Abastecimiento 2015

UNIVERSIDAD ANDINA “NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS

CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ABASTECIMIENTO DE AGUA ABASTECIMIENTO DE AGUA

Y ALCANTARILLADO

UNIDAD DIDÁCTICA III

DOCENTE:

Ing. Franz Joseph BARAHONA PERALES

FUENTES DE ABASTECIMIENTO Y OBRAS

DE CAPTACIÓN

ING. FRANZ JOSEPH BARAHONA PERALES 1

Núcleo 01: Núcleo 01: Núcleo 01: Núcleo 01: CAPT. DE FUENTES SUPERF.CAPT. DE FUENTES SUPERF.CAPT. DE FUENTES SUPERF.CAPT. DE FUENTES SUPERF.

1.1.1 OBRAS DE CAPTACIÓN DE RÍOS

Deben localizarse en zonas donde el suelo sea estable y resistente a la erosión,

procurando que la captación se haga en un sector recto del cauce.

a) PERIODO Y CAUDAL DE DISEÑO

Dependerá mucho del tamaño del proyecto, pero en sistemas rurales pequeños el

periodo de diseño puede ser de 15 años. En proyectos mayores, para ciudades

intermedias y ciudades capitales el periodo de diseño puede ser de 30 años.

b) TIPOS DE BOCATOMA

Para determinar el tipo de bocatoma a seleccionar se toma en cuenta la

naturaleza del cauce y la topografía general del proyecto.

3.1.1



• TOMA LATERAL CON MURO TRANSVERSAL

Se emplea en ríos relativamente pequeños o quebradas, en donde la profundidad

del cauce no es muy grande.



• BOCATOMA LATERAL CON BOMBEO

Se emplea en ríos con caudales grandes y de una sección relativamente ancha.



• BOCATOMA LATERAL POR GRAVEDAD

Se emplea en ríos profundos de manera similar a la toma con muro transversal,

reemplazando el muro por compuertas y la rejilla por otra de mayor dimensiones.



1.1.1 OBRAS DE CAPTACIÓN DE LAGOS

• TORRE DE CAPTACIÓN

Por medio de una torre con orificios a diferentes alturas, se puede captar el agua

sin importar el nivel al cual se encuentre; posteriormente, se conduce el agua a un

pozo de succión.

3.1.2



• SIFÓN

Si las condiciones topográficas lo permiten, se puede hacer un sifón que conduzca

el agua a un canal. Se requiere una bomba para cebar el sifón y una válvula

reguladora del caudal.



• TOMA DE FONDO

Se emplea en lagos y en ríos de gran caudal y poca velocidad; de baja turbiedad

con el fin de no colmatar muy rápidamente el filtro de grava, se debe disponer de

un sistema de retro lavado de filtros.


Núcleo 02: Núcleo 02: Núcleo 02: Núcleo 02: CAPT. DE FUENTES SUBTE.CAPT. DE FUENTES SUBTE.CAPT. DE FUENTES SUBTE.CAPT. DE FUENTES SUBTE.

NUCLEO 02:

CAPATACIÓN DE FUENTES SUBTERRANEAS

3.2.1 POZOS

Un pozo es una estructura utilizada para captar el agua subterránea de un acuífero.

Existen diferentes tipos de pozos, según sea la forma de su construcción y según la

manera de captación de agua.

3.2.1



En cualquier caso existen normas generales para la localización y protección de

cualquier pozo, algunos de ellos son:

- No se deben ubicar en terrenos inundables, en el caso de terrenos planos se

debe hacer un relleno a manera de plataforma alrededor del pozo.

- El pozo debe estar localizado lejos de cualquier fuente de contaminación

como pozos sépticos, letrinas, caños de aguas negras, rellenos sanitarios y

otros. Se recomienda ubicar el pozo a una distancia mínima de 25 metros de

cualquier fuente de contaminación.

- Se debe evitar el acceso de toda clase de animales en los alrededores del pozo, se

incluye la protección que se debe dar contra roedores.



La obra de captación de una fuente subterránea la constituye el pozo o la galería de

infiltración, para lo cual se debe tomar en cuenta los siguientes parámetros.

- NIVEL ESTÁTICO.

Es la distancia medida desde la superficie del terreno hasta el nivel del agua

en el pozo no afectado por ningún bombeo, este nivel está definido por la

línea de carga en el acuífero, pudiendo variar ligeramente por efecto de

lluvias, sequías, mareas, etc.

- NIVEL DE BOMBEO.

Es la distancia medida desde la superficie del terreno hasta el nivel del agua

en el pozo cuando se extrae un determinado gasto. Evidentemente este

nivel es dependiente del gasto bombeado.

- ABATIMIENTO.

Es la distancia entre el nivel de bombeo y el nivel estático, y similarmente será

función del gasto bombeado.



3.2.1.1 TIPOS DE POZOS

Existen diferentes tipos de pozos según su construcción:

a) POZOS EXCAVADOS.

Son pozos superficiales cuya profundidad está entre 3.5 y 10 metros, debido a lo

anterior son fácilmente contaminables por lo cual debe preferirse en tanto sea

posible construir pozos más profundos.

Su excavación se hace manualmente y de sección circular, cuyo diámetro puede

variar entre 0.8 y 1.5 metros con el fin de evitar la contaminación ambiental, el

pozo debe ser revestido en su parte superior, generalmente los primeros 3.5

metros, el material de revestimiento puede ser concreto, metal, tubos de

cemento, etc.



a.1) POZO EXCAVADO CON CAMISA DE CONCRETO.

Profundidad del orden de 25 metros, en suelos relativamente blandos y puede

abastecer un conjunto de casas pequeñas, la tubería de hinca es de 2” o menos,

dependiendo de las necesidades del caudal, en parte inferior se coloca una punta

que tiene un diámetro mayor que el de la tubería en la cual se perforan orificios

con un diámetro de 1/8” y 1/6”, para dejar entrar las partículas de arena del

acuífero.



a) POZOS BARRENADOS O TALADRADOS.

Son pozos también superficiales, pero debido al método de construcción son de

menor diámetro, en su construcción se puede emplear barrenos o taladros

manuales o mecánicos, estos pozos deben ser protegidos por medio de

revestimientos similar al de los pozos excavados.

b) POZOS HINCADOS.

Como su nombre lo indica, la construcción de un pozo hincado consiste en enterrar una

tubería generalmente de fierro forjado, golpeando en su parte superior con un mazo o

martinete.

a)

b)



a) POZOS PERFORADOS.

Este tipo de pozos es el más adecuado para el suministro de agua a poblaciones de

cierto tamaño o para instalaciones industriales, por la naturaleza de su

construcción son pozos profundos, pueden llegar fácilmente a 150 metros de

profundidad y por lo tanto los de mejor calidad de agua, puede atravesar cualquier

tipo de formación geológica, lo cual es un limitante de los pozos anteriores.

d.1) PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN.

Se hace dejando caer un barreno pesado dentro del hueco, el cual al llegar al fondo rompe

el material de la formación. Por medio de un motor se levanta el barreno y se le echa agua

al pozo para extraer el material disgregado por medio de una bomba o de una cuchara

cilíndrica.

d)



d.2) PERFORACIÓN HIDRÁULICA ROTATORIA.

Con este método se usa agua a presión para ir extrayendo el material triturado por

el elemento rotatorio, el agua se reutiliza previa sedimentación de la misma.

d.3) PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN Y ROTACIÓN.

Este es un sistema de perforación que combina los dos métodos anteriores.



3.2.1.1 VELOCIDAD DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS.

La velocidad de las aguas subterráneas fue estudiada experimentalmente por Darcy en

1856, quien asimiló el fenómeno al paso del agua por tubos capilares.

El movimiento de las moléculas de agua en un manto acuífero es debido a la gravedad,

asimismo la velocidad depende de la temperatura del subsuelo, de la clasificación de

los materiales que la forman y de la porosidad de estos.

3.2.1.2



El gasto de una sección transversal del manto, es igual al producto del área de los

poros, por la velocidad en la unidad de tiempo.

Q = V * A

Teniendo presente lo anterior, Darcy propuso la fórmula siguiente:

Q = Kc * p * S * A

Dónde: Q = gasto o caudal

Kc = permeabilidad constante

p = porosidad del material

S = gradiente del agua subterránea

A = área de la superficie atravesada por el agua



3.2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS POZOS.

Por su dimensión transversal los pozos se clasifican en:

- Ordinarios o excavados 1.50 a 15.00 m de diámetro

- Entubados o perforados 0.15 a 0.60 m de diámetro

- Profundos 0.05 a 0.15 m de diámetro

De acuerdo como captan el agua se les divide en:

- Pozos filtrantes por el fondo.

- Pozos filtrantes por los costados.

En cuanto a aquellas en que el agua surge hasta el nivel de la boca o a mayor altura,

en:

- Pozos artesianos o surgentes.

- Pozos semi–artesianos o semi–surgentes.

3.2.1.3



3.2.1.1 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES.

Si en un pozo que capta por los costados, se le profundiza hasta que el manto o

superficie superior del manto acuífero se asiente en un manto impermeable, esta

altura disminuirá o se deprimirá hasta “hw” si se bombea el pozo, pero “hw” se

conservará constante cuando el volumen de agua bombeada sea igual al del agua que

fluye al pozo.

3.2.1.4



La mesa de agua que sin error apreciable la suponemos horizontal, tomará una forma

parabólica, creando lo que se llama cono de la napa, y el radio de la base de este cono

será el radio del círculo de influencia del pozo.

De la figura se tiene:

H = Profundidad del agua en el pozo, antes del bombeo, es igual al espesor del

manto acuífero atravesado por la perforación.

hw = Profundidad de agua en el pozo, durante el bombeo.

S = Gradiente del agua subterránea en el punto de la curva de depresión.

R = Distancia horizontal del centro del pozo al punto de tangencia entre la

superficie superior de la napa y la curva de depresión. En otros términos,

“R” es el radio del círculo de influencia.



rw = Radio del pozo.

W = Diámetro del pozo, o sea 2rw.

A = Área de la superficie atravesada por el agua.

x = Distancia horizontal, de un punto de la curva de depresión, al eje del pozo.

y = Potencia del manto acuífero en el punto m de la curva de depresión.

P = Porosidad del material en el que está perforado el pozo.

v = Velocidad del agua subterránea.

Kc = Permeabilidad constante.

K = Factor que expresa una característica de la zona, y que es constante para

cada lugar, representa también la capacidad específica del pozo.



3.2.1.1 DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE UN POZO FILTRANTE

POR LOS COSTADOS.

La fórmula usual para estimar el rendimiento “Q” de un pozo es:

� = � ∗ �2 − ℎ 2log � �⁄ �

Donde “K” es igual:

� = � ∗ �� ∗ �2.3

En la fórmula tenemos dos incógnitas que son Q y R; y para resolverla podemos

suponer el valor de una de ellas y determinar así el de la otra, o podemos estimar el

valor de R en función de las constantes del terreno, como por ejemplo aforando la

producción continua del pozo.

3.2.1.5



3.2.1.1 CÁLCULO DEL RADIO DE INFLUENCIA DE UN POZO.

Para ello se supone aunque no sea rigurosamente exacto que trazando un

plano normal al movimiento de las aguas subterráneas, el volumen de agua que

penetra al pozo es igual al que pasa por un área cuadrangular cuya base es 2R y de

altura “H”.

Q = (Kc * p * S) * (2 * R * H)

En la que “S” es la gradiente de la mesa de agua o sea del manto acuífero antes del

bombeo.

3.2.1.6



Igualando esta expresión con la ecuación para estimar el rendimiento de un pozo “Q”

tenemos:

� ∗ �2 − ℎ 2log�� = �� ∗ � ∗ �� ∗ 2 ∗ � ∗ ��

� ∗ �� ∗ �2.3 ∗ �2 − ℎ 2�� = �� ∗ � ∗ �� ∗ 2 ∗ � ∗ ��

Despejando “R” tenemos:

� = �4.6 ∗ � ∗ �2 − ℎ 2� ∗ ��



3.2.1.1 RENDIMIENTO DE LOS POZOS ARTESIANOS

La fórmula que permite calcular el gasto “Q” de un pozo artesiano se basa en las

mismas hipótesis que se han presentado para el caso de los pozos filtrantes por los

costados.

Si el pozo artesiano representado en la figura anterior, se supone que esta perforado

hasta apoyarse o penetrar en un manto impermeable, llamando “b” al espesor de la

capa filtrante, podemos desarrollar la fórmula del rendimiento con las anotaciones

anteriores:

3.2.1.7



Se obtendrá:

� = � ∗ �� ∗ �2.3 ∗ 2 ∗ � − ℎ�� ∗ !

Y como ya hemos expresado la capacidad específica de un pozo es constante para una

misma clase de terreno, entonces tenemos:

� = � ∗ �� ∗ �2.3

La fórmula del gasto de un pozo artesiano quedará de la siguiente manera:

� = 2�! ∗ � − ℎ��

La fórmula para pozos artesianos solo se puede emplear cuando hw>b, porque si se

deprime bajo el estrato impermeable, se cae en el caso de un pozo filtrante por los

costados.



3.2.1.1 HIDRÁULICA DE POZOS

a) MÉTODO DEL EQUILIBRIO

También conocido como flujo estable. Se aplica únicamente cuando existe en el pozo

un estado estacionario, por el cual la razón de flujo concurrente es igual a su razón de

descarga por bombeo.

El método exige al material acuífero dos condiciones:

• Homogéneo

• Isotrópico

3.2.1.8



a.1) ACUÍFEROS NO CONFINADOS EN EQUILIBRIO

Q = caudal de extracción de un pozo

rw = radio del pozo

R = radio de influencia

H = altura respecto al lecho impermeable del acuífero

hw = altura de agua en el pozo respecto al nivel del lecho impermeable



- PERMEABILIDAD:

Representa la facilidad con que el agua fluye a través de un estrato. Se ha determinado

que la velocidad “V” es proporcional al gradiente hidráulico unitario “S”.

" = �� ∗ �

Dónde:

V = Cantidad de agua fluyendo a través de un área unitaria de sección

transversal bruta.

Kc = Coeficiente de permeabilidad.

S = Gradiente hidráulico (pérdida de carga por unidad de longitud en la

dirección del flujo).



- TRANSMISIBILIDAD:

Flujo vertical por ancho unitario.

# = �� ∗ � - POROSIDAD:

Se define como la relación de volumen de vacíos al volumen total, mide la capacidad

de una formación para contener agua. La porosidad varía desde valores muy altos en

las arcillas (45%) hasta valores muy bajos en las formaciones con grandes cavidades o

cavernas.

$ = "%"&



- CAPACIDAD ESPECÍFICA:

�'( = �) Se toma en cuenta los conceptos fundamentales del flujo a través de medios porosos.

La ecuación de continuidad establece que la descarga específica o flujo a través de un

cilindro es:

� = " ∗ * " = �*

Dónde:

Q = caudal

A = área transversal del cilindro

V = velocidad o flujo

El coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica, está dado por la ecuación

de Darcy.

� = �� ∗ � ∗ *



Una medida del escurrimiento hacia el pozo se obtendrá dividiendo el cono de

abatimiento en cilindros verticales de espesor diferencial y midiendo el escurrimiento

a través de ellos.

En el gráfico mostrado se asume un cilindro diferencial de eje en el pozo (radio X,

altura Y); donde:


rw = radio del pozo central

H = altura o espesor del acuífero

hw = altura del agua en el pozo

P = descenso del nivel del agua en el pozo



Para determinar el gasto o caudal asumiendo un cilindro diferencial de eje en el pozo,

se tiene la siguiente fórmula:

� = + ∗ � ∗ ��2 − ℎ 2��,�� = 1.36��2 − ℎ 2�

��

Para determinar los parámetros de producción del acuífero con la ayuda de dos pozos

de observación de menor diámetro, se tiene la siguiente fórmula para un punto “m” de

coordenadas (X,Y) sobre la curva del cono de depresión del nivel freático.

� = + ∗ � ∗ �.22 − .12��, /02 01� 1



RR

2rw

H

hw

y

x

Nivel del terreno

Nivel freático

Acuifero

Curva de depresióno abatimiento

Q

m

b

a.2) ACUÍFERO CONFINADO EN EQUILIBRIO



Dónde:

Q = caudal de extracción de un pozo

rw = radio del pozo


H = altura respecto al lecho impermeable del acuífero confinado

b = altura del acuífero confinado

hw = altura de agua en el pozo respecto al nivel del lecho impermeable del

acuífero confinado.



Para obtener el gasto o caudal asumiendo un cilindro diferencial de eje en el pozo se

tiene la siguiente fórmula:

� = 2.73 ∗ � ∗ ! � − ℎ ��

Para determinar los parámetros de producción del acuífero con la ayuda de dos pozos

de observación de menor diámetro, para un punto “m” de coordenadas (x,Y) sobre la

curva del cono de depresión del nivel freático, se tiene la siguiente fórmula:

� = 2��! .2 − .1��, /02 01� 1



2rw

H

hw

R

x2

x1

y1y2

P1

P2

m

Acuiferob

Dónde:


rw = radio del pozo central

b = espesor del acuífero

hw = altura del agua en el pozo

P = descenso del nivel de agua en el pozo


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