viernes, 16 de octubre de 2009

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miércoles, 7 de octubre de 2009

Captaciones especiales



GUÍA DE DISEÑO PARA
CAPTACIONES ESPECIALES
Lima, 2005
OPS/CEPIS/06.171
UNATSABAR
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Guía de diseño para captaciones especiales
Tabla de contenido
Página
1. Objeto …………………………………………………………… 4
2. Generalidades
2.1. Captaciones de agua mediante estructuras especiales…………………… 4
2.2. Glosario de términos ………………………………………………….. 4
3. Tipos
3.1. Caisson………………………………………………………………… 5
3.1.1. Toma de agua superficial mediante colectores …………………. 5
3.1.2. Toma de agua superficial mediante orificios y/o ventanas ………. 5
3.1.3. Toma de agua subterránea ……………………………………….. 6
3.2. Balsa flotante ………………………………………………………… 7
3.2.1. Bombeo desde la balsa ………………………………………… 7
3.2.2. Bombeo desde la orilla ………………………………………… 7
4. Alcances para el diseño de captaciones especiales
4.1. Generales ………………………………………………………… 8
4.2. Parar aguas superficiales ………………………………………… 8
4.3. Para aguas subterráneas………………………………………………… 8
5. Diseño del caisson
5.1. Consideraciones……………………………………………………….. 9
5.2. Corona.…………………………………………………………….. 9
5.3. Anillos – tramos intermedios ……………………………………….. 10
5.4. Cubierta………………………………………………………………. 10
5.5. Material filtrante ……………………………………………………… 11
5.6. Tuberías colectoras ………………………………………………. 12
5.7. Caseta de bombeo ………………………………………………. 12
5.8. Equipamiento ……………………………………………………… 13
6. Diseño de la balsa flotante
6.1. Consideraciones……………………………………………………..…….. 13
6.1.1. Diseño ……………………………………………………………. 13
6.1.2. Ubicación ……………………………………………………………. 14
6.2. Flotadores………………………………………………………………. 14
6.3. Balsa y caseta de equipos ………………………………………………. 14
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6.4. Elementos de fijación ……………………………………………………. 15
6.4.1. Lastre ………………………………………………………………… 15
6.4.2. Templadores ………………………………………………………… 16
6.4.3. Anclajes …………………………………………………………… 16
6.5. Equipamiento …………………………………………………………… 17
6.6. Tuberías de succión e impulsión………………………………………….. 17
7. Bibliografía …………………………………………………………… 19
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Guía de diseño para captaciones especiales
1. Objeto
Proporcionar la información necesaria para el diseño de captaciones especiales de
aguas superficiales y subterráneas, que conforman alternativas de captación para sistemas
de abastecimiento de agua en el medio rural.
2. Generalidades
2.1. Captaciones de agua mediante estructuras especiales
Estas captaciones son utilizadas cuando las fuentes superficiales tienen niveles muy
variables durante el año y para acuíferos libres, cuyo aprovechamiento requieren de
estructuras especiales.
2.2. Glosario de términos
 Acuífero: Formación geológica porosa y permeable capaz de almacenar y ceder
agua económicamente a obras de captación.
 Anclaje: Estructuras generalmente de concreto, ubicadas a la orilla del cuerpo de
agua, que se emplean como soporte y aseguramiento de las estructuras flotantes.
 Balsa flotante: Estructura que pueda soportar las variaciones de nivel del cuerpo de
agua y que está sujeta a la orilla mediante cables.
 Caisson: Estructura de concreto armado, generalmente hincada, que permite captar
agua subterránea o superficial.
 Captación: La práctica de recolectar y almacenar agua de una variedad de fuentes
para uso doméstico.
 Corona: Parte inicial de la estructura del caisson, que por su forma permite el
hincado de la estructura al añadir tramos de anillo; también se le llama uña.
 Flotador: Pieza hecha de un material especial, que sujeta a otro cuerpo, permite que
se mantenga sobre la superficie del agua.
 Anillo: Tramo añadido a la corona en su parte superior.
 Lastre: Bloque de concreto u otro material pesado que restringe el movimiento
lateral de la balsa flotante.
 NPSH: Es la carga neta positiva de succión, parámetro utilizado para seleccionar
equipos de bombeo.
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3. Tipos
3.1. Caisson
Estructura de concreto que permite mantener un nivel mínimo de agua, para su
utilización mediante equipos de bombeo.
3.1.1 Toma de agua superficial mediante colectores
 Debe realizarse a través de colectores ubicados en el lecho y transversales a la
corriente, y mantener una altura en función de la variabilidad de niveles de la
fuente.
 Debe existir una toma de agua para el nivel máximo y otra para el nivel mínimo de
la fuente, a fin de asegurar la continuidad de la captación de agua durante todo el
año.

Figura 1. Toma de agua superficial con colectores de captación y caisson
3.1.2 Toma de agua superficial mediante orificios y/o ventanas
 La estructura de concreto debe contar con orificios y/o ventanas ubicadas de manera
que permitan el pase del agua en cualquier época del año.
 Las ventanas se forman mediante niples que son fijados al encofrado previo al
vaciado.
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Figura 2. Toma de agua superficial con captación tipo caisson
3.1.3. Toma de agua subterránea
 El agua subterránea puede captarse a través del material permeable ubicado
en el fondo del caisson, o a través de sus muros.
Figura 3. Toma de agua subterránea con caisson a la orilla de la fuente
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3.2 Balsa flotante
Estructura que cuenta con dispositivos que permiten su flotabilidad, sobre la
superficie del agua, que posibilita tomar el agua a cierta profundidad mediante equipos de
bombeo.
3.2.1 Bombeo desde la balsa
La bomba es asegurada sobre la balsa y soporta también las variaciones del nivel de
la fuente.
Figura 4.- Balsa flotante y equipo de bombeo
3.2.2 Bombeo desde la orilla
La bomba es asegurada en la orilla de la fuente, la tubería de succión está sujeta a la
balsa y permite soportar las variaciones del nivel del agua.
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Figura 5.- Balsa flotante y tubería de succión
4. Alcances para el diseño de captaciones especiales
4.1 Generales
 La captación se debe diseñar para el caudal máximo diario y para el de bombeo, en
caso de requerir equipos de impulsión.
 Debe ubicarse en zonas protegidas para reducir la vulnerabilidad a inundaciones o a
crecidas intempestivas.
 Se debe verificar la zona en prevención a una posible contaminación.
4.2 Para aguas superficiales
 Verificar la permanencia del cauce de la fuente.
 Estudiar la variabilidad de niveles de la fuente por lo menos en los últimos 10 años.
 Estudiar la duración estacional de la variación de niveles durante un año.
4.3. Para aguas subterráneas
 Verificar fuentes subterráneas existentes en la zona.
 Establecer capacidad de explotación en función del análisis de las fuentes
existentes.
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 Definición del nivel estático de la fuente.
5. Diseño del caisson
5.1 Consideraciones
 El diámetro interior tendrá entre 1,20 y 2,00 m dependiendo de la profundidad y
niveles de la fuente.
 El volumen útil debe garantizar que en condiciones críticas, la canastilla de succión
o impulsores de la bomba tenga por lo menos un tirante de agua mínimo equivalente
a 6 veces el diámetro de los impulsores o canastilla de succión.
 La distancia media a la fuente de recarga en suelos semi gruesos, no debe ser mayor
a 15 m.
 La profundidad del caisson debe garantizar un tirante mínimo que permita su
aprovechamiento en estaciones críticas.
5.2 Corona
 La corona o uña será diseñada para permitir el hundimiento gradual del caisson y
reducir al mínimo el rozamiento entre el suelo y la estructura.
La corona tendrá las siguiente características:
A: 10 cm, mínimo
B: 5 cm
C: 5 cm
D: 20 – 30 cm
H: 50 cm, mínimo
h: 10 cm, mínimo
 El refuerzo de la corona debe estar constituido por una armadura principal en anillos
compuesto por acero corrugado de 1/2” espaciado a no más de 10 cm. La armadura
trasversal debe estar compuesta por estribos cerrados de acero corrugado de 3/8”.
H
h
A
C B
D
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 La armadura adicional que permitirá la unión entre corona y anillo, estará
constituida por varillas de 3/8” espaciadas a no más del espesor del muro. Esta
armadura estará dispuesta en ambas caras de la corona.
 La calidad del concreto no deberá tener un f ´c menor de 210 kg/cm2.
Figura 6.- Base del Caisson - Corona
5.3 Anillos – tramos intermedios
 Los anillos constituyen el cuerpo del caisson, y son vaciados sucesivamente sobre la
corona.
 Serán de concreto armado, vaciados en tramos de 1 m como mínimo, y de diámetro
interior coincidente con el diámetro interior superior de la corona.
 El concreto deberá tener una resistencia mínima f ´c de 175 kg/cm2.
 El refuerzo longitudinal será de 3/8” en dos capas, espaciado a un espesor menor del
muro. Este refuerzo se extenderá 30 veces su diámetro encima de la longitud de
vaciado para permitir el empalme con el siguiente tramo de anillo a vaciar.
 La armadura transversal será anular en dos capas, espaciadas a no más de 30 cm;
será del mismo diámetro que la armadura longitudinal.
5.4. Cubierta
 La cubierta del caisson es circular, de concreto armado de una resistencia no menor
de f´c= 175 kg/cm2.
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 La cubierta se diseñará como una losa armada en dos sentidos u otro método
racional y debe ser capaz de soportar las cargas establecidas en las características
arquitectónicas de la estructura.
 La cubierta tendrá un buzón de inspección de 0,60 m de diámetro.
 El buzón de inspección deberá contar con una tapa metálica, concreto u otro
material que brinde un sello sanitario.
Figura 7.- cubierta del caisson
5.5. Material filtrante
 En captaciones de aguas subterráneas, el fondo del caisson se debe proteger con
material permeable dispuesto en capas.
 La granulometría de las capas de grava seleccionada, podrá tener la siguiente
configuración:
Capa Diámetro Grava (pulgadas) Altura (cm)
Superior 1/4 5
Intermedio 3/4 5
Inferior 1–2 10
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Figura 8.- Capa filtrante
5.6. Tuberías y ventanas colectoras
 Las tuberías serán diseñadas por Manning para conducir el caudal de bombeo, para
las condiciones de niveles máximo y mínimo de la fuente.
 Las tuberías podrán ser de PVC o de concreto armado. El diámetro mínimo será de
4” o su equivalente.
 Se recomienda velocidades menores a 3,0 m/s pero con un valor mínimo de 0,6 m/s.
 La pendiente debe variar entre 0,001 a 0,005 m/m, para evitar la acumulación de
sedimentos en el conducto y facilitar su auto limpieza.
 Los colectores contarán con los dispositivos que permitan el aprovechamiento
selectivo de los niveles máximo y mínimo.
 Los puntos de toma serán protegidos con dados y rejillas que permitan la retención
de materiales sólidos que pueda arrastrar la corriente.
 Las ventanas u orificios en el muro deben garantizar el caudal requerido para la
población y deben estar ubicadas 30 cm por debajo del nivel mínimo.
5.7. Caseta de bombeo
 La caseta se debe ubicar sobre el caisson.
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 Las dimensiones de la caseta estará en función del tipo de equipamiento y los
espacios mínimos requeridos para su operación y mantenimiento.
 Se deben elevar 1,00 m por encima del nivel máximo de crecida de la fuente para
reducir su vulnerabilidad.
5.8. Equipamiento
 La captación estará equipada con un sistema de bombeo, que permita elevar el agua
a niveles adecuados para su utilización.
 La selección del equipo de bombeo será de acuerdo con los requerimientos de
caudal de bombeo, la altura dinámica total y el NPSH requerido del sistema.
 La tubería de succión contará con una válvula de pie y una canastilla o filtro de
succión.
Figura 9.- Centrífuga de eje horizontal Figura 10.-Centrífuga de eje vertical
6. Diseño de la balsa flotante
6.1 Consideraciones
6.1.1 Diseño
 El diseño de la captación varía en función al peso que soporta, el tipo de material de
la balsa y del dispositivo flotante que se utilizará.
 Se debe efectuar un análisis de cargas, que permita un equilibrio de fuerzas y
garantice la flotabilidad.
 El análisis de cargas debe mantener una sobrecarga mínima, que cubra con exceso
las maniobras de operación y mantenimiento en la balsa.
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 Los materiales deben ser lo más livianos posibles y de manufactura o producción
local, para minimizar gastos de reposición.
 Los elementos de fijación, anclajes y templadores deberán garantizar la seguridad,
estacionamiento y soporte de la balsa durante las variaciones del nivel de la fuente.
6.1.2 Ubicación
 Se debe realizar estudios de corrientes y batimetría a fin de determinar la zona más
favorable para el estacionamiento de la captación.
 La zona donde se ubicarán los anclajes debe ser segura y estar seca para garantizar
su estabilidad.
6.2 Flotadores
 Los flotadores deben disponerse de manera que garanticen la flotabilidad.
 El diseño se hará en función del material disponible en la zona; puede usarse
madera, barriles metálicos de diversos tamaños y formas y otros materiales.
Figura 11.- Flotadores
 Los flotadores y la balsa pueden ir clavados o atados con sogas o alambres, durables
a la podredumbre o corrosión.
 El material deberá ser fuerte y capaz de soportar el desgaste por la presión de la
estructura de la balsa y la acción del agua.
 Los flotadores metálicos deberán ser herméticos y revestidos con una capa de
pintura antioxidante o alquitrán.
6.3 La balsa
 Las balsas flotantes deben diseñarse conforme a las características de las
instalaciones y los requerimientos de espacio para la operación y mantenimiento.
 Se buscará que las cargas que actúan sobre la balsa estén uniformemente
distribuidas, de manera que se asegure la mayor estabilidad.
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 Los diseños deben contemplar características que les permitan soportar las
condiciones más adversas de la fuente y climáticas.
6.4 Elementos de fijación
6.4.1 Lastre
 El ancladero de las balsas flotantes pueden ser de metal, concreto u otro material
disponible en la zona que garantice el estacionamiento de la captación.
 El peso del anclaje debe ser tal que impida el arrastre de la balsa en el sentido de la
corriente.
 El lastre debe contar con un anillo en la parte superior que sirva como punto de
amarre de la cuerda que asegura la balsa.
Figura 12.- Lastre o anclaje
 En fuentes con corriente permanente, la ubicación del lastre en el fondo debe ser tal
que la proyección con el punto de amarre en la balsa, forme un ángulo de 45º con el
nivel del agua.
Figura 13.- Lastre-Balsa flotante
 La cuerda que une el lastre con la balsa debe permitir que la variación de niveles no
afecte la estabilidad de la balsa ni cause daños en la tubería flexible.
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Figura 14.- Lastre-Radio de movimiento
6.4.2. Templadores
 La balsa debe estar fija en su ubicación, por medio de dos templadores que
complementan la función del lastre.
 Los templadores son cables de acero trenzado de un diámetro de 3/8” mínimo. Se
aceptará otro material que además de durable pueda soportar los esfuerzos de
tracción que se derivan del peso de la balsa y la velocidad de la corriente.
 Los templadores deben contar con dispositivos que permitan soportar la variación
del nivel de la fuente.
 Los templadores deberán garantizar durabilidad y resistencia, así como facilitar su
manipulación para la operación y mantenimiento.
6.4.3. Anclajes
 Elementos fijos en la superficie de la orilla que permiten sujetar a la balsa mediante
los templadores.
 Los anclajes podrían ser dados de concreto, madera u otro material disponible en la
zona, que garantice la resistencia a los esfuerzos sometidos.
 En el dimensionamiento se deberá considerar el equilibrio de las fuerzas actuantes
sobre este elemento.
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Figura 15.- Balsa flotante asegurada por los templadores
6.5 Equipamiento
 El sistema deberá contar con equipo de bombeo sobre la balsa o en la orilla de la
fuente, que le permita impulsar el agua a niveles adecuados para su utilización.
 La selección del equipo de bombeo se hará de acuerdo con los requerimientos de
caudal y altura dinámica total.
 Para el caso del bombeo desde la orilla de la fuente, la altura de succión (Ha) no
debe ser superior a 7 m. Se determina por la fórmula:
Ha < ho - ( NPSH r + ha + hv )
Ha  Altura geométrica de succión.
Ho  Presión atmosférica.
NPSH r  NPSH requerido
Ha  Pérdidas producidas en la tubería de aspiración y los
alabes.
Hv  Presión de vapor.
 Se debe prever la disponibilidad de la energía para el funcionamiento de los
equipos.
6.6. Tuberías de succión e impulsión
 El diámetro y longitud de la tubería flexible de impulsión dependerá del caudal de
bombeo y las características del sistema. Se recomienda el diámetro inmediatamente
superior al de la tubería de impulsión.
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 La tubería de succión debe permitir un flujo adecuado, cuando se tiene el régimen
de mayor bombeo.
 En la succión se debería tener una velocidad baja, para evitar recoger sedimentos,
plantas, partículas grandes del fondo pudiendo estorbar y reducir el flujo. Para los
suministros rurales, las velocidades podrían estar entre 1,2 y 1,8 m/s.
 La canastilla de succión deberá estar mínimo de 0,30 – 0,50 m por debajo del nivel
de flotación de la balsa para garantizar agua cruda de mejor calidad.
 Se deberá colocar en la succión una tubería rígida capaz de soportar la fuerza del
agua, con una válvula de pie en su parte inferior, que permita el flujo del agua
captada y evitar el cebado de la bomba.
 Se deberá colocar en la succión una canastilla o dispositivo que permita la entrada
del agua y evite el material no deseado como los sedimentos, plantas u otros sólidos
en suspensión.
Figura 16.- Profundidad de succión
 Para la impulsión se podrá utilizar una manguera flexible con refuerzo interior
metálico.
 El diseño de la impulsión se hará mediante la fórmula de Bresse y cuando la
importancia lo amerite, un análisis del diámetro más económico.
 De ser el caso, para la tubería de impulsión, se podrá utilizar una transición anclada
en una rótula, para cambiar el tipo flexible a una tubería rígida.
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Figura 17.- Tubería flexible asegurada a la rótula y transición
 La tubería rígida se escogerá en función a que ofrezca menos fricción, durabilidad,
menor costo y sea fácil de trabajar, pudiendo ser de PVC, hierro galvanizado
convenientemente protegido u otro disponible en la zona.
7. Bibliografía
 Hand Dug Wells: Choice of Technology and Construction Manual. By Stephen P.
Abbott.
 Instruction manual for Hand Dug Well Equipment. Oxfam Water Supply Scheme
for Emergencies. An Oxfam Technical Manual H - Humanitarian Department.
 Water for the world: Designing intakes for Rivers and Streams. Technical Note No.
RWS. 1.D.3.
 Water for the world: Designing Hand Dug Wells. Technical Note No. RWS. 2.D.1.
 Water for the world: Designing Intakes for Ponds, Lakes and Reservoirs. Technical
Note No. RWS. 1.D.2.
 Ministerio de Salud Pública y A.S. – Servicio Especial de Salud Pública. Programa
Nacional de Ingeniería Sanitaria. Planos - Plan Nacional de Agua Potable Rural.

Captaciones de agua subterránea

Definición y tipos de captaciones
Una captación de agua subterránea es toda aquella obra destinada a obtener un cierto
volumen de agua de una formación acuífera concreta, para satisfacer una determinada
demanda.
La elección del tipo de captación vendrá condicionada en esencia por los siguientes factores:
· Características hidrogeológicas del sector.
· Características hidrodinámicas de los materiales acuíferos que se pretenda captar.
· Volumen de agua requerido.
· Distribución temporal de la demanda.
· Coste de las instalaciones de explotación y mantenimiento de la captación.
En definitiva se trata de conseguir un equilibrio entre los aspectos técnicos y económicos.
Las modalidades que puede presentar una obra de captación son fundamentalmente los
siguientes:
· Galerías
· Zanjas drenantes
· Pozos excavados
· Sondeos
· Pozos con drenes radiales
Galerías de captación
Una galería es una excavación en forma de túnel generalmente de suave pendiente y sección
apreciable (1,5 a 2 metros de alto por 0,6 a 1,2 metros de ancho), con un nivel de agua libre
que discurre por su fondo.
La función de una galería es doble ya que, además de actuar como elemento de captación de
agua, sirve también como medio de transporte de esta.
La mayoría de los manantiales utilizados para cualquier tipo de uso, disponen de galerías
mediante las que se ha tratado de optimizar la captación, reuniendo surgencias dispersas en
un solo punto y facilitando el drenaje. de la formación permeable.
En la actualidad la construcción de galerías es un sistema poco utilizado, debido al elevado
coste económico y a sus propios condicionantes, sin embargo existen algunas excepciones, tal
es el caso de las islas Canarias, donde este tipo de captación tienen un notable desarrollo.
Esto es debido a la existencia de una determinada estructura hidrogeológica, con la presencia
de gran cantidad de acuíferos colgados de extensión reducida y a la gran escasez de agua
existente. En Tenerife es donde estas captaciones adquieren una mayor profusión, con una
longitud total perforada superior a 1.300 Km.
La construcción de una galería se realiza normalmente por medios rudimentarios, pico y pala, y
en ocasiones se utilizan explosivos.
A veces, si el tamaño de la galería lo permite, pueden realizarse perforaciones en el interior (tal
es el caso de la "Galeria de Los Suizos" en Alicante).
El principal inconveniente que presentan este tipo de captaciones es el nulo poder de
regulación ejercido sobre los recursos hídricos, ya que actúan como manantiales normales, con
caudales muy reducidos durante el estiaje, incluso pueden llegar a desaparecer, y caudales
muy importantes durante las épocas húmedas, cuando las demandas solicitadas son muy
reducidas o inexistentes, lo que da lugar a la pérdida irremediable de los volúmenes de agua
drenados.
Zanjas y drenes
Se trata de excavaciones lineales de escasa profundidad, que actúan a modo de colector,
realizados generalmente sobre materiales permeables poco consolidados, donde el nivel de
agua se haya próximo a la superficie.
Dentro de estas zanjas, se instala una tubería filtrante con ranuras apropiadas al material que
lo rodea, y/o bien se procede al relleno con grava o piedras que permitan el libre paso del agua
dentro de la zanja drenante. Finalmente la excavación es rellenada con material del propio
acuífero.
La evacuación del agua se realiza normalmente por gravedad, aunque el agua puede ser
conducida en último término a pozos desde donde será extraída mediante bombeo.
En el diseño de estas captaciones es necesario tener en cuenta la granulometría y material de
relleno con objeto de evitar, por un lado la colmatación y erosión por lavado del suelo
circundante y, por otro, mantener el adecuado grado de permeabilidad con relación al suelo a
drenar.
Este tipo de captaciones es frecuente para la obtención de aguas subálveas en cauces secos
de ríos de carácter estacional y substrato impermeable, en los que se da un elevado volumen
de material de acarreo.
El principal problema que presentan estas captaciones es su extremada vulnerabilidad a los
fenómenos contaminantes, circunstancia inherente al tipo de acuíferos captados
(permeabilidad elevada y estrecha relación con aguas superf iciales)
Pozos excavados
Son obras de perforación excavadas a mano, con un diámetro mínimo de 1,5 metros.
Su profundidad normalmente es de unas pocas decenas de metros (20 ó 30), aunque se han
llegado a alcanzar varios centenares. si bien el diámetro mínimo, tal y como se ha comentado
es de 1,5 metros, espacio imprescindible para el trabajo de una persona, es frecuente que
supere los 3 metros, con máximos de hasta 6 metros.
Este tipo de obras se realizan en acuíferos de materiales poco consolidados con niveles
piezométricos poco profundos.
El método constructivo es el clásico de pico y pala, aunque también se utilizan martillos
neumáticos y explosivos. Requieren de una bomba de achique para que pueda ser extraída el
agua una vez alcanzado el nivel que permita la continuación de los trabajos.
Normalmente, y sobre todo en terrenos poco consolidados, es necesario revestir la obra con
objeto de evitar el derrumbe de las paredes, para ello se utiliza piedra, ladrillo, cemento o
anillos de hormigón prefabricados, colocados a medida que avanza la perforación. Este último
método, llamado de "hinca" o "sistema indio", está provisto en la base con una zapata cortante,
normalmente de acero, que facilita el descenso del encofrado.
La entrada de agua a la captación se verifica directamente a través de aberturas realizadas en
el revestimiento llamados "mechinales", bien mediante agujeros simples, juntas abiertas,
ladrillos colocados transversalmente, o perforaciones practicadas en el hormigón. Estas
perforaciones permanecen obstruidas o cerradas durante la construcción del pozo y son
abiertas a la finalización de la obra. No es frecuente la instalación de rejillas o zonas filtrantes.
La pérdida de carga en estas obras es importante y su realización debe ser sopesada
convenientemente.
La ejecución de este tipo de captaciones tiene un elevado coste y su construcción requiere de
unos determinados condicionantes que justifiquen su realización, estos son:
· Acuífero donde el nivel piezométrico se encuentra cerca de la superficie y la profundidad de
la perforación es pequeña (menor de 20 metros)
· En acuíferos de poco espesor o con problemas de arrastres, donde se quiera obtener una
superficie filtrante máxima
· En acuíferos poco permeables, donde el pozo actúe como depósito regulador.
· En casos especiales: Instalación de maquinaria en el interior, imposibilidad de acceso a
máquinas de perforación, necesidad de realizar trabajos que requieran intervención
humana.
Pozos con drenes radiales
Se puede considerar como un caso particular de los anteriores.
Cuando se requieren grandes caudales y la formación acuífera lo permite, por disponer de un
nivel piezométrico a escasa profundidad, se pueden realizar drenes subhorizontales en las
paredes del pozo que aumentan su capacidad de drenaje.
Estas obras necesitan un gran diámetro de perforación (4 ó 5 m) y una compleja técnica, son
los pozos Raney, que llegan a obtener caudales muy elevados.
Existen sondeos con drenes radiales más modestos que pueden ser llevados a cabo con
diámetros más pequeños y menos medios, cuando de lo que se trata es de obtener pequeños
caudales por la baja permeabilidad de la formación acuífera.
Este tipo de obras se realiza siempre en materiales sueltos, del tipo de gravas y arenas.
Sondeos
Son las obras que con mayor frecuencia se realizan para el aprovechamiento de las aguas
subterráneas.
Un sondeo es una perforación excavada por medios mecánicos, preferentemente vertical, de
diámetro inferior a 1,5 metros, aunque los más usuales se encuentran entre los 150 y los 700
mm.
Presentan la ventaja de que pueden alcanzar grandes profundidades y tienen un coste
normalmente inferior a cualquier otro tipo de captaciones.
Esto requiere:
· Un elemento de rotura del terreno.
· Un motor de accionamiento.
· Un sistema de eliminación de detritus.
· Un sistema de mantenimiento de las paredes de la obra.
Los sistemas más comunes utilizados en perforación son:
· Percusión
· Rotación.
· Rotopercusión
La percusión basa su técnica en la fracturación y trituración de la roca por la acción de golpeo
de un instrumento pesado.
La rotación se centra en la acción de arrancar partículas por medio de un elemento cortante
sometido a una fuerza giratoria y, que provoca una rotura de la roca por compresión.
La rotopercusión se basa en la combinación de las dos técnicas anteriores, y es aquella a la
que al efecto de golpeo se superpone una acción de giro del útil de perforación.
Criterios para la ubicación de una captación
El objetivo de una investigación hidrogeológica para abastecimiento urbano, es obtener un
aprovechamiento de las aguas subterráneas con el menor coste posible.
Para la consecución de este objetivo los estudios deben permitir determinar los siguientes
puntos:
· Establecimiento de la demanda, volúmenes requeridos.
· Elección del tipo de captación.
· Calidad del agua a captar.
· Evaluación de diferentes alternativas posibles de captación: Costes de las instalaciones,
conducciones, permisos de terrenos, etc.
· Garantía de éxito de la alternativa elegida. Riesgos que conlleva el lugar elegido.
Recomendación de realizar un sondeo previo de investigación.
· Garantía sobre la permanencia de los volúmenes de agua a medio y largo plazo.
Previsiones sobre el comportamiento futuro del acuífero captado.
· Garantía sobre la permanencia de la calidad de los recursos hídricos. Posibilidad de
alteración de la calidad y permanencia de aguas o elementos externos.
· Posibilidad de implantación futura de un perímetro de protección: Para esto se debe definir
un perímetro de protección provisional, en función de los resultados esperados, y ver si es
posible su puesta en práctica. Se estudiarán los focos de contaminación actuales
(puntuales y difusos), así como las acciones futuras (Planes de ordenación urbana e
instalación de industrias, etc.)
· Aspectos sociales: En muchos casos los aspectos de carácter social son condicionantes de
primer orden en el momento de situar una captación, por lo que deberán ser tenidos en
cuenta.
SONDEOS A PERCUSIÓN
Esquema de funcionamiento
Las acciones esenciales de este tipo de perforación son:
a) Rotura de la roca: Se funda en la acción percutora y constante de una herramienta
alternativamente levantada y dejada caer, que consigue un efecto de fracturación del terreno.
b) Extracción de los detritus y limpieza del sondeo. Se realiza mediante una válvula especial
llamada "cuchara".
c) Fluido de perforación: La perforación necesita de un fluido que ponga en suspensión a los
detritus (colada de barro), si ‚ste no existe de forma natural. Generalmente es agua a la que
puede añadirse bentonita (arcilla expansivo).
d) Mantenimiento de las paredes de la obra, a través de tuberías. de revestimiento y colocada
según avanza la perforación.
Máquina de perforación
Se trata de una máquina con un armazón y un mástil, normalmente asentada sobre un
remolque o camión; consta de un motor que transmite su fuerza motriz a una rueda excéntrica,
transformando el movimiento giratorio en vertical que lo transfiere a lo que se denomina el
"Balancín".
A este último elemento va sujeto el cable que sustenta la columna de perforación o sarta,
apoyado a su vez en el mástil (10 a 15 metros de altura) provisto de un elemento de
amortiguación.
El ritmo normal de golpeo de una máquina está en una media de 45-60 golpes por minuto,
mientras que la caída de la herramienta de golpeo o trépano puede variar entre 30 a 90 cm.
Herramientas de perforación. Composición de la sarta.
La sarta de herramientas está compuesta normalmente de abajo arriba de los siguientes
elementos:
Trépano, barra de carga, destrabador y montera.
a) Trépano
Es la herramienta percusora y la que realiza el triturado de la roca. Debe golpear lo justo, de
forma que no se hinque en la roca.
Está construida en acero forjado, con los ángulos de corte revestidos por aleaciones duras
(carburos de tugsteno ...)
Su longitud varía de 1 a 3 metros y su peso oscila entre los 100 y 500 kgr. en pozos pequeños,
y entre los 500 y 1.200 Kgr. en pozos de gran diámetro.
Los elementos principales de un trépano son:
· Angulo de penetración.
· Sección trituradora.
· Pasos de agua.
Existen diferentes tipos:
· Californiano de hombros biselados.
· De hombros rectos.
· Cruciforme.
· Salomónico.
b) Barrón o barra de carga.
Tiene como misión aportar el peso necesario para perforar y sirve para mantener vertical el
sondeo. Su longitud es de 3 a 5 metros y su peso entre 400 y 1000 Kgr.
c) Destrabador o tijera.
No se utiliza normalmente, sólo cuando existen problemas de posibles agarres del trépano.
Permite un juego de la sarta de 20 a 30 centímetros.
d) Montera.
Va en la parte superior de la sarta y sirve para unirla al cable.
e) Cable.
Transmite el efecto de golpeo de la máquina a la sarta. Está hecho de acero sin galvanizar, con
suficiente resistencia a la tracción flexible.
f) Cuchara o válvula.
Se usa para extraer los detritus ocasionados por la percusión. Se trata de un tubo hueco con
una válvula en la parte inferior que se abre al tocar el fondo del pozo y se cierra al tirar de ella.
Existen varios tipos, los más usados son: plana o de charnela y de dardo.
Rendimiento de la perforación a percusión.
Este tipo de perforación es ideal para terrenos de dureza media y baja, entre 50 y 300 metros
de profundidad, y sobre todo en terrenos frágiles aunque duros (dolomías, calizas, mármol,
etc.)
En materiales sueltos va bien para pequeñas profundidades ( 50 metros).
No es indicada para terrenos muy duros (rocas silíceas) o, por el contrario, en aquellos muy
blandos (arcillas y margas).
Los problemas que puede presentar, son las cavernas y los estratos inclinados que hacen que
el pozo se desvíe de la vertical, lo que puede ocasionar en algunos casos su abandono.
Ventajas e inconvenientes de los sondeos a percusión.
Ventajas:
· Maquinaria de costo moderado.
· Simplicidad de las operaciones.
· Poco personal.
· Presenta débil colmatación en las paredes.
· Escaso consumo de agua.
· Detecta bien los acuíferos.
· Consigue diámetros importantes.
Inconvenientes:
· Interrupción de la perforación para limpieza.
· Avance lento.
· Problemas con materiales no consolidados.
· Entubaciones frecuentes.
· Limitación de profundidad.
· Está especialmente recomendada para captaciones de aguas subterráneas.
SONDEOS A ROTACIÓN
Están basados en la acción conjunta de la presión ejercida sobre el fondo del pozo y el
movimiento de giro de una herramienta de corte transmitido desde la superficie a través del
varillaje. La inyección de un fluido a través de una tubería permite la extracción de residuos de
forma contínua, y el efecto de la perforación se basa en la abrasión, desgaste y molienda de la
roca.
Existen dos sistemas de perforación a rotación: Rotación directa y rotación inversa, que difieren
esencialmente en el sentido de circulación del lodo inyectado.
El método de rotación se encuentra muy desarrollado por ser el empleado por la prospección
petrolífera. Comenzó a utilizarse en 1860.
Los elementos fundamentales que intervienen en la ejecución de los sondeos a rotación son:
a) Sonda o máquina de perforación.
b) Instrumento de corte. Broca o barrena.
c) Columna o sarta de perforación.
d) Fluido de circulación.
Elementos de la perforación a rotación.
Máquina de perforación.
Se trata de un mecanismo capaz de proporcionar a la sarta el movimiento de giro y el avance
en la perforación que se transmite al útil de corte.
Esto se consigue mediante un motor que transmite el movimiento a la denominada "mesa de
rotación" que consiste en una pieza provista de un anillo circular dentado, hueca en el centro y
con una sección cuadrangular o hexagonal.
A través de este hueco se desliza una varilla de igual sección "Kelly" a la que la mesa de
rotación hace girar al mismo tiempo que ella.
La Kelly, al igual que el resto de la sarta, es hueca, y a través de ella se inyecta a presión el
lodo de la perforación, con ayuda de lo que se llama cabeza de inyección, situada directamente
encima.
Como cualquier sistema de perforación requiere de un mástil o torreta que puede llegar a los
50 metros de alto en sondeos profundos.
La máquina de perforación debe ir provista de elementos que, además de producir el avance y
el giro de la sarta, permitan la colocación de tuberías y filtros, así como impulsar un fluido a
través de la columna de perforación.
Herramienta de corte, barrena o broca.
El instrumento de corte más utilizado es el de rodillos, consistente en conos dentados
giratorios, (normalmente tres) y enfrentados entre sí, que giran al mismo tiempo que lo hace la
sarta.
Están fabricados con aceros especiales, y tienen diseños diferentes según el tipo de terreno.
Los dientes y las características de la broca varían, dependiendo de la mayor o menor dureza y
abrasividad de los terrenos a atravesar.
Existen varios tipos de brocas:
De rodillos de 2
de 3 Triconos.
de 4 Roller-bits.
Colas de pez: Utilizadas en terrenos muy blandos plásticos.
Coronas de diamante: Utilizadas en terrenos muy duros y abrasivos. No disponen de ningún
elemento rotativo y.funcionan por efecto del giro de la sarta.
Sarta de perforación.
Componen el resto de los útiles empleado en la columna de perforación. Los más comunes son
los siguientes:
Barras de carga o lastrabarrenas. Dan peso y juegan un papel de estabilización del tren de
perforación.
Excarvadores: Ejercen una acción de pulido y homogeneización de la pared del pozo.
Ensanchadores: Utilizados para reperforar un pozo a mayor diámetro.
Martillo: Permite destrabar la sarta en casos de agarre.
Varillaje: Son tuberías sin ningún elemento accesorio que transmiten el movimiento de giro y
permiten la circulación del fluido de inyeccion.
Fluido de circulación.
Es muy importante la acción de este en los sondeos a rotación, sus funciones son:
· Extraer los detritus producidos por la perforación.
· Refrigerar la broca.
· Crear una pared viscosa que sustente las paredes del sondeo durante la perforación.
· Controlar las entradas o salidas de fluidos a la perforación.
En términos generales el fluido, o lodo de perforación, está compuesto de una mezcla básica
de agua y arcilla en suspensión, a la que se añaden diversos elementos para controlar
características tales como densidad y viscosidad.
En la circulación directa el fluido es inyectado por el interior del varillaje y asciende a la
superficie a través del espacio anular dejado entre éste y la pared del sondeo.
Para la circulación de fluidos de circulación directa se utilizan bombas de pistón con presiones
de hasta 30 Kglm2.
Rendimiento de la perforación
Este sistema es el más adaptable a todas las condiciones del terreno por la gran variedad de
brocas y elementos de control que existe sobre la perforación. En terrenos blandos (margas,
arcillas) adquiere un claro predominio sobre los restantes sistemas de perforación.
La velocidad de avance depende de:
· Naturaleza de la roca. Dureza, fragilidad, abrasividad.
· Profundidad.
· Elemento de corte utilizado.
· Velocidad de rotación de la sarta.
· Peso aplicado sobre el fondo.
· Presión y características del fluido de perforación.
Ventajas e inconvenientes.
Entre los elementos a favor están:
· Gran velocidad de avance (especialmente a partir de 200 metros).
· Permite la ejecución de sondeos profundos.
· Especialmente recomendado en terrenos blandos.
· Permite perforar muchos metros sin necesidad de entubaciones auxiliares.
Los inconvenientes son:
· Ejerce un efecto de impermeabilización sobre las paredes del sondeo (efecto negativo para
la captación de aguas subterráneas).
· Consumo de agua excesivo, cuando hay pérdidas de fluido.
· Diámetros reducidos.
· Facilidad de desvío de la perforación.
SONDEOS A ROTACIÓN POR CIRCULACIÓN INVERSA
Es un caso particular de los métodos de perforación a rotación, que permiten eliminar en su
mayor parte el efecto de colmatación de las paredes del sondeo producido la circulación
directa.
En la perforación a rotación por circulación los lodos, después de sufrir una decantación en la
balsa, descienden por gravedad, a través del espacio anular, hasta el fondo del sondeo, para
regresar a la superficie cargados de detritus por el interior del varillaje. Este sistema requiere la
ayuda de una bomba de aspiración (efecto Venturi), que suele estar combinada por inyección
de aire comprimido a través de ranuras auxiliares del varillaje, con lo que se consigue una
menor densidad en el tramo ascendente del fluido y por tanto una mayor velocidad de
ascensión.
Con ello se consigue reducir la presión en la perforación y, por tanto, el efecto de invasión del
lodo en las formaciones permeables.
Las ventajas que presenta este método son:
· Permite realizar sondeos de gran diámetro (>600 mm.).
· Menor efecto de impermeabilización de los acuíferos por permitir la utilización de lodos de
menor densidad y viscosidad, con una menor presión del lodo sobre las formaciones
atravesadas.
· Pequeña velocidad del lodo por el espacio anular con reducción de los efectos erosión
sobre las paredes del pozo.
· Es especialmente recomendable en formaciones poco coherentes o blandas.
Las limitaciones que tiene este método son fundamentalmente las siguientes:
· Requiere diámetros superiores a 300 mm.
· En caso de pérdidas de fluido, este sistema no permite ser utilizado. Si ello ocurre podrían
ocasionarse derrumbes en el pozo.
· Disminuye su rendimiento en formaciones de cierta dureza.
· Cierta limitación que el efecto de aspiración impone a las profundidades a alcanzar.
Depende del sistema utilizado:
Con bomba normal: menor de 50 m.
Con inyección de tipo Venturi: hasta 130 m.
Con inyección de aire depende de la potencia del compresor.
SONDEOS A ROTOPERCUSIÓN
Esta técnica combina los dos métodos anteriores, rotación y percusión en uno solo.
Esquema de funcionamiento
Utiliza un martillo de fondo, accionado por la inyección de aire comprimido, que se encuentra
sometido al mismo tiempo a un efecto de giro transmitido por el varillaje desde la superficie.
El aire al salir por las lumbreras de escape del martillo asciende por el espacio anular del
sondeo arrastrando los detritus de perforación, al mismo tiempo que ejerce una acción de
lubrificado del mecanismo de perforación.
Elementos de la perforación a Rotopercusión
La máquina y los elementos empleados en este sistema tienen mucha afinidad con los
empleados en la perforación a rotación.
Los elementos diferenciadores se encuentran fundamentalmente en el uso del martillo de
fondo, en el tipo de broca y en el empleo de aire comprimido como fluido de circulación.
El martillo de fondo se encuentra unido al elemento de corte o boca y le confiere a ésta un
efecto de golpeteo a modo de martillo neumático.
El control sobre la perforación en este sistema recae en gran medida en la presión de
inyección, ya que tiene un efecto directo sobre la acción de percusión, y sobre la eliminación de
los detritus, lo que se traduce en definitiva en un mayor o menor avance de la perforación. Las
máximas presiones que pueden alcanzar están en torno a 25 Kg/cm2 lo que puede suponer
avances en condiciones ideales de hasta 50 m/h.
Como elementos de control intervienen además la velocidad de rotación, que suele estar entre
los 10 y los 60 r.p.m. y el empuje ejercido sobre el martillo de fondo, normalmente en torno a
200 Kg. por pulgada de diámetro.
Junto con el aire comprimido se emplea espumante y agua con objeto de ayudar a la acción de
limpiado del sondeo. El caudal necesario es reducido, nunca mayor de 10 litros/ minuto.
La boca del martillo de fondo, o elemento percutor, es de diferente tipo según la formación a
perforar. Las hay de cruceta para terrenos normales, semejantes a los trépanos, del método
de percusión, y, de botón, para formaciones duras.
Rendimiento. Ventajas y limitaciones
Entre las ventajas están las siguientes:
· Requiere poco peso sobre la boca (1000-3000 Kgr), por lo que no necesita barras de
carga, y precisa una menor velocidad de rotación.
· Ejecución de sondeos más rectos. Ideal en formaciones inclinadas y fisuradas.
· Consigue grandes velocidades de perforación.
· Es especialmente adecuada para terrenos muy duros, donde supera ampliamente al resto
de los sistemas de perforación.
· Costo reducido por metro perforado.
Entre sus limitaciones están:
· Limitación en los diámetros de perforación.
· No es adecuada en terrenos sueltos o poco consolidados.
· En presencia de mucha agua pueden aparecer serias dificultades en la perforación.
· Efecto de colmatación sobre las formaciones atravesadas.
CONTROL HIDROGEOLÓGICO DE UNA PERFORACIÓN
El adecuado control de una perforación es un elemento imprescindible en la realización de una
obra destinada a la captación de aguas subterráneas, ya sea de investigación o de explotación.
El objetivo final es obtener la secuencia exacta de los materiales perforados y determinar los
tramos acuíferos atravesados.
En primer lugar se requiere la existencia de un proyecto de la obra, en el que se expondrán las
previsiones sobre la secuencia litológica de la perforación, así como todos aquellos aspectos
inherentes a la misma piezométricos, entubaciones, cementaciones, características de las
tuberías, filtros, empaque de gravas, etc.).
El supervisor debe mantener un contacto directo con el sondeo, y el control se realizará
mediante la ayuda del parte de perforación en el que se irán anotando todas las observaciones.
Las principales son:
1) Control de los parámetros mecánicos de la perforación.
Se centra en los siguientes puntos.
Elementos de perforación (tipo de broca, sarta, entubación, cementaciones, etc ...
Control de los parámetros de perforación:
Peso aplicado sobre el fondo.
Rotación (nº de vueltas por minuto)
Presión de inyección.
2) Control de los parámetros hidrogeológicos.
Se tienen en cuenta los siguientes puntos:
a) Estudio de las muestras:
Se describe el material que se extrae del sondeo, en tanto por ciento de cada tipo de roca.
Para ello es necesario obtener dos muestras de cada metro perforado, una sin lavar y otra
lavada.
En campo se realiza un análisis a visu y con lupa, para pasar a un examen más detenido en
laboratorio, en el que se contemplan:
Estudio litológico detallado.
Estudio paleontológico: Mediante lámina delgada o levigado.
Granulometría de las muestras.
Calcimetría (% de carbonatos).
Complexometrías: Para calcular porcentajes de CO3Ca y CO3Mg (Calizas y dolomías).
Análisis específicos: Determinación de sulfatos, lignito, minerales pesados, difracción de rayos
X, etc. (para establecer correlaciones).
Todos los datos serán indicados en su correspondiente registro.
b) Control del avance de la perforación:
Permite estimar la dureza de las formaciones geológicas, y obtener con precisión la
profundidad exacta de un cambio de roca.
c) Control de niveles:
Diariamente se deben realizar dos medidas del nivel de agua en la obra, una al comienzo de la
jornada y otra al final. Permiten conocer los distintos tramos acuíferos atravesados y podrá
obtenerse una idea de sus características hidrodinámicas.
d) Aplicación de técnicas geofísicas. Perfiles eléctricos:
Una vez finalizada una perforación, o un determinado tramo de la misma, es muy
recomendable realizar perfiles del mismo mediante técnicas geofísicas. Estas consisten en
descender un "patín" pegado a la pared del sondeo, en el que van insertados diversos
electrodos unidos a la superficie por cable. A través de e os se aplican diferentes impulsos
eléctricos o de otro tipo, al tiempo que se registra la respuesta de la formación geológica en
cada punto.
Lo más frecuente es medir las resistividades de la roca, la radioactividad natural, el potencial
espontáneo, conductividad y la temperatura.
Con estas medidas junto con el análisis de los detritus extraídos se obtiene una visión muy
precisa del sondeo, con detención de las zonas de mayor permeabilidad, determinación de
fracturas, etc ... que será muy útil para la correcta ubicación de las zonas filtrantes en el
entubado y los tramos a cementar

Tipos de captaciones

Captaciones de agua subterránea y su construcción


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Para el aprovechamiento del agua subterránea se requieren obras de captación.
Su finalidad es obtener la mayor cantidad de agua con el mínimo gasto de energía
Al hablar de captaciones para explotación de aguas subterráneas generalmente nos referimos a pozos verticales, pero existen otros sistemas constructivos que permiten alcanzar el mismo fin.


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Las obras de captación pueden clasificarse en tres tipos principales:
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Verticales: pozos y sondeos.
Horizontales: zanjas, drenes y galerías.
Mixtos: pozos con drenes radiales, galerías con pozos.
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Dependiendo de la cantidad de agua que se necesite y de las características hidrogeológicas de la zona se determinará el tipo de captación conveniente.


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Se llaman pozos verticales a todos aquellos que se construyen para obtener el agua por penetración vertical del acuífero.


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Los pozos excavados son probablemente el tipo de captación más antiguo. En la actualidad se excava con máquinas y con explosivos cuando las rocas son muy duras. Sigue siendo la elección más adecuada para explotar acuíferos superficiales, pues su rendimiento es superior al de un sondeo de la misma profundidad.


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Los sondeos o perforaciones son las captaciones más utilizadas en la actualidad, son generalmente de menor diámetro y mayor profundidad que los pozos excavados.

Imagenes de cajas captadoras











Evaporación y uso consuntivo

A. Términos y conceptos usados en el análisis del peligro de desertificación
El idioma de los especialistas en desertificación tiene conceptos como agricultura, selvicultura, geomorfología, hidrología, economía, física, química, sociología y antropología. Pocos son expertos en todos estos campos, pero el planificador que trabaja en áreas áridas y semi-áridas debe estar familiarizado con los términos "especializados" más comunes. Esta sección introduce algunos de los términos y conceptos usados en las discusiones sobre desertificación.
- Albedo: Es la relación entre la luz reflejada por una superficie no pulida y el total de la luz incidente sobre dicha superficie. El albedo es importante para el cálculo de la evapotranspiración potencial (ver más abajo) usando el método del presupuesto de calor para determinar la evaporación. Los diferentes tipos de vegetación y diferentes suelos absorven diferentes cantidades de radiación solar y su evapotranspiración potencial también será distinta. A medida que aumenta el albedo de la superficie, una mayor cantidad de radiación solar es reflejada y queda menos para calentamiento y evaporación.
- Suelos alcalinos: Son suelos con pocas sales libres pero con suficiente sodio (Na) o potasio (K) para ser dañinos a la mayoría de las plantas. Los coloides de estos suelos defloculan de tal modo que el drenaje y la aeración son pobres. La arcilla se lava hacia abajo y se acumula como una capa dura debajo de la superficie. Una alta cantidad de sodio (Na) puede elevar el pH por encima de 8,5. La hidrólisis a NaOH es altamente corrosiva para el humus, las raíces y otros tejidos vivientes.
- Unidad animal: Una medida que se usa para convertir números de las diversas especies de ganado a un patrón común en relación con los recursos de forraje, tomando como equivalente a una vaca madura (peso en vivo de alrededor de 450 kilogramos). Una unidad animal es igual a una cabeza de ganado, un caballo, una mula, cinco carneros, cinco puercos, o cinco cabras.
- Zona árida: Un área que tiene una baja relación de precipitación a evapotranspiración potencial (P/PET=0,03 a 0,20). Como resultado, las zonas áridas son regiones de baja productividad biótica. Las zonas áridas son áreas de tierra seca con especies anuales y perennes. En su forma natural generalmente pueden sostener un extenso pastoreo de ganado pero no agricultura de secano.
- Capacidad de sostenimiento: (a) el número de individuos de una especie dada que pueden ser sostenidos por un ecosistema dado; (b) la densidad de personas con un determinado patrón de vida que pueden ser sostenidas por un sistema; y, (c) el máximo número de una especie silvestre que podrá sostener un determinado territorio a lo largo del período más crítico del año en términos de forraje. Las personas usan información y tecnología para elevar la capacidad natural de sostenimiento de su medio ambiente, suplementando los ecosistemas locales por medio de la importación de energía y otros recursos. Esto permite que más personas ocupen la tierra con un mayor nivel de vida al que podría lograrse contando tan sólo con el ambiente natural local.
- Desierto: El término "desierto" nunca ha sido definido con precisión. En el imaginario popular, generalmente es una región con poca o ninguna vegetación, por razón de deficiente precipitación o aridez edáfica. También puede significar "tierras eriazas", es decir, áreas de baja producción de vegetación, cualquiera que fuera la razón por la que ello ocurre.
- Indicador de desertificación: Es un fenómeno físico, un organismo, una comunidad biótica, un criterio social, o una combinación de estos, generalmente asociado con una o más condiciones que demuestran la existencia del proceso de desertificación (Reining, 1978; Dregne, 1983).
- Pavimento del desierto: En áreas de desierto, una capa de piedras pequeñas o grava que cubre la superficie del suelo y permanece después de que la erosión cólica ha retirado el material más fino.
- Sequía: Un extendido período de sequedad; generalmente cualquier período de deficiencia de humedad que está por debajo de lo normal para una área específica. Compartiendo este concepto, hay varias definiciones que tienden a ser conceptuales u operacionales y varían de acuerdo a la disciplina (sequía meteorológica, sequía agrícola, sequía hidrológica, sequía socio-económica) y de acuerdo al país (Whilhite y Glantz, 1987).
- Ecosistema: Cualquier área que tiene organismos vivientes y substancias inanimadas que actúan como una unidad y donde hay un intercambio de material entre los elementos vivientes e inanimados y se desarrolla un flujo de energía dentro y a través del sistema. Aunque los ecosistemas pueden ser extremadamente pequeños, la palabra es usada en este capítulo para significar una área desde el tamaño de una pequeña granja (1 -5 hectáreas) hasta una región (varios miles de kilómetros cuadrados). Los linderos de los ecosistemas son establecidos arbitrariamente y se determinan de acuerdo a los objetivos del estudio.
- Efímero: Indica una existencia de corta vida, en este caso las plantas que tienen adaptaciones genéticas que les permiten germinar, crecer y reproducirse en unas pocas semanas y así "tomar ventaja" de ciertos factores ambientales de corta vida (humedad del suelo, temperatura, acceso a nutrientes) que requieren para completar su ciclo de vida.
- Evapotranspiración (ET): El total de agua perdida por cuerpos de tierra y agua por evaporación y transpiración de las plantas. La evaporación de suelos, superficies de plantas, y cuerpos de agua, y la transpiración a través de la estoma de las plantas, constituyen colectivamente la evapotranspiración. El proceso de evaporación es sencillamente la pérdida neta de agua de una superficie debido al cambio de estado de agua líquida a vapor. Los requerimientos para evaporación o transpiración son: a) flujo de energía a la superficie de evaporación o transpiración; b) flujo de vapor desde estas superficies; y c) flujo de agua líquida hacia estas superficies.
- Halofita: Una planta que crece en suelos salinos; una planta tolerante de sal. Algunas especies tales como la alfalfa son clasificadas como halofitas aunque el término generalmente significa plantas nativas del habitat salino. Las diferentes especies de halofitas toleran diferentes grados de salinidad.
- Zona húmeda: Una área que tiene una relación de precipitación a evapotranspiración potencial mayor de 0,75 (P/PET >0,75). Es decir es una área que tiene exceso de agua y donde las condiciones de sequía ocurren muy rara vez. Si lo permiten las temperaturas, en estas zonas los bosques crecen, y ciertos cultivos pueden crecer sin irrigación, aunque el extremo inferior del rango de precipitación puede reducir la producción.
- Zona hiper-árida: Una área de extrema aridez con una relación de precipitación a evapotranspiración potencial de menos de 0,03 (P/PET < 0,03) y donde pueden transcurrir períodos (aún años) sin precipitación. Exceptuando los freatófitos no existe vegetación permanente aunque con la precipitación crezcan plantas efímeras. Excepto durante períodos raros de precipitación, cuando los efímeros pueden ser usados para pastoreo, son imposibles la agricultura, la silvicultura y el pastoreo sin algún tipo de irrigación.
- Zona de vida: Una bioregión altitudinal o latitudinal con características distintivas de fauna y flora. Estas son áreas de paisajes naturales homogéneas en cuanto a clima. En América Latina, y en algún grado en el Caribe, los mapas de zonas de vida se han desarrollado en base al sistema Holdridge. Estas son áreas que tienen divisiones de calor, precipitación y humedad equivalentemente ponderadas. El calor se expresa como biotemperatura, que es una medida de calor efectivo en el crecimiento de la planta (0-30 grados Celsius); la precipitación es la precipitación total anual y la humedad efectiva es una combinación de biotemperatura y precipitación. Todas las principales zonas de vida pueden tener una presentación gráfica (Ver Figura 9-1).
- Freatofito: Una planta que absorbe su agua de una fuente permanente en el terreno. Estas se pueden encontrar a lo largo de los cursos de agua donde hay un flujo permanente de agua de superficie o subterránea y en áreas donde la capa freática generalmente está cerca de la superficie.
- Presión de la población: Son las densidades de población humana, silvestre y de ganado, relacionadas con las diversas capacidades de sostenimiento de un ecosistema. También están incluidas las presiones relativas de los cultivos y de irrigación sobre terrenos sujetos a salinización. Se piensa que los límites máximos sin irrigación son, en zonas áridas, de 7 habitantes por kilómetro cuadrado y una unidad animal por cada 5 hectáreas y, en zonas semi-áridas, de 20 habitantes por kilómetro cuadrado y una unidad animal por hectárea.
- Evapotranspiración potencial (PET): Generalmente definida como la tasa de evaporación y transpiración que tendría lugar en una área completamente cubierta de vegetación en la cual el agua del suelo no es limitante. Las tasas máximas de evaporación de grandes embalses de agua en las zonas áridas se aproximan a los 2.500 mm por año.
- Precipitación (P): Todo tipo de humedad descargada de la atmósfera (lluvia, nieve, granizo, agua, y niebla medible).
- Condición de pradera: El status de la vegetación en praderas en relación con su potencial en términos de la cantidad y tipo de producción de biomasa. La evaluación de condición de pradera involucra un análisis de densidad y composición de especies de planta de "calidad" (aquellas que son degustables y que son preferidas por los ganados y la fauna silvestre) por contraste tanto con aquellas que son menos degustables y que aumentan en densidad y composición bajo excesiva presión de pastoreo, como con aquellas que no son degustables, posiblemente dañinas, y que invaden las praderas bajo condiciones de uso extremamente pesado por el ganado.
- Tendencia de pradera: La evidencia de cambio en la vegetación. Por ejemplo, son indicadores importantes de tendencias la especie y el vigor de los sembríos que, en la terminología del manejo de praderas, pueden ser llamados disminuidores, aumentadores o invasores, según sus características de comportamiento bajo presión del pastoreo. También es importante la evidencia de nueva o creciente erosión de áreas erosionadas, a diferencia de las que se están recuperando y las de pisoteo. ya que la tendencia de la pradera es de interés principal para el administrador de ganado, un aumento en la vegetación forestal normalmente indica una tendencia decreciente. En términos de desertificación, sin embargo, un aumento de vegetación forestal podría indicar una tendencia favorable.
- Suelos salino-alcalinos: Los suelos que combinan los problemas tanto de suelos salinos como de suelos alcalinos que tienen una gran cantidad de sodio (Na), son defloculados, y generalmente tienen un pH superior al 8,5.
- Zona semi-árida: Un área con una razón de precipitación a evapotranspiración potencial de 0,20 a 0,50 (P/PET = 0,20-0,50) y una cobertura de vegetación natural herbácea discontinua con una frecuencia mayor de especies perennes que las zonas áridas. Esta zona normalmente puede sostener agricultura de secano y actividades de crianza de ganado con poca ayuda adicional si es que las tasas de crecimiento se mantienen a niveles adecuados para sostener la producción.
- Textura del suelo: Las proporciones relativas de los diversos tamaños de partículas minerales (grava, arena, limo, arcilla) en el suelo. Las partículas finas y gruesas tienen muy diferentes propiedades en términos de infiltración de agua y capacidad de almacenamiento, compactibilidad, erosividad y disponibilidad de nutrientes. Las clases de texturas van desde la arcilla que consiste de partículas de tamaño menor a 0,002 mm en diámetro (el material pasa a través de una saranda de 0,002mm), a limo (que pasa por una saranda entre 0,002mm y 0,050mm), a arena fina (que pasa por una saranda en 0,050mm y 0,020mm), a arena gruesa (que pasa por una saranda entre los puntos 0,020mm y 0,200mm), hasta grava fina (que pasa a través de un tejido entre 0,200mm y 2,00mm) y grava gruesa (que pasa a través de una malla de 2,00mm y 5,0mm). En general los términos de "textura fina" y "textura gruesa" se refieren a suelos que contienen grandes cantidades de arcillas o limos de arcilla mientras que "textura gruesa o "textura leve" se refieren a suelos que contienen relativamente más arena que arcilla.
- Zona sub-húmeda: Una área con una relación de precipitación a evapotranspiración potencial de 0,5 a 0,75 (P/PET =0,5-0.75) cubierta con zonas pequeñas de vegetación natural que son más densas pero que pueden incluir las sabanas tropicales. La agricultura en secano es común en esta zona para cultivos adaptados a sequías ocasionales.
- Sucesión: Un proceso de cambio en ecosistemas de las etapas "inmaduras" a "maduras". Las etapas anteriores son caracterizadas por una producción neta primaria mayor y menos diversidad de especies. El mantenimiento de las primeras etapas puede ser difícil y costoso pero cualquier exceso de producción puede ser cosechado como alimento y fibra.
- Vegetación xerofítica: Vegetación, especialmente vegetación leñosa en climas secos. Estas plantas tienden a crecer en pequeñas parcelas con bajas densidades. Crecen muy lentamente y tienen una estructura de hoja y características bioquímicas que permiten una gran eficiencia en el uso del agua.
El concepto de evapotranspiración potencial se define como una estimación de tasas de evaporación y transpiración cuando no se limita el agua del suelo. Compensa fácilmente la falta de información sobre transpiración y permite una síntesis clara de las numerosas mediciones de humedad de suelos, infiltración, escurrimiento, etc., que se necesitan para entender los parámetros climáticos. Las tasas de evapotranspiración están relacionadas a varios factores climáticos, siendo la temperatura el más importante. Por ejemplo, si se ajustan las cifras de temperatura para variaciones en la longitud del día (horas del día), usando una fórmula desarrollada por Penman (Chow, 1964), se demuestra que hay una íntima relación entre temperatura media y evapotranspiración potencial. En consecuencia, se puede usar esta fórmula para calcular la evapotranspiración potencial para cualquier lugar cuya latitud es conocida y donde los registros de temperatura están disponibles o pueden ser estimados. Los datos sobre excedentes y déficit de agua se pueden inferir comparando las cifras de precipitación mensual y las de la evapotranspiración potencial mensual.
Las tasas de evaporación se pueden obtener de lecturas en cuerpos controlados de agua abierta (evaporímetros). Aunque la transpiración es producto de la evaporación de superficie de las hojas, sus tasas dependen de la disponibilidad de agua del suelo así como de los rasgos estructurales y funcionales de las plantas (ubicación del estoma y de los procesos internos que gobiernan la pérdida o ganancia de agua en las celdas protectoras) ya que estas están afectadas por la luz. Por ejemplo, la luz aumenta las tasas de transpiración más que las tasas de evaporación. Por otro lado, el viento aumenta la tasa de evaporación más que la de transpiración. Así pues, las tasas de evaporación no siempre son un índice de las tasas de transpiración.
Factores responsables de la evaporación
•Meteorológicos (presión de vapor, la presión atmosférica, radiación solar, temperatura del aire, velocidad del viento, etc).
•Naturaleza de la superficie de evaporación
•Calidad del agua

Cálculo de la evaporación en superficies libres de agua
•Ecuación simple


• Donde: EL=evaporación de cuerpo de agua, [L]
Ep=evaporación del evaporímetro, [L]
K = factor de correción del evaporímetro
•Ecuación de Kohler y Parmele


•Donde:

esL=presión de vapor de saturación para la máxima temperatura justo bajo la superficie del agua.
esp= presión de vapor de saturación para la máxima temperatura registrada en el evaporímetro.
ez = presión de vapor promedio a una altura Z sobre el cuerpo de agua.
K’ = coeficiente dependiente del tipo de evaporímetro (K’=1.5 evaporímetros de 4ft de diámetro y 10 plg de altura donde Z=4m)