillo con cuñas.



INSTALACION DE REJILLAS JOHNSON POR ASENTAMIENTO CON ACHICADOR



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