26/05/2016 1 CURSO: SANEAMIENTO DOCENTE: ING° CARLOS LUNA LO A YZAFACULTAD DE INGENIERIAPROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CAPITULO IVCAPTACIONES DE AGUAS SUBTERRANEAS DOCENTE: ING° CARLOS LUNA LO A YZAFACULTAD DE INGENIERIAPROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
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1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.
Captaciones Superficiales Aguas pluvialesRíos y arroyosLagos y Embalses
Captaciones de Manantese ladera y de fondo
Captaciones de Aguas Subterr!neos"o#os "rofundos
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.
En la corteza terrestre se distinguen tres (3) tipos de rocas:
1. Rocas ígneas: rocas formadas por la solidificación de magma
o de lava (magma desgasificado en la superficie).2. Rocas metam!"#cas: rocas formadas por alteración en
estado sólido de rocas a consolidadas de la corteza de la!ierra" cuando #uedan sometidas a un am$iente energ%ticomu diferente al de su formación original.
$. Rocas se%#menta!#as: rocas formadas por la consolidación desedimentos" materiales procedentes de la erosión de rocasanteriores" o de precipitación a partir de una disolución#u&mica.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.2 Como se "o!man 'as !ocas se%#menta!#as.
a-. Mete%&/a"#nMeteori#aci&n y Erosi&n( Con)untode procesos mediante los cuales laroca se disgrega & desgasta(El resultado de este proceso son laspartículas de rocas *ue *uedan ae+pensas de los fen&menose+ternos(
La meteori#aci&n puede ser:a( *uímica'b( física y c( biol&gica(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.2 Como se "o!man 'as !ocas se%#menta!#as.
).* E!os#n.esplazamiento de las part&culasdesprendidas de una roca.El transporte de part&culas se damediante el agua" viento" ielo" enfunción de la gravedad.*os modos de transportarse laspart&culas sedimentarias sonlos siguientes:• !racción ó arrastre"• +altación en el sustrato"• +uspensión en el medio"• ,lotación"• isueltas como medio #u&mico.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.$ &os est!atos geo'g#cos.
En -eolog&a se llamaestrato a cada una delas capas en #ue sepresentan divididos lossedimentos" las rocassedimentarias" lasrocas metamórficas #uederivan de a#uellas"cuando esas capas sede$en al proceso desedimentación.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.$ &os est!atos geo'g#cos.
efiniciones:Est&at%: C(and% e* espesores mayor de ,cm(
L+mna: C(and% e*es0es%& es menor de ,cm(
Pa'(ete: Es (n "%n1(nt%de estratos delgados *ueforman una capa(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
ACU2FERO:Es un estrato o formaci&n geol&gica *ue permite lacirculaci&n del agua por sus poros y-o grietas' en"%nd"%nes e"%n#m"amente a0&%ve"3a4*es(
Los acuíferos son capas o formaciones con
materiales muy variados como gravas de río' cali#asagrietadas' areniscas porosas poco cementadas'arenas de playa' algunas formaciones volc!nicas'dep&sitos de dunas(((
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
Espacios para la circulaci&n de Aguas en el Sub suelo"oros y grietas
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
El perfil del suelo est! conformado por sedimentos noconsolidados o d.bilmente consolidados' depositados/ori#ontalmente o simplemente estructurados en capas( Unacaracterística de estas capas es de ser de poco espesor enrelaci&n con su e+tensi&n(
Estas se clasifican en:
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
a-. Ca0a 0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sonfavorables' en comparaci&n con los estratos superiores
o inferiores(
En una capa de este tipo la resistencia al flu)o verticales pe*ue0a y puede ser generalmente despreciada'deforma *ue 1nicamente deben de tenerse en cuentala p.rdida de energía causada por el flu)o /ori#ontal(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
4-. Ca0a sem0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sonrelativamente desfavorables(El flu)o /ori#ontal a lo largo de una distanciasignificativa o despreciable' pero el flu)o vertical nopuede despreciarse' ya *ue la resistencia /idr!ulica del
flu)o es pe*ue0a' debido al espesor pe*ue0o de lascapas(El f lu)o de agua en las capas semipermeables seconsidera esencialmente vertical(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.+ De"#n#c#n %e ac,í"e!os.
"-. Ca0a m0e&mea4*e:Cuando sus propiedades transmisoras de agua sondesfavorables *ue fluyen cantidades de agua
despreciables sea en forma /ori#ontal o vertical(Capas totalmente impermeables cerca de la superficieson poco frecuentes' pero son comunes a mayorprofundidad donde se /an consolidado 2compactado y cementado3
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.a($ Acuíferos libres:
• En estos acuíferos' al perforar po#os *ue los atraviesentotal o parcialmente' el agua alcan#a un nivel *ue sería elmismo *ue tendría dentro de la formaci&n geol&gica' esdecir el nivel fre!tico 2nivel real3 coincide con el nivelpie#om.trico 2nivel ideal *ue alcan#aría el agua a presi&natmosf.rica3(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.4-. A"(56e&%s "%n6nad%s:
• Est!n sellados por materiales impermeables' arriba y aba)o(
• Al perforar po#os *ue atraviesen el límite superior del
material *ue constituye el acuífero' el nivel del aguaasciende /asta *ue se esta4*/a en e* nve*0e/%m)t&"%(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.
d-. A"(56e&%s"%*!ad%s:• Algunas veces se da una capa de material m!s o menos
impermeablepor encima del nivel fre!tico(
• El agua *ue se infiltra *ueda atrapada en esta capa paraformar un lente)&n *ue normalmente tiene unae+tensi&n limitada sobre la #ona saturada m!s pr&+ima(
• Los acuíferos colgados son m!s comunes de lo *ue sepueda suponer 2E+aminar ilustraci&n siguiente3:
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2.- T#os %e ac,í"e!os.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
&E DE DARC finales del siglo 444 principios del siglo 4" en los Estadosnidos se produce la eplotación masiva de petróleo"encontrando en dicas eploraciones mucos pozos artesianos.
*as empresas 7onson fueron los primeros en esta$lecer loscriterios para una eplotación del funcionamiento de acu&feros"
$as8ndose en los principios del flu9o del agua principios de laidr8ulica esta$lecidos por arc.
osteriormente se esta$lece las ecuaciones de upoit" !eim"!eiss 7aco$.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
&E DE DARCEl movimiento del aguaen el interior de los
materiales geológicos semide con la *e de arc(120):
;*a velocidad de un fluidoen un medio porosodepende del <oeficientede ermea$ilidad del-radiente =idr8ulico>.
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad aparente 2a3Representa la relaci&n *ue e+iste entre el peso de suelo seco o pesos&lido (Ps) y el volumen total (Vt) de una muestra no disturbada'
cuyos valores se e+presan generalmente en gr-cm' ;g-dm' <-m(Su c!lculo se efect1a mediante la siguiente relaci&n:
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad aparente 2a3Los valores representativos de la densidad aparente' paradiferentes clases te+tuales' son:
Te5t,!a Dens#%a% aa!ente 6g!7cm89
+uelo arenoso 1.51 H1.0+uelo franco 1.31 H1.50
+uelo arcilloso 1.00 H 1.30
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.).* Po!os#%a%ensidad real o densidad de las part&culas (r)Bepresenta la relación #ue eiste entre el peso de una unidad devolumen real del suelo (Ps) el volumen de las part&culas sólidas(s) en estado compacto" sin considerar el volumen de los poros"sus valores se epresan tam$i%n en gr/cm3" Ag/dm3"!/m3. +e usala siguiente fórmula
ar&an en un rango de 2.5 I 2.gr/cmJ
onde:r @ ensidad real (gr/cmJ" Ag/dmJ" !/mJ) @ eso de unidad de volumen real suelo gr" Ag" !t @ olumen part&culas sólidas cmJ" dmJ" mJ
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.c.* Con%,ct##%a% ;#%!,'#ca 6<9
Este par!metro *ue define la capacidad del medioporoso' para transmitir al agua a trav.s de si mismo(La conductividad /idr!ulica de los suelos' se definecomo la velocidad de infiltraci&n *ue se presenta en unmedio saturado , cuando el gradiente /idr!ulico es igual ala unidad' es decir' si en la ecuaci&n:
1
v K i
i
v K
=
=
=
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.c.* Con%,ct##%a% ;#%!,'#ca 6<9
e allí *ue sus unidades sean las de velocidad 2pero nodebe confundirse con ella3 y generalmente se mide en
m-día o cm-/ora(La conductividad /idr!ulica es dependiente del fluido y del medio poroso en con)unto' diferenci!ndose delt.rmino permeabilidad' *ue se define 1nica y e+clusivamente en funci&n del medio poroso(Con lo *ue respecta al lí*uido' la K varía en funci&n de la
viscosidad y densidad del mismo( En suelos salinossu)etos a un proceso de lavado es posible esperar
variaciones de la K con el tiempo' debido a fen&menosrelacionados con la disoluci&n y precipitaci&n de sales(
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
e.* Coe"#c#ente %e A'macenam#ento 6S9.
Es la cantidad de agua#ue puede ser etra&dadel almacenamiento enun acu&fero" con undescenso unitario de lacarga idr8ulica.
epende de laporosidad efectiva
( )S p=
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
".* Retenc#n esecí"#ca 6Re9.+i llenamos un recipiente con un material poroso completamente seco luego aKadimos agua asta saturar dico material" no ser8 posi$lerecuperar por medio de drena9e la cantidad total de agua aKadida.
arte del agua #uedara aderida al material granular por atracciónmolecular tensión superficial.El volumen de agua retenido" dividido por el volumen total del materialporoso epresado como porcenta9e" se llama retención especifica.
onde:ar @ olumen del agua retenidat @ olumen !otal
INTRODUCCION A &AS AGUAS SUBTERRANEAS?.0 Pa!met!os #%!ogeo'g#cos?.$ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e ,n ac,í"e!oEc,ac#n %e Te#s 6S#m'#"#ca%a9Rad% de n6*(en"a 9REs la distancia *ue alcan#a elCono de epresi&n en elacuífero' cuando se bombea unpo#o durante un tiempo 2t3
determinado(epende de la <ransmisividad ydel Coeficiente de
Almacenamiento(
( )lo g 2 .2 5 * *1 5 .8 * *
² *b
T t Q A
T r S =
* _ _ R f T y S =
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
G!a%#ente #%!,'#co
E@em'o 01<alcular la conductividadidr8ulica del suelopuesto en elperme8metro cil&ndricode la figura" cuodi8metro es 6 cm."teniendo en cuenta #ueel $aso recoge 50 cmJ deagua en una ora #uela carga de aguas so$reel suelo es constante
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
G!a%#ente #%!,'#co
E@em'o 01a.H e la le de arc
$.H <8lculo del 8rea del recipiente
c.H <alculo de la permea$ilidad
1 2
:
7 01 . 4 0
5
Q K A i
D o n d e
i L
φ φ
=
− −= = =
2 22 6
28.27 ²4 4
d A r cm
π π π = = = =
50 ³ / 0.30 /
20.27*1.4 ²
Q cm hK m dia
Ai cm= = =
1.0 DISEÑO DE CAPTACIONES1.2 CAPTACIONES EN AGUAS SUBTERRANEAS.1.2./ P!o#e%a%es #%!,'#cas %e 'os ac,í"e!os.
G!a%#ente #%!,'#co
E@em'o 02+e intercepta por medio de una zan9a" la filtración eistente por de$a9o de la $asede una carretera" las dimensiones se muestran en la siguiente figura. +i la
conductividad idr8ulica del suelo permea$le es de 0.50 m/dia" allar el caudal#ue flue a la zan9a en una longitud de 200 m.