5.1 obras de captación

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ABASTECIMIENTO DE AGUAS
5.- OBRAS DE CAPTACIÓN

En pequeña escala, también se almacena agua de lluvia
en cisternas, pero no es fácil cuando se trata de abastecer
poblaciones importantes.
La captación de esta agua puede hacerse en los tejado o
en áreas especiales debidamente dispuestas. Pero en
estas condiciones el agua arrastra las impurezas de dichas
superficies, por lo que para hacer potable es preciso
filtrarla. La filtración se consigue mediante la adecuada
instalación de un filtro en la misma cisterna.

Captación de agua pluvial

El volumen de la cisterna puede calcularse de la forma
siguiente:
Vs = D * 30 * (12 – t) * 1.3 *h
Donde:
Vs = Volumen necesario para el consumo en época de secas
(litros).
D = Dotación en (l/hab/día).
30 = Días del mes.
(12-t) = Número de meses secos, t es el número de meses con
lluvia.
1.3 = 30% más por seguridad.
h = Número de habitantes (usuarios).

Por otra parte:
Vc = P * A
1000
Donde:
Vc = Volumen anual captado m3
.
P = Precipitación media anual (mm).
1000 =Factor de conversión de unidades.
A = Área de captación en m2
.
Si Vs < Vc no existirá problema de suministro, pero si
Vs > Vc faltara agua; entonces al menos debe tenerse
que Vs = Vc.

Ejemplo:
Calcular el volumen de agua que se debe almacenar en una
cisterna para una población de 5,000 habitantes si se les asigna
una dotación de 200 l / hab. / día, la precipitación media anual es
de 90 cm y la época de lluvias dura 4 meses.
Solución:
El volumen necesario para el consumo en época de secas es de
acuerdo a:
Vs = 200 * 30 * (12 - 4) * 1.3 * 5,000
Vs = 312’000,000 litros.
Vs = 312,000 m3
.

Y el volumen anual captado es:
Vc = 900 * A
1,000
Para que no exista problema de suministro al menos debe
tenerse que:
Vc = Vs, por lo tanto:
900 * A = 312,000 m3
.
1,000

El área de captación es:
A = 312,000 * 1,000
900
A = 346,666.67 m2.
Esto para el volumen de agua necesario de:
Vc = 312,000 m3.

En conclusión, no es factible para una población como
la de este ejemplo, la construcción de obras tan
grandes para la recolección y depender de ésta para el
suministro pero tampoco debería desaprovecharla.

5.1 RECONOCIMIENTO SANITARIO
La importancia que tiene un reconocimiento sanitario de las
fuentes de agua no debe menospreciarse.
En el caso de un nuevo sistema de abastecimiento, el
reconocimiento sanitario debe realizarse conjuntamente con
la recolección de los dados.
El reconocimiento sanitario debe incluir la localización de
cualquier riesgo contra la salud y la evaluación de su
importancia presente y futura.

1. Abastecimiento con agua superficial
a) Naturaleza geológica de la superficie.
b) Características de la vegetación.
c) Población con alcantarillado.
d) Métodos para la disposición de las aguas residuales.
e) Características y eficiencia de las plantas de
tratamiento de las aguas residuales en el interior de la
cuenca.
f) Proximidad de fuentes de contaminación fecal en la
toma de abastecimiento del agua.

g) Proximidad, fuentes y características de los desechos
industriales.
h) Características del abastecimiento en cuanto a
cantidad.
i) Características y calidad del agua cruda.
j) Período nominal de retención en la represa.
k) Potabilización del agua.
l) Instalaciones de bombeo.

2. Abastecimiento con agua subterránea.
a) Característica geológicas locales; pendientes del terreno
superficial.
b) Naturaleza de los suelos y de los estratos.
c) Pendiente del manto freático.
d) Extensión de la superficie de escurrimientos que puede
aportar agua para abastecimiento.
e) Naturaleza, distancia y dirección de las fuentes de
contaminación locales.

g) Posibilidad de que el agua de desagüe superficial
penetre en el sistema y de que los posos se inunden;
métodos de protección.
h) Métodos utilizados para protección del abastecimiento
contra la contaminación.
i) Características constructivas del pozo.
j) Protección superior y lateral del pozo.
k) Construcción de la caseta de bombeo
l) Desinfección.

5.2 CAPTACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES
Para el diseño de las obras de captación superficiales se
requiere obtener, además de la información del apartado
5.1 la siguiente:
a)Datos hidrológicos:
•Gasto medio, máximo y mínimo.
•Niveles de agua normal, extraordinario y mínimo.
•Característica de la cuenca; erosión y sedimentación.
•Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes.

b) Aspectos económicos:
• Generación de alternativas y elección de la más
económica que cumpla con los requerimientos
técnicos.
• Menores costos de construcción, operación y
mantenimiento.
• Costo de las obras de protección.
• Tipo de tenencia del terreno.

1. Obras de captación para grandes variaciones en los niveles
de la superficie libre
Torres para captar el agua a diferentes
niveles.
Estación de bombeo flotante

2. Obras de captación para pequeñas variaciones en los niveles
de la superficie libre
Estación de bombeo fija en un cárcamo Estación de bombeo fija en un río

Canales de derivación

3. Para escurrimientos pequeños con pequeños tirantes.
Presas derivadoras o diques con toma directa.

Muro vertedor con caja y vertedor lateral.

Muro vertedor caja central y toma.

4. Captación directa por gravedad o por bombeo
Cuando las aguas de un río están relativamente libres de
materiales de arrastre en toda época del año, el dispositivo
de captación más sencillo es un tubo sumergido.
Captación directa con bomba centrifuga horizontal

Captación directa con bomba centrifuga vertical.

Obra de toma flotante
Acueducto Laguna de Alvarado

Obra de toma en la presa El Novillo
Acueducto Independencia
(El Novillo-Hermosillo, Son.)

Obra de toma “La Isla 2” en el Río Carrizal
Villahermosa, Tabasco

Pozo inundado
Nivel del agua alcanzado
en la inundación

Obra de toma elevada
Los Cabos, B.C.S.

Galería filtrante (transversal o perpendicular)
Costa Chica, Gro.

Túnel de San Francisco Santiago, N.L.

Obra de toma en la presa El Realito
Para el suministro de agua potable a San Luis Potosí, SLP.
32

Obra de toma en la presa Valerio Trujano, Gro.
33

Obra de toma presa el Cuchillo

Obra de toma presa Cerro Prieto

5.3 OBRAS DE CAPTACIÓN PARA AGUA
SUBTERRÁNEA
Las aguas subterráneas constituyen importantes fuentes
de abastecimiento de agua. En general el agua no requiere
un tratamiento complicado y las cantidades de agua
disponibles son más seguras. Las posibles obras de
captación para este tipo de agua son:
a)Manantial.
b)Pozos.
c)Galerías filtrantes.

1. Manantiales
Las aguas de manantial generalmente fluyen desde un
estrato acuífero de arena y grava y afloran a la superficie
debido a la presencia de un estrato de material
impermeable.
El agua de manantial es generalmente potable, pero puede
contaminarse si aflora en un estanque o al fluir sobre el
terreno. Por esta razón el manantial debe protegerse con
mampostería de tabique o piedra de madera que el agua
fluya directamente hacia una tubería.

Caja de manantial.

2. Pozos.
Un pozo es una perforación vertical en general de forma
cilíndrica y de diámetro mucho menor que la profundidad. El
agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de
tipo radial. Se acostumbra clasificar a los pozos en “poco
profundos o someros” y “profundos”. Los pozos someros
“excavados” son aquellos que permiten la explotación del
agua freática.
Al uso de los pozos someros o poco profundos para
suministros públicos pueden hacerse las siguientes
objeciones:

1. Dan un rendimiento incierto porque el nivel freático
fluctúa con facilidad y considerablemente.
2. La calidad sanitaria del agua es probable. Los pozos
profundos tienen la ventaja de perforar capas acuíferas
profundas y extensas, circunstancias que evitan rápidas
fluctuaciones en el nivel de la superficie piezométrica y
dan como resultado un rendimiento uniforme y
considerable.

Pozos someros

Pozo hincado o entubado

Esquema de pozos artesianos

3. Captación de aguas por medio de galerías de
infiltración.
La galería de infiltración en principio consiste en un tubo
perforado o recurado, rodeado de una capa de granzón o
piedra picada graduada, instalada en el acuífero
subsuperficial.
En los extremos aguas arriba de la galería y a 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 distribución.
La galería de infiltración se orienta de acuerdo con la
dirección predominante del flujo subterráneo.

Detalles de una galería de infiltración

Cuando la velocidad de un río es pequeña y existen estratos
de alta permeabilidad que se conectan con el río, la galería
de infiltración normalmente se instala paralela al eje del
mismo.

Cuando con la excepción de unos bancos de arena o grava
depositados por el río en un lecho limitado, no existen
estratos permeables, la galería se instala por debajo del río
normal a su eje. La misma solución se emplea cuando el
acuífero es de muy bajo permeabilidad.

52
Pozos de pequeño diámetro: puyones

Pozo radial
Componentes
Colectores de 12 pulgadas
de diámetro
Carcaza
Equipamiento
Descarga
Succión
53

Pozo radial en captación del río Papagayo
Para el suministro de agua a la ciudad de Acapulco, Gro.
Inicio del hincado del anillo de puertos laterales Proceso de hincado
Proceso de hincado Anillo hincado
54

4.Nociones de Geohidrología
Definiciones:
UN ACUÍFERO es un estrato de subsuelo que contiene volúmenes
de agua dulce en cantidades tales que su extracción constituye un
aprovechamiento hidráulico.
UN ACUÍFERO CONFINADO es aquel que está a un lado superior
e inferiormente por estratos impermeables y que contiene agua a
una presión mayor que la atmosférica. Los estratos impermeables
ofrecen mucha resistencia al flujo de agua.
UN ACUÍFERO SEMICONFINADO es aquel que está limitado por
estratos menos permeables que él, pero que puede recibir o ceder
cantidades significativas de agua.

UN ACUÍFERO LIBRE es aquel cuyo limite superior coincide con
el nivel freático, esto es, la superficie del agua que está a la
presión atmosférica.
LA POROSIDAD es la relación del volumen de intersticios
(espacios abiertos) en el suelo a su volumen total. Es una medida
de la cantidad de agua que puede ser almacenada en los espacios
entre partículas.
RENDIMIENTO ESPECIFICO es el porcentaje de agua que está
libre para drenar del acuífero bajo la influencia de la gravedad.
EL COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO en un acuífero
confinado S, es la cantidad de agua liberada para una columna de
área horizontal unitaria y de altura igual al espesor saturado del
acuífero.

GRADIENTE HIDRÁULICO es la pendiente de la superficie
piezométrica. La diferencia en elevación de un punto a otro
a lo largo del gradiente hidráulico es una medida de
presión. Esta diferencia de elevación es llamada “carga”.
LA PERMEABILIDAD P, es una medida de la facilidad de
movimiento del agua subterránea a través de una roca.
LA TRANSMISIBILIDAD T, es la capacidad de un acuífero
para transmitir el agua a través de todo su espesor.

5. Métodos de perforación de pozos.
Perforación por percusión.
Perforación rotatoria.
Perforación por percusión con circulación inversa.

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