captacion de aguas superficiales 2003

8/18/2019 Captacion de Aguas Superficiales 2003

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BibliografiaEspecificaciones técnicas para el diseño decaptaciones a gravedad de aguas superficiales.Organización Panamericana de la SaludPlanning of Intake Structures. auter!unt "

Sc#imdt$bastecimiento de agua potable a comunidades

rurales. Instituto de Ingenieria Sanitaria . %B$



Captación

Es la parte inicial del sistema #idr&ulico " consisteen las obras donde se capta el agua para poderabastecer a la población. Pueden ser una o varias'

el re(uisito es (ue en con!unto se obtenga lacantidad de agua (ue la comunidad re(uiere.

as obras de captación son las obras civiles "electromec&nicas (ue se emplean para e)traer lasaguas. Estas obras var*an de acuerdo a lascaracter*sticas de la fuente de abastecimiento' sulocalización' la topograf*a del terreno " por lacantidad de agua a e)traer..



Fuentes de provisión de

agua $guas superficiales $guas Subterr&neas $guas de lluvia $guas sub&lveas

as aguas superficiales est&n en los r*os' arro"os' lagos " lagunas

ventajas+ se pueden utilizar f&cilmente' son visibles " si est&n contaminadas puedenser saneadas con relativa facilidad " a un costo aceptable.

desventajas+ es (ue se contaminan f&cilmente debido a las descargas de aguasresiduales' pueden presentar alta turbiedad " contaminarse con productos (u*micos

usados en la agricultura. as aguas subterr&neas se encuentran confinadas en el subsuelo " su e)tracción

resulta algunas veces cara' éstas se obtienen por medio de pozos profundos' galer*asfiltrantes " en los manantiales cuando afloran libremente. Por estar confinadas est&nm&s protegidas de la contaminación (ue las aguas superficiales' pero cuando unacu*fero se contamina' no #a" método conocido para descontaminarlo.



Criterios de selección de la

fuentecalidad

cantidad

distancia al punto de consumoaseguramiento de continuidad de la

provisión

os aspectos de seguridad #igiene " seguridad de

provisión directamente ligados a la cantidad "calidad de la fuente deben ser analizados asicomo la distancia al lugar de provisión



Estudios de Fuente

Superficial,antidad+ se debe asegurar la continuidad del servicio a-n

en épocas de estia!e

,alidad+ analizando el agua en distintas épocas del año " enper*odos de m&)imo caudal " estia!e

istancia al centro de provisión " desnivel asociadofundamentalmente a los costos de las obras de transporte

/ipo de captación necesaria+ es funcion de los nivelesm&)imo' medio " minimo ' cantidad " calidad del materialde arrastre ' posibles descargas industriales o cloacales (uepuedan afectarla



Estudio de la calidad ,alidad f*sica' (u*mica " bacteriológica de la fuente0

$n&lisis f*sicos + turbidez' color' sabor' temperatura " sólidos disueltos $n&lisis (u*micos+ $rsénico' ,romo 1#e)avalente2 ' ,ianuro' Plomo' 3ercurio '

,admio ' ureza total ' ,alcio' 3anganeso' 4ierro' Sulfatos' ,loruros '3agnesio ' 5itratos ' 5itritos' p4 .

$n&lisis bacteriológicos+ coliformes totales " termo resistentes

a duración " e)tensión de estos estudios est& en función de los factores locales+formación geológica de la fuente0 usos del suelo " cuerpo de agua0 e)istencias deindustrias' agroindustrias' miner*a0 costumbres locales' etc.

Para definir los criterios de calidad para la selección de la fuente seguir la clasificaciónde aguas crudas realizada por el ,entro Panamericano de Ingenier*a Sanitaria ",iencias del $mbiente 1,EPIS' 67782. u otro valido en cada pais 1 $rgentina Eno#sa2

ebe identificarse los puntos de contaminación de la fuente aguas arriba' del posibleemplazamiento de la captación " evaluarse el impacto (ue originan en la calidad delagua (ue se abastecer& a la población.

En caso de (ue la corriente (ue se utilice esté afectada por la mareas' se debeefectuar un minucioso estudio de la calidad del agua en diferentes épocas del añocon la finalidad de determinar #asta donde llega el agua del mar 1salada2.



Estudio de la cantidad

eber& obtenerse registros de escorrent*a de la cuenca en estudio0 " a faltade ellos' datos referentes a cuencas pró)imas " seme!antes para estudiosde correlación entre ellas. el e)amen de estos registros se deber&ndeterminar los valores de caudal m&)imo' m*nimo " medio de la fuente.

Se deber& complementar esta información con mediciones de caudal oaforos de la fuente' al menos dos veces en diferentes épocas del año. %naforo imprescindiblemente en época de estia!e " otros complementarios'dependiendo del tipo de fuente " el tipo de obra de toma seleccionada.

eben ser cuidadosamente investigadas las fluctuaciones de nivel de lasmasas de agua por crecidas para evitar problemas relacionados con losniveles m*nimos (ue aseguren la captación " de los m&)imos para (ue nopeligre la estabilidad de las obras.

$l evaluar la fuente' se debe tener la seguridad (ue el caudal m*nimo através de ella sea ma"or al caudal m&)imo diario del sistema deabastecimiento' caso contrario se debe pensar en construir un sistema deregulación.



Estudios de la fuente para

definir el tipo de captación,audal medio' m&)imo " m*nimo de la corriente.

5iveles de agua' normal' e)traordinario " m*nimo. ,aracter*sticas de la cuenca' erosión " sedimentación. Estudio de inundaciones " arrastre de cuerpos flotantes. ,aracter*sticas de la vegetación' inclu"endo efecto del

agua de riego.

Probables fuentes de contaminación aguas arriba de lalocalidad.



Garantía de

abastecimientoSe define garant*a de abastecimiento como la

probabilidad de (ue la fuente cumpla con lacalidad o cantidad re(uerida en un per*odo detiempo.Se e)presa siempre como un porcenta!e de

tiempo.

Es un factor (ue debe analizarse en funciónde los costos de las distintas alternativas detoma o de las caracter*sticas de las tomas1directas o con regulacion2



Obras de captación de aguas

superficiales Condiciones básicasCondiciones básicas

,apacidad #idr&ulica+ para suministrar el caudal re(uerido

5o debe obstruirse+ re!as

Ser estable + debe tener seguridad a la flotación al volcamiento $ la socavación

Seguridad contra inundaciones . os e(uipos sobre nivel m&)imo " siempre el acceso aelementos sumergidos debe ser permanente

Seguridad contra contaminantes 1evitar descargas cercanas2

3aterial de arrastre + si es fino se separar& en la planta de tratamiento pero si es arenagruesa' canto rodado deber& interponerse desarenador o desripiador

,onocer los niveles de agua + los m&)imos para asegurar e(uipos ' los medios paradiseñar los e(uipos "a (ue en ese punto deben traba!ar con el me!or rendimiento " losminimos por(ue la entrada de la toma debe (uedar por deba!o de él



Obras de captación de

aguas superficialesRecomendaciones generales:

9esponder en todo momento a las situaciones cambiantes delcuerpo de agua

%bicación (ue contemple la e)istencia o peligro de fuentes decontaminación + vuelcos' derrames' etc

Estructura adaptada al c#o(ue de las corrientes ":o del materialde arrastre o flotantes

5o causar emban(ues o erosión en el fondo

5o molestar a la navegación,aptar el agua de los niveles superioresProteger el ingreso con re!as o similares



!atos básicos de dise"o de

obras de captación #oblación a abastecer $ dotación

en función de los par&metros (ue fi!e la legislación del lugar de emplazamiento Se deber& considerar el caudal pico del d*a de m&)imo consumo " un periodo de diseño

de ;< años ,omo minimo las fuentes de provisión deber&n asegurar un caudal superior a = veces el

gasto medio si el transporte se realiza por bombeo o 8 veces el gasto medio si el

transporte es por gravedad Reconocimiento geológico superficial eber& realizarse un reconocimiento geológico del lugar donde ser& emplazada la

captación para determinar las posibles fallas geológicas' zonas de deslizamiento " de#undimiento.

Estudios geot%cnicos os estudios geotécnicos deber&n determinar las condiciones de estabilidad " resistencia

admisible de los suelos' para considerar las precauciones necesarias en el diseño deobras civiles.

&evantamiento topográfico El levantamiento topogr&fico constitu"e la determinación de la morfolog*a del terreno "

del cauce del agua Estudios complementarios

contenido normal de arena' arrastre de sedimentos durante las crecidas' magnitud delmaterial de arrastre' etc.



(ipos de captaciones

Canaleta con rejas

Pe(ueños cursos angostos

,audal de estia!e del riosiempre superior a =veces el ?m si es porelevación o 8 veces el ?msi es por gravedad

@enta!a + economia

esventa!a + ingreso definos + instalación dedesarenadores'desripiadores




#resas de derivación

Para rios angostos

@enta!a + podercaptar nivelessuperiores mas

limpios esventa!a+

necesidad delimpieza delembalse de aguasarriba frente a laacumulación desedimentos

Pueden tener

ventanas laterales ocanales dederivacion laterales




(omas &aterales

Para rios de montaña

Elementos +

Proteccion demargenes

Obra de toma de#ormigón (ue soportesocavación de crecidas

9e!as @ertedero (ue permita

derivar caudalese)cedentes

$guas aba!o

desarenador




Sobre canalesde riegorevestidos

Elementos +

/oma lateral conre!as

,&mara de

aspiración conbombeo directo

3otores sobrenivel m&)imocanal




Canal dederivacion En r*os caudalosos

de llanura olaterales a presa de

derivacion

,onduce el aguadesde la boca de latoma #asta undesarenador oplanta de

tratamiento

ebe calcularse lavelocidad para (ueno produzca erosionni sedimentacion



(ipos de captaciones*uelles de toma

,on cañeria de aduccion ,on cañeria de aspiracion ,on cañerAa de Impulsion

os e(uipos electricos ubicados por sobre el nivel de ma"or crecida a succion siempre por deba!o de los niveles minimos del rAo Pueden utilizarse obras e)istentes como puentes ' defensas




(orre de (oma

,uando el muelle detoma no es

económico pordistancia o cuandolos niveles defluctuación songrandes

a toma esta

protegida con re!as

as re!as deberancalcularse avelocidad ba!a paraevitar arrastre




(oma Canal

/oma ateral sobrerios caudalosos

ragado a niveles

menores (ue elnivel minimo

Proteccion delcanal con escollera" tablestacas

esventa!a calidaddel agua costera



!ise"o +idráulico de los

elementos de la tomaBocatomas9e!as

,anales a pelo libre o conductos en carga@ertederosSistemas de alivio por sobre presiones



,ocatomas $ rejas la bocatoma es una estructura acoplada al canal de derivación o

ventana de derivación lateral ' donde se encuentran empotradaslas re!as (ue permiten el paso del agua " retienen los sólidosflotantes.

Su ubicación deber& ser tal (ue asegure el ingreso del caudal de

diseño para los niveles minimos de rio

eber& instalarse una compuerta para regular el caudal de ingreso" aislar la captación cuando se realice el mantenimiento o limpiezade los componentes de la misma.

El material de la compuerta ser& resistente a la corrosión " alempu!e del agua' deber& ser activado mediante un mecanismosencillo (ue posibilite su operación.

a compuerta deber& ser calculada al empu!e de nivel m&)imo deagua



Calculo de rejasrea efectiva de una re!a es la superficie (ue se obtiene

descontando del &rea de la ventana de la bocatoma el &rea

de las barras met&licas

,uando los cursos son torrenciales deben colocarse re!asgruesas 1 CD6; cm de abertura2 " luego re!as finas 1 8 a cm de abertura2 . Si se cuenta con sistema de limpieza

automatica deben colocarse inclinadas 1 F<:C< grados2



Calculo de rejas$tG$sH$f

$s G 5 s l

$f G $t $s Gc?:k@p

$t G rea total de la re!as 1m82 $s G rea total de las barras met&licas 1m82 $f G rea efectiva de flu!o 1m82 5 G 5-mero de barras s G $nc#o de cada barra 1m2 l G longitud de cada barra 1m2 c G ,oeficiente de ma"oración por efectos de colmatación+ cG6.;D8. k G ,oeficiente de contracción de la vena de agua kG <'C8 1barras rectangulares2. kG <'7 1barras circulares2

kG <'7C 1barras con curvas parabólicas2 ? G ,audal de diseño 1m=:s2 @p G @elocidad de pasa!e entre barrotes <'6; a <'8 m:s

$demas @a G @elocidad de apro)imación <'J a 6'< m:s para flu!o laminar



Calculo de rejas a perdida de carga en re!a

4Gk @8 :8g

onde+

4 G pérdida de carga 1m2 @ G velocidad de pasa!e 1m:s2' <'6;D<'8 m:s g G aceleración de la gravedad 1m:s82. k G coeficiente de pérdida de carga' función de la geometr*a de las re!as. En re!as el coeficiente de pérdida de carga es determinado por+ K G L. 1s:b2 6'== seno α

onde+ s G anc#o de la barra L G coeficiente' función de forma de la barra 18'8 para barrote rectangular' 6'JF

para o!ival ' 6'F8 para circular2 b G distancia libre entre barras α G &ngulo de la re!a en relación con la #orizontal



Canales o conducciones a

presion os canales deber&n ser construidos cuidando (ue la velocidad no ocasione erosión ni

sedimentación de material. En los canales revestidos la velocidad deber& ser menor a<'J m:s para evitar la sedimentación de sólidos suspendidos.

Para el c&lculo #idr&ulico de canales se emplear& la ecuación de continuidad

Q G vA

? G ,audal a través del canal 1m=:s2 $ G Superficie de la sección del agua 1m82 @ G @elocidad de escurrimiento del agua 1m:s2 a superficie se calcular& mediante fórmulas geométricas de acuerdo a la forma del

canal' " la velocidad por medio de Mórmula de 3anning por e!emplo

as conducciones a presión se calcularan para (ue la velocidad no sea inferior a<'Jm:s ni superior a 8m:s

Se seguir& el criterio del di&metro económico



!ise"o de vertederosas derivaciones pueden tener dos tipos de vertederos

cuando la calidad o cantidad de agua pueda fluctuar avalores no deseables para el consumo

Se debe considerar la instalación de un vertedero de rebalse

para permitir el control de nivel de agua. El e)cedentede agua deber& ser retornado el curso de agua.

Para vertedero rectagular de cresta fina

Qc G6'C 4 =:8

4G ,arga (ue se crea sobre la cresta del vertedero 1m2?cG,audal deseado 1m=:s2ongitud de vertedero



Sistemas de alivio por

sobrepresionesProblema generado en conducciones de

aspiración de bombas o en impulsiones por pordetención brusca de las mismasos problemas (ue surgen se describen como+Problema de oscilación de masas enaspiracion

de bombas donde normalmente las velocidadesson ba!asProblemas de golpe de ariete en conducciones

de impulsión donde se tiene di&metros menores" ma"ores velocidades



Golpe de ariete en ca"erías de

impulsión Surge por apagado brusco de bombas " cierre de valvula de retención El agua sufre un proceso de compresión (ue genera una onda de

sobrepresión (ue se desplaza por la cañer*a " al retirarse produce unaonda de depresión (ue puede generar vacio en la zona de la v&lvula

ispositivos de control + @&lvulas de cierre lento /an(ues antiariete+ tan(ues neum&ticos (ue se encuentran a

presión " (ue al generarse vacio dentro de la cañer*a introducenagua dentro de la misma

@&lvulas de aire triple funcion



Oscilación de masas en

aspiración etención brusca de fluido en aspiración por parada de bombas ispositivos de control+

@&lvulas aliviadoras de caudal+ Su instalación m&s com-n escomo v&lvula de descarga directa al e)terior como b"Dpass

en el lugar donde se esperan las ma"ores sobre presiones ,#imeneas de e(uilibrio+ t-neles verticales abiertos



Criterios de dise"o estructural en

Obras de captación

Fundaciones de obras de captacion:

os niveles de fundación se fi!aran en función de los estudios de

suelo' de estabilidad de taludes " estudios de socavación+

Profundidad + 9esistencia admisible del suelo Por deba!o de los niveles de socavación estimados

%bicación de la fundacion+ Por fuera de la cuña de deslizamiento de la costa Protección de costa para disminuir la posibilidad de

cuñas de deslizamiento+ tablestacas' gaviones



Criterios de dise"o estructural en Obras

de captación

Proteccion de costas

con gaviones o

enrocados




Obras de captación Flotacion+

Se deriva del principio de $r(uimedes + todo cuerpo sumergidoen la masa li(uida recibe un empu!e de aba!o #acia arriba igualal peso de la masa desalo!ada

os criterios de diseño + Nenerar estructuras llenas de li(uido (ue no puedan

vaciarse nunca ,alculo a flotación+ El peso propio de las estructuras sumergidas deber& ser

ma"or (ue el empu!e de $r(uimedes con un coeficientede seguridad de 6'6;. El calculo de efectuara con lacrecida m&)ima e)traordinaria




Obras de captación@olcamiento+Muerzas estabilizantes+ Peso propio

Muerzas de volcamiento Empu!e estatico del agua Impacto de la velocidad

1,antidad de movimiento2 Empu!e de sedimentos

inferiores

@erificacion +* estabiliante ) * volcador -.

Considerando niveles má/imosde crecida




Obras de captacióneslizamiento+Muerzas estabilizantes+ Peso propio ) coef de

rozamiento estructura suelo Empu!e pasivo del terreno

Muerzas de deslizamiento Empu!e estatico del agua Impacto de la velocidad

1,antidad de movimiento2

Empu!e de sedimentos inferiores

@E9IMI,$,IO5+ Me:Md 6';,onsiderando niveles m&)imos de

crecidaDiente estabilizador

si no verifica



Criterios de dise"o estructural en Obras

de captación9e(uerimientos

particulares de muelle detoma+,añer*as a intemperie untas de desarme untas de dilatación

Soportes deslizantesBlo(ues de ancla!e en el

e)tremo enterrado

captacion de aguas superficiales 2003

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