lunes, 29 de marzo de 2010

Método de Jacobs


Cooper y Jacob, en 1946, apreciaron que en la serie que expresa W(u), si u tiene un valor pequeño, la suma del tercer sumando y sucesivos es despreciable frente a los dos primeros. Sustituyendo W(u) por estos dos primeros sumandos (-0.5772 —ln u), y sustituyendo u por su
valor, se obtiene la expresión:

Suele adoptarse el valor de u<0,03 para que esta simplificación sea aceptable. Estos valores pequeños de u se dan con valores grandes de t y pequeños de r: en general, no es aplicable en los primeros momentos del bombeo.

Tanto con la fórmula de Thies como con la simplificación de Jacob podremos calcular el descenso  s  que  se  producirá  a  una  distancia  r  de  un  sondeo  que  bombea  un  caudal  Q, transcurrido  un  tiempo  to,  conociendo  los  parámetros  hidráulicos  del  acuífero,  T  y  S.  Si repetimos el cálculo para varias distancias, podremos dibujar el cono de descensos.

domingo, 28 de marzo de 2010

Método de Theiss

La primera expresión matemática que refleja la forma del cono de descenso en régimen variable se debe a Theiss, que en 1935 la elaboró a partir de la similitud entre el flujo del agua y el flujo de calor, estudiando el flujo radial del calor en una placa metálica. La expresión es:

no es una variable que tenga significado físico, sólo se trata de una abreviatura en la formulación.

W(u) es una función compleja de u bien conocida en Matemáticas, que en Hidráulica se denomina “función de pozo” (la W es porque pozo en inglés es Well):


La solución de esta integral para los distintos valores de u aparece tabulada en todos los textos
de Hidrogeología (por ejemplo, en Watson (1995), pág.351). Esta integral puede expresarse en forma de serie (suma de infinitos sumandos), así:
 

jueves, 25 de marzo de 2010

Gradientes y Cargas

La napa freática es muy importante cuando de habla de aguas subterránea, la posición de la misma se da desde un nivel de referencia que podría ser el nivel del mar, o la boca del pozo en la mayoría de los casos, de todas maneras, este nivel de referencia se fija arbitrariamente.

Se mide la altura en un pozo estático, y esta se extrae de la altura del punto desde donde se efectúan las mediciones se tiene la altura de carga total. En realidad del curdo de hidráulica se
conoce que:






Pero como en aguas subterráneas la velocidad es muy baga, se puede ignorar el tercer término quedando:








El agua en un acuífero se mueve desde una altura de carga mayor a otra menor, en otras palabras, existen variaciones en el nivel freático entre pozos, o sea existe una pérdida de carga hL  la cual divida entre el espaciamiento entre pozos, resulta en la expresión a dimensional llamada gradiente

Coeficiente de Almacenamiento

Se define como Coeficiente de Almacenamiento (S) del acuífero al volumen desplazado por una columna del acuífero de superficie unitaria (1 cm ² ) cuando la superficie freática desciende un valor unitario (1 cm) en un acuífero libre, lo que equivale esencialmente al rendimiento específico (porosidad eficaz). El mismo concepto, aplicado a un acuífero confinado, implica el descenso en un valor unitario de la presión hidrostática en la columna del prisma acuífero considerado. Los valores promedio de S para acuíferos libres oscilan entre 0.3 a 0.05, mientras que  para  acuíferos  cautivos,  donde  predomina  el  espesor  (e)  sobre  el  Coeficiente  de Almacenamiento, están entre 0.001 a 0.00001.

Transmisividad

Es la capacidad de un acuífero de transmitir agua y es igual a la conductividad multiplicada por el espesor del acuífero:

T=K*H

Donde K es la conductividad hidráulica. H es al espesor del acuífero.

Se sabe que la ley de Darcy es:
  
Si hacemos: A = H *W ; donde W es el ancho del acuífero.

Permeabilidad o Conductividad Hidráulica

También llamado Coeficiente de Conductividad Hidráulica, representa la velocidad promedio del flujo subterráneo a través del medio poroso saturado que compone el acuífero y sobre la cual influyen las propiedades del fluido, el tamaño de poros y granos del suelo, su textura y su estructura o empaquetamiento.

Métodos para determinar la conductividad hidráulica (K) en campo: el método del agujero de barreno (auger hole method), basado en la recuperación del nivel freático producido en una perforación registrando la evolución de los descensos (y) en el tiempo (t). Utiliza la fórmula de
Ernst generalizada según la siguiente expresión:



Donde:

y  = Descensos medidos a partir del nivel estático  m

H = Desnivel entre el fondo de la perforación y el nivel estático  m r   = Radio de la perforación  m

Porosidad

La porosidad de un material es la relación existente entre el volumen de vacíos o espacios ocupados por el agua, y el volumen total del material, expresado en porcentaje:

POROSIDAD = (w/v)*100
Donde:
W  =  Volumen de agua
V  = Volumen total de la muestra

Una   alta   porosidad   (arcilla,   p.   ej.)   no   indica   necesariamente   un   acuífero   de   buena productividad, ya que gran parte del agua puede ser retenida en pequeños intersticios bajo la tensión capilar a medida que se extrae el agua. El rendimiento específico de un acuífero es la relación entre la cantidad de agua que puede drenar libremente el material y el volumen total de la formación, resultando siempre menor que la porosidad total, y asociado al concepto de porosidad eficaz. La relación entre el rendimiento específico (Sy) y la porosidad total (P) depende del tamaño de las partículas en la formación. Un acuífero de textura fina tendrá un rendimiento específico pequeño, mientras que un acuífero de textura gruesa tendrá uno mayor, ya que es capaz de producir una mayor cantidad de su agua almacenada. La retención específica (Sr) es la parte de la porosidad total de un acuífero que no puede ser fácilmente extraída,
resultando la suma de ambos:


Porosidad = Sy+Sr

Algunos materiales típicos que conforman los acuíferos tienen las siguientes propiedades, como valores promedio (ver Tabla 3.4):

Parámetros de Uso General en Acuíferos

Los  parámetros  que  se  tienen  que  tener  en  cuenta  en  un  acuífero  son:  la  porosidad,  la permeabilidad o conductividad hidráulica, la transitividad y el coeficiente de almacenamiento.

lunes, 22 de marzo de 2010

Acuíferos

Los materiales que permiten la acumulación y el movimiento del agua por debajo del suelo se denominan acuíferos, y constituyen la zona saturada.

Un  acuífero  es  entonces  aquella  Formación  Geológica  que  contiene  agua  y  permite  que cantidades significativas de la misma se muevan en su interior en condiciones naturales.

Los Acuíferos pueden dividirse en:


Los acuíferos porosos  son sedimentos granulares como las arenas o areniscas, en los cuales el agua ocupa poros existentes entre los granos de arena.

Los acuíferos fisurados están compuestos por rocas “duras” que desarrollan porosidad por la presencia de rajaduras (fracturas, fallas, diaclasas) por lo cual se denominan de porosidad secundaria.

Los acuíferos químicos o por disolución son los constituidos por rocas fundamentalmente carbonáticas,  en  las  cuales  la  porosidad  (huecos)  se  desarrolla  en  forma  secundaria  por disolución de la roca, (Kartz o similares).

Los acuíferos pueden ser clasificados también en función de la capacidad de transmisión de agua de la capa que constituye su límite superior o techo (camada confinante superior) y su piso o límite inferior (camada confinante inferior), además de la presión de las aguas en relación a la presión atmosférica. De esta manera se tienen:

Los acuíferos libres  están compuestos por un piso (roca) impermeable y el techo se encuentra en la superficie del terreno (ver Figura 3.11).

También  son  llamados  freáticos  o  no  confinados.  Son  acuíferos  cuyo  límite  superior  se corresponde con la superficie freática, en la cual todos los puntos se encuentran a presión atmosférica.

Figura 3.11: Acuíferos libres
 
Los acuíferos confinados se encuentran cubierto por un techo y apoyado sobre un piso, ambos impermeables (ver Figura 3.12).

También son denominados acuíferos “bajo presión”, dado que el agua se encuentra en ellos a mayor presión que la atmosférica. En un pozo que penetra en un acuífero de este tipo, el nivel del agua subterránea queda encima del techo del acuífero.
Figura 3.12: Acuíferos confinados
Los  acuíferos  semiconfinados  son  acuíferos  en  el  cual  por  lo  menos  una  de  las  capas confinantes (techo o piso) es semipermeable (limos, limos arcillosos), permitiendo la entrada o salida de agua por drenaje ascendente o descendente (ver Figura 3.13).
Figura 3.13: Acuíferos semiconfinados

domingo, 21 de marzo de 2010

Aguas Subterráneas

El agua que se encuentra por debajo de la superficie del suelo, en los distintos estados y relaciones de composición con la parte sólida y gaseosa, se conoce como agua subterránea. Representa una fase muy importante del ciclo hidrológico ya que la mayor parte del flujo en corrientes permanentes de agua proviene del agua subterránea. A su vez una parte del flujo en corrientes intermitentes puede filtrarse bajo la superficie, por lo que ningún examen sobre agua superficial  que  tenga  características  de  evaluación  integral  del recurso  puede  ignorar  las relaciones con los procesos subsuperficiales.

La Hidrogeología sería la ciencia que se ocupa del estudio de las aguas subterráneas. Aunque el objeto de la ciencia queda así perfectamente definido, parece conveniente añadir más detalles que establezcan al menos las grandes líneas de actuación y, sobre todo, que realcen el carácter multidisciplinar que hoy en día tiene la Hidrogeología (ver Figura 3.10).

Los estudios hidrogeológicos son de especial interés no solo para la provisión de agua a la población sino también para entender el ciclo vital de ciertos elementos químicos, como así también para evaluar el ciclo de las sustancias contaminantes, su movilidad, dispersión y la manera en que afectan al medio ambiente, por lo que esta especialidad se ha convertido en una ciencia básica  para  la  evaluación  de sistemas  ambientales  complejos.  El  abordaje  de  las  cuestiones hidrogeológicas abarca:

La  evaluación  de  las  condiciones  climáticas  de  una  región,  su  régimen  pluviométrico,  la composición química del agua, las características de las rocas como permeabilidad, porosidad, fisuración,  su  composición  química,  los  rasgos  geológicos  y  geotectónicos,  es  así  que  la investigación hidrogeológica implica, entre otras, tres temáticas principales:

1.   El estudio de las relaciones entre la geología y las aguas subterráneas.
2.   El estudio de los procesos que rigen los movimientos de las aguas subterráneas en el interior de las rocas y de los sedimentos.
3.   El estudio de la química de las aguas subterráneas (hidroquímica e hidrogeoquímica).

Grandes cantidades de agua son almacenadas en el suelo. El agua se sigue moviendo, aunque de manera muy lenta, y sigue siendo parte del ciclo del agua. La mayor parte del agua del suelo proviene del agua de lluvia que se infiltra a través de la superficie del suelo.

                                 Figura 3.10: Ciclo hidrogeológico

  
La capa superior del suelo, es la zona no-saturada, donde las cantidades de agua varían con el tiempo, pero no alcanzan a saturar el suelo. Por debajo de esta capa, se encuentra la zona de saturación, dónde todos los poros, grietas y espacios entre las partículas de roca se encuentran llenos de agua. El término agua subterránea es utilizado para describir esta zona.

sábado, 20 de marzo de 2010

Curva de Duración de Caudales

La curva de duración de caudales resulta del análisis de frecuencias de la serie histórica de caudales medios diarios en el sitio de captación de un proyecto de suministro de agua. Se estima que si la serie histórica es suficientemente buena, la curva de duración es representativa del régimen de caudales medios de la corriente y por lo tanto puede utilizarse para pronosticar el comportamiento del régimen futuro de caudales, o sea el régimen que se presentará durante la vida útil de la captación.

Como se observa en la Figura 3.8 la escala vertical de la curva de duración representa caudales medios (diarios, mensuales o anuales) y la escala horizontal las probabilidades de que dichos caudales puedan ser igualados o excedidos.

Las curvas de duración tienen formas típicas que dependen de las características de las cuencas vertientes. En cuencas de montaña, por ejemplo, la pendiente pronunciada en el tramo inicial de la curva indica que los caudales altos se presentan durante períodos cortos, mientras que en los ríos de llanura no existen diferencias muy notables en las pendientes de los diferentes tramos de la  curva.  Este  hecho  es  útil  para  ajustar  la  forma  de  la  curva  de  duración  según  las características de la cuenca cuando la serie de caudales medios es deficiente, o para transponer una curva de duración de una cuenca bien instrumentada de la misma región a la cuenca que tiene información escasa.
 Figura 3.8: Curva de duración de caudales: a) Río de alta pendiente b) Río de llanura
El caudal mínimo probable de la curva es el caudal que la corriente puede suministrar durante todo el año con una probabilidad de excedencia próxima al 100 %. Si este caudal es mayor que la demanda del proyecto, entonces la fuente tiene capacidad para abastecer la demanda sin necesidad de almacenamiento.

En los estudios que se realizan en cuencas pequeñas las variaciones diarias del caudal son importantes. Por esta razón los análisis se hacen con base en la curva de duración de caudales diarios. Cuando la información hidrológica es escasa la serie histórica de los caudales medios diarios no existe, o si existe no es suficientemente confiable. En tal caso la curva de duración de caudales  diarios  no  puede  determinarse  por  métodos  matemáticos,  pero  pueden  hacerse estimativos utilizando relaciones empíricas entre lluvias y caudales. Estos estimativos pueden ocasionar sobre diseño de las obras.

La experiencia ha demostrado que las regresiones lluvia - caudal son aceptables para valores anuales, pero resultan deficientes cuando se utilizan con valores mensuales o diarios.

Por esta razón, lo recomendable es generar una serie de caudales medios anuales a partir de las lluvias anuales y luego, a partir de los caudales anuales estimar la serie de caudales medios mensuales; en este caso no se pueden estimar los caudales diarios. Sin embargo, se pueden dibujar las curvas de duración de los caudales medios anuales y medios mensuales y con base en ellas deducir aproximadamente una curva estimada de caudales medios diarios, como se observa en la Figura 3.9
La curva de duración es muy útil para determinar si una fuente es suficiente para suministrar la demanda  o  si  hay  necesidad  de  construir  embalses  de  almacenamiento  para  suplir  las deficiencias en el suministro normal de agua durante los períodos secos.

miércoles, 10 de marzo de 2010

Toma de Fondo o Tirolesa

El principio de este tipo de obra de toma radica en lograr la captación en la zona inferior de escurrimiento. Las condiciones naturales de flujo serán modificadas por medio de una cámara transversal de captación (ver Figura 3.5).

Esta obra puede ser emplazada al mismo nivel de la solera a manera de un travesaño de fondo. Sobre la cámara de captación se emplazará una rejilla la misma que habilitará el ingreso de los caudales de captación y limitará el ingreso de sedimento. El material que logre ingresar a la cámara será posteriormente evacuado a través de una estructura de purga.

La obra de toma en solera se denomina también azud de solera u obra de toma tipo Tirolésa y puede ser empleada en cursos de agua con fuerte pendiente y sedimento compuesto por material grueso.

Figura 3.5: Toma Tirolesa vista de planta y corte 

Este tipo de obra de toma ofrece como ventajas, la menor magnitud de las obras civiles y ofrece menor obstáculo al escurrimiento. Por otro lado, no juega un papel fundamental la ubicación de la obra, tal como sucede en las obras de toma con azud derivador.

En le diseño de una toma tirolesa es necesario considerar los siguientes criterios:


  • Esta  obra  principal  mente  se  adecua  a  ríos  de  montaña,  donde  las  pendientes longitudinales son pronunciadas q pueden llegar la 10 % o a veces mas.

  • Funcionan para cauces que traen avenidas de corta duración y que llevan  gran cantidad de piedras.
  • En causes tienen pequeños contenidos de sedimentos finos y agua relativamente limpia en época de espiaje.
  • La rejilla es la parte mas baja del coronamiento de la presa que cierra el rió, cualquiera que sea el caudal, el agua debe pasar forzosamente sobre ella. Debido a esto la rejilla puede ubicarse   a cualquier altura sobre el fondo de manera que la altura de la azud puede llegar a hacerse cero, aunque normalmente oscila entre 20 a 50 cm. Esto permite que las piedras pasen fácilmente por encima del azud con lo cual se suprime la costosa compuerta de purga o esclusa de limpieza.
  • La crecida de diseño se recomienda a un periodo de retorno de 50 años, dependiendo de la importancia aguas abajo.
  • La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo a saber:
- Flujo a través de las rejillas

- Flujo en la mara de captación

Boca de toma, cuya sección efectiva se determina en función del caudal medio diario, el diseño de la reja de protección y las posibles obstrucciones por material de arrastre del curso de agua. El dimensionamiento de la boca de toma se realizará de la misma forma que la señalada para canales de derivación.

 Figura 3.6: Esquema y dimensionamiento de la boca de toma

       Figura 3.7: Sección rejilla 
 
Del esquema con energía constante, el caudal que pasa por las rejillas se tiene:

El coeficiente μ depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante. Para rejillas de perfil rectangular, las investigaciones de Noseda dan como resultado la siguiente relación empírica:
 
El coeficiente C depende de la relación de espaciamiento entre barras y el ángulo β de la rejillacon la siguiente formula:

Al inicio de la rejilla, a pesar de ser la sección con energía mínima, en la práctica el tirante resulta algo inferior al tirante crítico, a saber:
El factor de reducción  K es dependiente de la pendiente de las condiciones geométricas de la rejilla que para una distribución hidrostática de la presión, se tiene la ecuación:
La construcción de la cámara de captación, debe seguir las siguientes recomendaciones de acuerdo a la experiencia:

  • El largo de construcción de la rejilla debe ser 1.20*L de diseño.
  • El canal debe tener un ancho: B = L · cos β.
  • t B para tener una relación.
  • La sección de la cámara es más o menos cuadrada.

La pendiente del canal de la cámara esta dada de acuerdo a:

lunes, 8 de marzo de 2010

Toma Lateral

La toma lateral es una obra de captación superficial y es la más empleada cuando se trata de captar el agua de un río. La forma más simple de concebir una captación lateral es como una bifurcación.

En primer lugar conviene presentar una breve descripción de los elementos constituyentes más frecuentes de una bocatoma de captación lateral, los que podrían clasificarse de la siguiente manera:

  • Elementos de encauzamiento y cierre. Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del río.
  • Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad.
  • Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de los sólidos.
  • Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que   ingresa a la derivación.
  • Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y la abrasión
  • Elementos estructurales. Son los que dan estabilidad a la obra.
La toma   lateral, es la estructura de captación de un sistema de estructuras que acompañan a la toma, como se muestra en la Figura 3.3,  el diseño del vertedero lateral consiste en calcular la longitud del vertedero para un caudal de diseño que se pretende tomar de un canal o un río.

Los componentes principales para el diseño de una toma lateral son:

  • Boca de toma: cuya sección efectiva se determina en función del caudal medio diario, el diseño de la reja de protección y a los niveles de fluctuación del curso de agua. El dimensionamiento de la boca de toma se realizará de la misma forma que la señalada para canales de derivación.
  • Canales/tuberías de conducción: debe ser calculada en función al caudal máximo diario, para el diseño refiérase al capítulo de aducciones.
  • Obras de encause y protección: dependiendo de las características morfológicas del lugar de toma, deberán construirse ataguías y muros de protección y/o encause. Estos aspectos deben ser determinados por el responsable del proyecto con conocimiento pleno del sector de captación.
Boca de toma, cuya sección efectiva se determina en función del caudal máximo diario, el diseño de la reja de protección y a los niveles de fluctuación del curso de agua.

El área total de la reja debe ser calculada considerando el área de flujo efectiva mínima de paso y el área total de las barras, como se muestra a continuación:

Figura 3.4: Detalles de las rejas [Ref. 8]

Aguas Superficiales

El agua superficial es aquella que se encuentra circulando o en reposo sobre la superficie de la tierra. Estas masas de agua sobre la superficie de la tierra, forma ríos, lagos, lagunas, pantanos, charcas, humedales, y otros similares, sean naturales o artificiales. El agua superficial es la proveniente de las precipitaciones, que no se infiltra ni regresa a la atmósfera por evaporación o la que proviene de manantiales o nacimientos que se originan de las aguas subterráneas.

Las aguas superficiales pueden estar fluyendo constantemente como los ríos o estar en reposo como los lagos y lagunas. El escurrimiento se da sobre la tierra debido a la gravedad y a la inclinación del terreno. Así cuando el agua cae del cielo (o se precipita, por ejemplo en forma de lluvia) la que no se infiltra, escurre en la dirección de la pendiente (hacia abajo) hasta que llega a los ríos y lagos.

Un río es una corriente natural de agua que fluye con continuidad y siempre por gravedad discurre  de  las  partes  altas  hacia  las  bajas.  Posee  un  caudal  determinado  y  finalmente desemboca en el mar, en un lago o en otro río, en este último caso se le denomina afluente.

Algunas veces terminan en zonas desérticas donde sus aguas se pierden por infiltración y evaporación. Cuando el río es corto y estrecho recibe el nombre de riachuelo o arroyo.

Un lago es un cuerpo de agua dulce o salada sin conexión con el mar. Es un componente más del agua superficial del planeta. Un lago es un lugar en donde el agua superficial que procede de los escurrimientos de la lluvia (y posiblemente de filtraciones del agua subterránea) se ha acumulado debido a una depresión del terreno, creada normalmente por fallas geológicas. Algunos se forman por la obstrucción de valles debido a desplomes en sus laderas. Otros lagos son de origen volcánico. En un lago las velocidades del río disminuyen, y por consiguiente se produce sedimentación, evaporación e infiltración. Dependiendo de las dimensiones del lago, su  forma  y  profundidad  especialmente,  se  producirán  corrientes,  tanto  horizontales  como verticales que le darán sus características especiales como ecosistemas. La mayoría de los lagos generalmente  tiene  un  río  de  entrada  y  otro  de  salida.  También  se  pueden  formar  lagos artificialmente por la construcción de una presa.

En ingeniería se denomina presa o represa a un muro grueso de piedra, cemento u otro material, que se construye a través de un río, arroyo o canal para almacenar el agua y elevar su nivel, con el fin de regular el caudal para:

  •   Controlar inundaciones
  •   Aprovechamientos de riego,
  •   Agua potable
  •   Generación hidroeléctrica
  •   Turismo
  •   O idealmente para una combinación de dos o más usos (Multiusos).

domingo, 7 de marzo de 2010

Estudio Geotécnico

Los estudios de suelos y geotécnicos son trabajos de inspección y caracterización del subsuelo afectado por una obra de ingeniería, motivados por la necesidad de conocer el comportamiento del  terreno  ante  la influencia  de  la  misma,  y  que  además  de  comprender  los  aspectos descriptivos  formales  del  terreno, acostumbra a  incluir  ciertas  recomendaciones  para  el proyecto de la obra, en aquellas facetas en la que la misma “interacciona” con el terreno.

Es deseable, pues, que un estudio de suelo y geotécnico sea realizado por un técnico o un grupo de técnicos con formación y experiencia en todos aquellos campos de relevancia para el estudio que se lleva a cabo.

En la Tabla 2.4  se presentan los tipos de de estudios de suelo y geotécnicos, en función del componente del sistema y del tamaño de la población.

(*) Requiere ensayo simplificado de suelo en sitio (Pozo de observación, determinación de fatiga in situ). (X) Requiere análisis de suelos (tipo de suelo, composición granulométrica, ensayo de penetración).
(O) Requiere análisis de suelos (tipo de suelo, composición granulométrica, ensayo de penetración, pruebas de compactación y densidad in situ). (+) Requiere estudio geotécnico.
Fuente: Norma Boliviana  NB-689

sábado, 6 de marzo de 2010

Fuentes Contaminantes del Agua

- Consecuencias Directas:

•    Desechos de efluentes domésticos, industriales o agrícolas.
•    Aplicación directa de herbicidas para controlar plantas acuáticas que interfieren con el uso humano de      aguas frescas.
•    Alicación   directa   de   insecticidas   a   aguas   frescas   para   destruir   larvas   de mosquitos, el vector de la malaria.
•    Molusquicidas  ampliamente  usados  en  el  trópico  para  controlar  los  moluscos vectores de la sistosomiasis (ver Figura 1.11).

                                                Figura 1.11: Fuentes de contaminación del agua [Ref. 3]


-   Consecuencias Indirectas:


  • Insecticidas y Herbicidas lixiviados aplicados a la tierra
  • Desechos  pesticidas  descuidadamente  vaciados  y  sus  contenedores  vacíos  en piscinas o cañadas.
  • Rellenos  de  Tierra  y  vertederos  de  desechos tóxicos  contaminan  el  agua  de  la tierra.

Contaminantes del Agua.-


Los contaminantes pueden ser :

  • Contaminantes orgánicos
  • Contaminantes Inorgánicos
  • Contaminantes termales
  • Materiales Radioactivos
-  Contaminantes Orgánicos (Origen)

  • Desagües domésticos (fuente mayor)
  • Lavados Urbanos (de casas, factorías y caminos)
  • Efluentes industriales .

El  Efecto  mas  importante  de  los  contaminantes  orgánicos  es  la:  Disminución  del oxigeno disuelto (el nivel recomendado de OD para el agua natural es de 4 a 6 ppm.)

-  Patógenos (Origen)

La contaminación fecal del agua puede producir una variedad de patógenos a las vías de agua, incluyendo:

  • Bacteria
  • Virus
  • Protozoos
  • Lombrices parasitarias
  • Vectores

Agua y enfermedad


El agua es un regalo presente en la naturaleza. La cantidad total de agua en la tierra es finita, mientras que la capacidad de polución del hombre se acelera rápidamente con el crecimiento de la población, la agricultura y la industria a través del globo. Los cuerpos de agua locales pueden agotarse y contaminarse muy rápidamente debido al egoísmo e ignorancia; el agua se puede convertir en una fuente mas bien de muerte y enfermedad que de vida.

Hoy,  al  menos  1/5  de  todas  las  personas  a  nivel  mundial,  carecen  de  acceso  a  agua potable segura. En los países desarrollados, la mayoría de las ciudades descargan de 80 a
90 % de su desagüe directamente a los ríos y caños, que son usados para tomar, aseo y lavar.  Esta  carencia de  tratamiento  de  cloacas  ha  propiciado  que  microorganismos peligrosos   diseminen   enfermedades  propagadas   por   el   agua;   particularmente   las enfermedades   transmitidas   por   vectores   que   viven  en   el   ambiente   acuático   son responsables por alrededor de 1/3 de todas las muertes en el mundo.

La creciente polución de nuestros ríos constituye la mayor amenaza a la salud pública. Las aguas contaminadas conllevan a varios problemas gastrointestinales, infecciones del hígado, cáncer, etc. Los niños son a menudo los más afectados, muriendo en grandes cantidades por diarrea. Aun en los 90 más de 1 millón de niños murieron debido a diarrea
y otros trastornos gastrointestinales.

Agua para la vida.-

La vida se origino  en el agua y  es el agua lo que hace posible la vida. El agua  conforma  el  60 por ciento del  peso  corporal, el plasma  celular contiene más de  90  por ciento  de agua, el citoplasma celular  contiene alrededor de 70 por ciento de agua. Hasta los huesos contienen un 20 por ciento de agua. El agua es necesaria para (ver Figura 1.10):

•    Transportar nutrientes y oxigeno a todas partes del cuerpo vía la sangre

•    Mantener el volumen sanguíneo

•    Desechar materiales de funciones fisiológicas

•    Ayudar a mantener la temperatura corporal
Figura 1.10: El cuerpo humano tiene casi el 60% de agua 

Abastecimiento, Diseño y Construccion de Sistemas de Agua Potable

Introducción.-

El servicio de abastecimiento de agua potable es la captación de agua bruta, potabilización, almacenamiento y distribución. Se considerarán instalaciones de abastecimiento, aquéllas que, respondiendo a alguno de los tipos que se relacionan a continuación, se encuentran en uso permanente en la prestación del servicio de abastecimiento:

  • Captaciones.
  • Estaciones de tratamiento de agua potable.
  • Depósitos de almacenamiento.
  • Estaciones de bombeo.
  • Red de distribución: es el conjunto de tuberías y sus elementos de maniobra y control, que conducen el agua a presión y de la que derivan las acometidas de abastecimiento a los usuarios.
  • Acometidas  de  abastecimiento:  son  las  instalaciones  que  enlazan  las  instalaciones interiores del inmueble con la red de distribución. Su instalación será con cargo al propietario y sus características se fijarán de acuerdo con la presión del agua, caudal contratado,  consumo  previsible,  situación  del  local  y  servicios  que  comprenda,  de acuerdo con las normas básicas de aplicación para instalaciones interiores de suministro de agua. Se considerarán elementos de la acometida de abastecimiento: el dispositivo de toma, el ramal, la llave y la arqueta de registro.
  • Instalaciones interiores de los edificios.
La   conservación   y   explotación   de   los   elementos   materiales   del   servicio   público   de abastecimiento   (captaciones,   estaciones   de   tratamiento   de   agua   potable,   depósitos   de almacenamiento, estaciones de bombeo, red de distribución y acometidas) es competencia exclusiva del prestador del mismo.

Historia.-


Como hemos visto, desde los primeros asentamientos, el hombre ha intentado permanecer cerca del  agua. Su  existencia  es  condición  indispensable  para  la  vida  y,  por  ello,  no  podía establecerse lejos de una fuente, un manantial, un lago, un arroyo o un río que satisfaciese sus necesidades en este sentido. Esta verdad cobra una especial importancia en una región como la nuestra, tan escasa siempre de precipitaciones.

A  medida  que  se  hicieron  los  establecimientos  más  estables  y  crecieron  en  número  fue haciéndose necesario complementar lo aportado por la naturaleza con obras realizadas por el hombre. Surgieron así los primeros intentos de almacenar y conducir el agua a determinados
asentamientos a través de incipientes redes de suministro (ver Figura 1.1 y Figura 1.2).

Se trataba de acercar y asegurar al hombre lo que la naturaleza había dispuesto, pero también de

protegerlo. Probablemente las primeras obras de los primitivos habitantes de la región en relación con el agua fuesen de defensa, para protegerse de la propia energía de los canales fluviales o de las mismas fuentes. Y también de conservación: debían asegurar su carácter fluente liberándolas de partículas y obstáculos de todo tipo que impidiesen su normal discurrir. Por  último,  también  debieron  intentar  almacenarla  en  distintos depósitos  más  o  menos elaborados que permitiesen disponer de ella en períodos de carencia. Surgirían así los pozos y las cisternas .


Aproximadamente en el año 7000 a.C. en Jericó (Israel) el agua almacenada en los pozos se utilizaba como fuente de recursos de agua, además se empezó a desarrollar los sistemas de transporte y distribución del agua. Este transporte se realizaba mediante canales sencillos, excavados en la arena o las rocas y más tarde se comenzarían a utilizar tubos huecos. Por ejemplo en Egipto se utilizan árboles huecos de palmera mientras en China y Japón utilizaba troncos de bambú y mas tarde, se comenzó a utilizar cerámica, madera y metal.

En Persia la gente buscaba recursos subterráneos. El agua pasaba por los agujeros de las rocas a los pozos.

Alrededor del año 3000 a.C., la ciudad de Mohenjo-Daro (Pakistán) utilizaba instalaciones y necesitaba  un suministro  de  agua  muy  grande.  En  esta  ciudad  existían  servicios  de  baño público, instalaciones de agua caliente y baños.

En la antigua Grecia el agua de escorrentía, agua de pozos y agua de lluvia eran utilizadas en épocas  muy  tempranas.  Debido  al  crecimiento  de  la  población  se  vieron  obligados  al almacenamiento y distribución (mediante la construcción de una red de distribución) del agua.

Los acueductos un elemento que jugó un papel muy importante en la cultura Romana fue el  agua,  de  hecho su  uso  en  los  diversos  ámbitos  culturales  de  la  época  del  imperio romano, influyó en la salud de muchos pueblos conquistados. La palabra acueducto deriva del vocablo latino conducción de agua.

Los acueductos fueron una invención romana; éstos eran canales largos de piedras que permitían movilizar el agua de un lugar a otro. El suministro de agua era necesario para los desagües y los baños públicos en ciudades y pueblos. El agua se utilizaba también para la propulsión de ruedas hidráulicas que movían cadenas e impulsaban la maquinaria. Los  romanos  aprovecharon  los  manantiales  de  aguas  térmicas  para  diversas  terapias, porque fue una cultura que se ocupó también de la medicina, esto los hizo ser buenos doctores (ver Figura 1.5).

Los sistemas de distribución de agua en el imperio romano pertenecen a una época que va del año 300 antes de Cristo al siglo XVII. Muchos de los acueductos construidos para transportar el agua eran verdaderamente avanzados. Los Romanos eran maestros en el arte de la construcción y la administración, le daban tal importancia al agua que eran capaces de construir acueductos tan grandes que llevaban agua a una ciudad de un millón de habitantes, desde una distancia de hasta 90 Km. Pero lo más importante era que sus ingenieros estaban preparados para seleccionar el agua. Separaban el agua de alta calidad, usada para beber y cocinar, del agua que serviría para regar o limpiar.

El invento de la bomba moderna en Inglaterra a mediados del siglo XVI, impulsó las posibilidades de desarrollo de sistemas de suministro de agua. En Londres la primera obra de bombeo de aguas se finalizó en el año 1562. Se bombeaba agua de río a un embalse a unos  37  m  por  encima  del  nivel  del  Támesis,  y  desde  el  embalse  se  distribuía  a  los edificios vecinos a través de tuberías, aprovechando la fuerza de la gravedad.
A partir del siglo XIX el aumento de la población en las zonas urbanas obligó a realizar grandes obras de captación, conducción y de tratamiento de aguas, que fueron posibles gracias al desarrollo de la ingeniería, la geología y ciencias conexas.

A  partir  de  1896,       las  vertientes  de  Arocagua,  proveían  de  agua  a  la  ciudad  de Cochabamba.  Éstas,  junto  a  las  de  Rigol,  Quintanilla  y  Rivero  constituían  las  más importantes  fuentes  de  abastecimiento  a  los  pobladores  de  la  época.  El  agua  de  las vertientes se distribuía en cantaros a través de piletas publicas hasta que a fines de la década de los 20 se construyeron los pozos de hundimiento de Arocagua y la galería filtrante de Chungara. Las aguas de estas captaciones llegaban a través de dos líneas de aducción a un tanque de almacenamiento construido en las faldas del cerro San Pedro.

Los inicios de SEMAPA se remontan a la primera red de distribución tuberías de acero, que fue construida en 1928 y dotaba 165 litros por persona/día a una población de 80.000 habitantes en época de lluvias, y 20 litros por persona/día en época de estiaje. En tiempos de  sequía,  esta  dotación  disminuía  a  la  octava  parte.  Desde  entonces,  se  impuso  la necesidad de restringir la distribución a unas cuantas horas diarias.

Las lagunas privadas de Escalerani y Toro que en un principio servían para el regadío de tierras de la zona de Tiquipaya, fueron adquiridas por el Estado para atender el marcado déficit existente. La construcción de una obra de toma con un desarenador en la zona de Tolapujro, un aductor de Tiquipaya a Cala Cala, una planta de tratamiento y un tanque de almacenamiento en Cala Cala, permitieron aprovechar estas aguas a partir de 1940.

Luego de la ampliación de las redes de distribución hasta 1942, se construyó la galería filtrante de Tirani en 1956 que recibe las aguas provenientes de San Juan y San Pablo

viernes, 5 de marzo de 2010

Suministro y Almacenamiento

Cada bolsa de cemento al ser suministrada debe llevar impreso en sus caras el tipo y clase de cemento, así como la marca comercial y las restricciones de empleo.

Para un adecuado manejo, posterior buen rendimiento del cemento, se recomienda observar las siguientes reglas:

               El  almacenamiento de  las  bolsas  de  cemento se  debe  realizar  en  ambientes secos  y ventilados, preferentemente en un depósito cerrado e impermeable.
          •     Apilar en pilas de no más de 10 bolsas y sobre madera a unos 10 cm del piso y separar las pilas de las paredes, evitando el contacto de la bolsa con estos, para que el cemento no absorba humedad,
          •     Apilarlas de modo de minimizar la circulación de aire entre ellas y cubrirlas con láminas de plástico resistente, protegiéndolas de corrientes de aire húmedo.
          •     Almacenar las bolsas de modo de ir utilizándolas en el mismo orden en que se las fue recibiendo.
          •     Si las bolsas son  guardadas en almacenes cerrados y sobre tablones de madera la pérdida de  resistencia probable en  3  meses  es  del  15%  y  en  6  meses del  25%  aumentando sucesivamente, así como un aumento del tiempo de fraguado;
          •     Si  el  período  de  almacenamiento ha  sido  superior  a  un  mes,  se  comprobará que  las características  del  cemento  continúan  siendo  adecuadas.  Para  ello,  se  realizarán  los oportunos y previos ensayos de fraguado y resistencias mecánicas a tres y siete días, sobre una muestra representativa del cemento almacenado, sin excluir los terrones que hayan podido formarse.

Una manera práctica de evaluar se ha habido hidratación parcial del cemento almacenado consiste en tamizar una muestra por el tamiz Nº100, calculando el porcentaje retenido. Este % retenido, sin haber sufrido hidratación, oscila entre 0 y 0.5%.

Si  el  almacenamiento  se  realiza  a  granel,  la  conservación  del  cemento  se  efectua  facil  y correctamente  en  silos  metálicos,  estos  pueden  ser  fijos,  como  los  que  poseen  las  plantas
dosificadoras, o móviles (portatiles) (figura 1.14).
                               FIGURA 1.14 Silo Movil

jueves, 4 de marzo de 2010

Tipos de Cemento Portland

En el mundo existen una gran variedad de tipos de cementos, estos tipos se distinguen según los requisitos tanto químicos como físicos. La norma ASTM especifica:
-     8 tipos de cemento Pórtland, ASTM C150: I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV, V.

-     6 tipos de cemento hidráulico mezclado, ASTM C595: IS, IP, P, I(PM), I(SM), S.
Tipo IS.- Cemento Pórtland con escoria de alto horno
Tipo IP.- Cemento Pórtland con adicion Puzolanica.
Tipo P.- Cemento Pórtland con puzolana para usos cuando no se requiere alta resistencia inicial. Tipo I (PM).- Cemento Pórtland con Puzolana modificado.
Tipo I (SM).- Cemento portland con escoria, modificado.
Tipo S.- Cemento con escoria para la combinacion con cemento Portland en la fabricación de concreto y en combinacion con cal hidratada en la fabricación del mortero de albañilería.
-     3 tipos de cemento para mampostería, ASTM C91: N, M, S.

En Bolivia solo se fabrican los cementos del Tipo I, y IP por lo cual solo se desarrollaran estos con mayor detalle, del resto solo se presentaran sus características principales.

TIPO I, cemento común, para usos generales, es el que más se emplea para fines estructurales cuando no se requieren de las propiedades especiales especificadas para los  otros cuatro tipos de cemento.

En las tablas 1.5 y 1.6 se dan diferentes características para los cementos Tipo I.


TIPO II, cemento modificado para usos generales y se emplea cuando se prevé una exposición moderada al ataque por sulfatos o cuando se requiere un moderado calor de hidratación. Estas características se logran al imponer limitaciones en el contenido de C3A y C3S del cemento. El cemento tipo II adquiere resistencia con más lentitud que el tipo I; pero a final de cuentas, alcanza la misma resistencia. Este tipo de cemento se usa en el hormigón expuesto al agua de mar.


TIPO III, cemento de alta resistencia inicial, recomendable cuando se necesita una resistencia temprana en una situación particular de construcción. Este cemento se obtiene por un molido más fino y un porcentaje más elevado de C3A y C3S. El hormigón tiene una resistencia a la compresión a los 3 días aproximadamente igual a la resistencia a la compresión a los 7 días para los tipos I y II y una resistencia a la compresión a los 7 días casi igual a la resistencia a la compresión a los 28 días para los tipos I y II. Sin embargo, la resistencia última es más o menos la misma o menor que la de los tipos I y II.

Dado que el cemento tipo III tiene un gran desprendimiento de calor, no se debe usar en hormigones masivos. Con un 15% de C3A presenta una mala resistencia a los sulfatos. El contenido de C3A puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada a los sulfatos o a 5% cuando se requiere alta resistencia.


TIPO IV. Cemento de bajo calor de hidratación. Los porcentajes de C2S y C4AF son relativamente altos; El bajo calor de hidratación en el cemento tipo IV se logra limitando los compuestos que más influyen en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos también aportan la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. Este cemento se usa para estructuras de hormigón masivo, con bajas relaciones superficie/volumen. Requiere mucho más tiempo de curado que los otros tipos.


TIPO V.  cemento resistente a los sulfatos. La resistencia al sulfato se logra minimizando el contenido de C3A (≤5%), pues este compuesto es el más susceptible al ataque por sulfatos.

Este tipo se usa en las estructuras expuestas a los sulfatos alcalinos del suelo o del agua, a los sulfatos de las aguas freáticas y para exposición al agua de mar.

Las resistencias relativas de los hormigones preparados con cada uno de los cinco tipos de cemento se comparan en la tabla 1.9, a cuatro edades diferentes; en cada edad, se han normalizado los valores de resistencia para comparación con el hormigón de cemento tipo I.




CON INCLUSIÓN DE AIRE, ASTM C150: TIPO IA, IIA Y IIIA,. Estos tipos tienen una composición semejante a las de los tipos I, II y III, excepto que durante la fabricación, se muele junto con estos últimos un agente inclusor de aire. Este constituye un mal método para obtener aire incluido, ya que no se puede hacer variar la dosis del agente para compensar otros factores que influyan en el contenido de aire en el hormigón.

Estos cementos se usan para la producción de hormigón expuesto a heladas severas.


CEMENTOS MEZCLADOS ASTM C595: TIPO IS, IP, P, I(PM), I(SM), S. Estos cementos consisten en mezclas, que se muelen juntas, de clinker y ceniza muy fina, puzolana natural o calcinada, o bien, escoria, dentro de los límites en porcentaje especificados de los componentes. También pueden consistir en mezclas de cal de escoria y cal de puzolana. En general, pero no necesariamente, estos cementos dan lugar a una resistencia mayor a la reacción álcali-agregado, al ataque por sulfato y al ataque del agua de mar, pero requieren un curado de mayor duración y tienden a ser menos resistentes a los daños por la sal para deshelar y descongelar. Dan lugar a una menor liberación de calor y es posible que ganen resistencia con mayor lentitud, en especial a bajas temperaturas.

Cementos Puzolánicos1.- Endurecen más lentamente, en especial en ambiente frío, y requieren en general más agua de amasado que el Pórtland normal; pero a largo plazo llegan a superar las resistencias de este, confiere al hormigón una elevada densidad, disminuyendo su porosidad y haciéndolo  mas  compacto,  lo  que  aumenta  su  resistencia  química.  Todo  ello  lo  hace recomendable para gran numero de obras (canales, pavimentos. obras en aguas muy puras o ambientes medianamente agresivos, hormigonados bajo agua, obras marítimas, etc.).

Cemento de Alto Horno.- Se obtiene por enfriamiento brusco en agua de la ganga fundida procedente de procesos siderúrgicos. Dado su contenido en cal combinada, la escoria no es una simple puzolana, sino que tiene de por si propiedades hidráulicas, es decir, que es un verdadero cemento, fragua y endurece muy lentamente, por lo que debe ser acelerada por la presencia de algo que libere cal, como el clinker de Pórtland.

Estos cementos presentan poca retracción y un débil calor de hidratación, por lo que pueden ser utilizados sin riesgo en grandes macizos. A cambio y por la misma razón, son muy sensibles a las bajas temperaturas, que retardan apreciablemente su endurecimiento, por lo que no deben utilizarse por debajo de los + 5 ºC.


PARA MAMPOSTERÍA, ASTM C91, TIPO N, S Y M. Son cementos de baja resistencia utilizados exclusivamente en albañilería. El tipo M tiene la resistencia más alta, alcanzando
20MPa. Una característica de este tipo de cemento es su mayor plasticidad. Este tipo se usa también para revoque; asimismo, suele contener una piedra caliza finamente molida junto con el clinker y un plastificante inclusor de aire. Una marca que se encuentra en el mercado es CALCEMIT.
CEMENTO BLANCO. Este tipo cumple con los requisitos del tipo I o del tipo III, o los de ambos. En él se utilizan materias primas de bajo hierro y bajo manganeso y un apagado especial para producir un color blanco puro.

API especial 10 para pozos petroleros. Este tipo consta de varias clases y está diseñado para satisfacer las condiciones de presión y temperatura elevadas que se encuentran en la inyección de grout en los pozos petroleros. Este tipo produce una pasta aguada de baja viscosidad y fraguado lento, tan líquida como es posible para facilitar el bombeo a presión en los pozos profundos. Es de bajo contenido de C3A, de molido grueso y no puede contener alguna sustancia para ayudar a la pulverización.

TIPOS EXPANSIVOS. Estos tipos se usan para inhibir la contracción del hormigón y minimizar el agrietamiento. Tienen baja resistencia al sulfato.

CEMENTOS DE ALTA ALÚMINA. Este tipo contiene aluminatos de calcio, en lugar de silicatos de calcio. Tiene una elevada resistencia temprana (a las 24hrs) y propiedades refractarias. Puede experimentar un 40% de regresión en la resistencia después de secar durante un periodo de 6 meses, si el hormigón no se mantiene frío durante las primeras 24 h después de mezclar y vaciar.