OBRAS DE CAPTACION

Las obras de captación también llamadas obras de toma son las obras necesarias para captar el agua de la fuente a utilizar y pueden hacerse por gravedad, aprovechando la diferencia de nivel del terreno o por impulsión (bombas). Las dimensiones y características de las obras de toma deben permitir la captación de los caudales necesarios para un suministro seguro a la población.

Captación de aguas de lluvia:

Podemos dividir las obras de captación de aguas de lluvia en dos tipos: las utilizadas para un servicio público y las que se utilizan para un sistema individual (se diferencian ambas solamente por el número de usuarios a satisfacer).

Para estos sistemas se prepara sobre el terreno plateas impermeables que reciben el agua de lluvia y de allí se conducen a una represa. El agua acumulada es sometida a un proceso de filtración y cloración guardándose en reservas de capacidad adecuada. La superficie de captación de las aguas de lluvia es principalmente función de la precipitación, su distribución en el tiempo y el número de habitantes a servir.

Cálculo de la capacidad de plateas: Dividiendo el consumo total por el total de lluvias acumuladas tendremos la superficie mínima de plateas.
Sup. Plateas (m2) = Vconsumido (m3)

Cálculo de la capacidad de reservas: Multiplicando las ordenadas de la curva 1 por la superficie de platea, obtendremos la curva 1` de volúmenes aprovechables. Trasladando la curva 2 en forma paralela (2`) hasta que sea tangente a la curva 1` tendremos que la máxima ordenada nos da el volumen de reserva necesario.

Capacidad de las represas: La capacidad de las represas debe ser suficiente para almacenar el agua de la máxima lluvia registrada.

Vrepresa = Sup. Platea x Lluvia máxima

Por último, la superficie filtrante necesaria depende del tiempo en que se debe evacuar el volumen retenido en las represas. Conviene que no exceda de una semana.

Captación Individual: se realiza recogiendo el agua de lluvia que cae en las techos de las viviendas. En general se deja escurrir las primeras aguas que llevan la suciedad acumulada en los techos. Con este sistema se satisface las necesidades básicas del consumo (bebida, preparación de alimentos, lavado de vajillas, etc). El agua se acumula en una cisterna de alrededor de 20 litros/ pers.xdía y con un tiempo de almacenaje de 2 a 3 meses. La Fig. 3. muestra una cisterna con filtro de arena.

Captación de aguas subterráneas:

Pozos: se clasifican en primera instancia en profundos y poco profundos. Los primeros son pozos perforados y los segundos son excavados.

A. Pozos Perforados: la perforación se puede ejecutar por dos métodos:

1) percusión y 2) rotativo.

La elección del método depende de ciertos factores:

o Diámetro del pozo
o Profundidad del pozo
o Características geológicas a atravesar

1. Método de percusión: se basa en la acción desmenuzadora de un trépano, herramienta de forma puntiaguda que alternativa se levanta y se deja caer. El material desmenuzado se extrae en forma de los con una herramienta llamada cuchara. El método se aplica en zonas formadas por gravas y canto rodado, de estructura geológica muy quebrada.

2. Método rotativo: consiste en una serie de herramientas rotativas que van cortando y desmenuzando las formaciones en pequeñas partículas que son removidas por la circulación de un líquido que constituye la inyección, el cual es bombeado a través de las barras que acciona el trépano. Este es el método rotativo directo. En el rotativo inverso el líquido se inyecta por la perforación y luego es aspirado pasando por la barra. El método rotativo tiene la ventaja de mayor velocidad de penetración y es aplicable cuando se trabaja en formaciones sedimentarias o rocas compactas.

Diseño de pozos perforados:

El diseño de la captación debe cumplir ciertos requisitos de carácter técnico, a saber:

a. Protección: se deberá proteger el pozo de toda fuente de contaminación; por otra parte, no puede quedar abertura alguna en su revestimiento. Para cumplir con este requisito es necesario ubicar el pozo los más alto posible en el terreno, cuidando que su cota se encuentre por arriba de cualquier fuente de contaminación. Además la distancia mínima con respecto a una posible fuente de contaminación subterránea será función de las características de las formaciones geológicas. Esta distancia no será menor de 100 m cuando el terreno favorezca el proceso de filtración. En el caso de que las formaciones estén constituidas por grava, calizas, rocas fracturadas, esta distancia debe triplicarse por lo menos.

b. Revestimiento: los pozos deberán estar provistos de un revestimiento o cañería de entubación que le proporcione la hermeticidad necesaria. De acuerdo a las distintas formaciones que se deban atravesar y según que los terrenos sean o no consolidados surgirá una gran variedad de revestimiento. En todos los casos se debe tener la precaución que el entubado del pozo sobresalga como mínimo 25 cm del piso de la canilla de bombeo. El material del entubamiento es en general de acero. Si el agua es corrosiva se puede instalar acero de mayor espesor o acero inoxidable, también plásticos y AºCº. La cementación de los pozos se realiza con el fin de sellar el espacio entre la cañería de aislación o entubado y la pared del pozo. Evita la entrada de agua externa a la napa a explotar. La cementación se hace con una lechada de cemento.

c. Selección del diámetro del pozo: la sección del pozo puede ser constante desde su parte superior hasta la inferior o puede ser variable. El diámetro del pozo depende de las dimensiones de la bomba y del caudal a extraer. En la siguiente tabla se indican los diámetros recomendados del entubamiento y las dimensiones de la bomba.

d. Caños filtros: es una de las partes más importantes de un pozo. Son generalmente de una aleación resistente a la corrosión, como por ejemplo, acero inoxidable. En la generalidad de los casos es conveniente efectuar un prefiltro de gravilla entre el acuífero y el tubo filtro cuyas características así como las del filtro dependen de la granulometría de la formación geológica (esta operación se denomina "desarrollo del pozo"). La longitud y diámetro del tubo filtro será tal que esté de acuerdo con la formación geológica del acuífero y que la velocidad del agua a través de las aberturas no exceda de 3 cm/seg.

Fórmulas de equilibrio:
El bombeo de un pozo produce un cono de depresión cuyo eje central lo constituye la perforación. La depresión tiene dos componentes.
La que produce la resistencia encontrada por el agua en la formación que la contiene, o sea, la pérdida de carga, que es proporcional al caudal.

La producida en la entrada del pozo y dentro del mismo, lo que depende de las condiciones de construcción es aproximadamente proporcional al cuadrado del caudal. En las ecuaciones de equilibrio se da por sentado que existe un estado de equilibrio en la curva de presiones provocada por el bombeo de un caudal Q, o sea, que una vez llegado a estos valores de la curva, esta se mantiene independientemente del tiempo.

T = coeficiente de transmisibilidad (m3/díaxm) es el caudal que filtra a través de una faja vertical de terreno de ancho unitario y altura igual a la del manto filtrante (b) bajo un gradiente hidráulico unitario. T = k . b

K: coeficiente de permeabilidad: es la cantidad de agua en m3/día que pasa a través de una sección de 1 m2 de acuífero perpendicular al flujo bajo un gradiente hidráulico igual a 1.

B. Pozos Excavados: los pozos excavados se constituyen y explotan para la captación de aguas poco profundas. En general para aguas en primera etapa los canales son pequeños. Los pozos deben ser revestidos. Los revestimientos pueden ser de ladrillos, piedras u hormigón. En la parte inferior del revestimiento se harán orificios apropiados para facilitar la entrada de agua. En la parte superior debe hacer hacerse un rellenado de hormigón como protección de cualquier contaminación. Los pozos son circulares, se construyen a pala o en algunos casos con equipo mecánico como cucharas del tipo almeja. Si el terreno no es consistente se deberán utilizar entibados. El revestimiento debe fundarse en terreno resistente. Si el terreno es muy desmoronable se recurre a pozos hincados. Se construyen por medio de un anillos de hinca y el revestimiento se va haciendo a medida que avanza la excavación. El descenso se consigue por el propio peso del anillo a medida que se va excavando.

Para el diseño de los pozos se debe considerar los siguientes puntos:

Ubicación: se deben tener en cuenta las recomendaciones dadas para los pozos profundos.

Profundidad: se debe hacer ensayos de bomba en pozos de prueba para hallar el caudal que rinde el pozo para esa profundidad, es decir, el descenso de la napa se ha estabilizado. De acuerdo a las necesidades el pozo de prueba puede profundizarse hasta obtener el caudal requerido.

Diámetro: en general el diámetro del pozo tiene muy poca relación o influencia sobre el rendimiento del mismo. Si bien el caudal que se puede extraer de un pozo de diámetro pequeño es prácticamente igual a uno de mayor diámetro, el descenso de nivel en el más pequeño es mayor, y por lo tanto la velocidad de entrada al pozo es mayor (puede haber arrastre de arena). En general, el diámetro de los pozos excavados puede oscilar entre 1,25 a 1,50 m.

Captación de aguas superficiales:
Son consideradas con esta denominación las aguas de los ríos, lagos y arroyos. Los aspectos fundamentales de este tipo de captación son la elección del tipo de toma a construir y la ubicación de la misma. En general las obras de toma deben satisfacer las siguientes exigencias básicas:

Responder en todo momento a las situaciones cambiantes del curso de agua
Tener una estructura adaptada al choque de la corriente líquida, al impacto de las embarcaciones, de objetos flotantes y material de arrastre.
No deben causar estanques ni grandes erosiones en el curso de agua.
La navegación no debe ser interferida.
En cualquier condición del río debe permitir captar el caudal de cálculo.
Debe ser estable al volcamiento, dotación y socavaciones.
En el proyecto de la obra de toma debemos tener la precaución de tomar el agua de los niveles superiores. Además debe protegerse el ingreso de agua con rejas u otros dispositivos para evitar el ingreso de cuerpos gruesos. La velocidad de ingreso del agua debe ser menor de 0,2 m/seg.

Tipos de toma:
En cuanto a los tipos de obras de toma podemos hacer la siguiente clasificación.

a) Conducto a cámara de aspiración
1º) Torre de toma.
b) Conducto a bomba.
a) Con muelle de sustentación.
2º) Con muelle b) Con conducto a bomba.
c) Con bomba en cabecera.
3º) Con muro nivelador.
4º) Sin muro nivelador.
5º) En embalse.

Cuando debemos proyectar obra de toma para pequeños cursos de montaña las más convenientes son las indicadas en 3º) y 4º).
La primera (con muro nivelador) consiste en un muro transversal a la corriente que deriva el flujo de agua, forzándola a pasar sobre la reja que cubre la parte superior de un canal con pendiente hacia una de las márgenes. La altura del muro no sobrepasa el metro contando desde el lecho del río.

El segundo tipo sin muro nivelador consiste en un simple canal transversal al río con pendiente hacia una de las márgenes, donde está ubicada la boca de toma protegida con una reja.

Para estos tipos de obra, dado el material de arrastre del río, es muy conveniente la construcción del desarenador en conjunto con la toma.

En ríos anchos o de llanura las obras transversales son prohibitivas. Son aconsejables entonces las obras laterales, como las indicadas en 1º), 2º) y 3º). La adopción de una u otra dependerá de las características del curso y la configuración de las márgenes. Para el caso de la toma donde el conducto está conectado a la bomba es muy conveniente mantener las bombas permanentemente cebadas. Para esto deberán ubicarse por debajo del mínimo nivel del río.

Captación de Manantiales:
Los manantiales son aguas subterráneas que afloran a la superficie en forma de lugares húmedos. Se puede originar por aguas descendentes o aguas ascendentes. En el primer caso el agua corre sobre un estrato impermeable inclinado, hasta que alguna depresión hace que el estrato quede al descubierto, dando lugar al manantial. En el segundo caso el agua confinada entre dos estratos impermeables asciende a presión hasta la superficie por alguna grieta o falla del terreno. En la zona de afloramiento están expuestos a contaminación, por lo que deben ser convenientemente protegidos.