. 1

INTRODUCCION

La captación consiste en recolectar y almacenar agua proveniente de diversas fuentes para su y

uso benéfico.

La obra de captación consiste en una estructura colocada directamente en la fuente a fin de captar

el gasto deseado y conducirlo a la línea de aducción. Para el diseño de obras de captación de

fuentes superficiales y subterráneas, habrá que considerar ciertos aspectos característicos a

fuentes de abastecimiento, esto nos conduce a considerar dos tipos: superficiales sin regulación y

superficiales con la regulación de sus caudales de captación de fuentes superficiales sin

regulación.

Estructuras de captación de fuentes superficiales reguladas. La regulación de un río para

compensar sus variaciones de caudal durante épocas de crecida con las de estiaje, supone el

diseño y construcción de un dique o represa, pero su utilización amerita una obra de captación

adecuada para los diferentes niveles de una obra.

. 2

OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL.

Establecer los criterios para el diseño hidráulico, mecánico y estructural de la

infraestructura que se requiere en una obra de captación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Determinar los tipos de obras de captación que existen y cuál es el uso que se la da en

una obra civil.

Aplicar los principios, conceptos y normas en el diseño de las obras de captación.

. 3

1. OBRAS DE CAPTACIÓN

Las obras de captación son las obras civiles y equipos electromecánicos que se utilizan para

reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea. Dichas obras varían de

acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localización y magnitud. Algunos

ejemplos de obras de captación se esquematizan en la Fig. 1. El diseño de la obra de

captación debe ser tal que prevea las posibilidades de contaminación del agua.

Fig.1 Obra de Captación

El mérito principal de los dispositivos de captación radica en su buen funcionamiento hidráulico.

Cuando se diseña un sistema de captación de aguas pluviales es necesario determinar el área de

captación y el volumen de almacenamiento.

Donde:

. 4

Vs : Volumen de almacenamiento necesario para satisfacer la demanda en época de secas

D: dotación, L/ hab./ día

t : tiempo que dura la temporada de secas, días

l : Factor de seguridad, mínimo 30 % en decimal

P: número de habitantes

El volumen anual de agua de lluvia captada se puede estimar a partir de la ecuación ( 1 ) donde

se relaciona la precipitación media anual y área de captación. En diseños conservadores es

conveniente considerar que se pueden aprovechar el 75 % de la precipitación total anual.

Donde: (1)

Vc : volumen anual captado, m3

Pr : precipitación media anual, m

A : área de captación, m2

n : eficiencia de captación del agua pluvial, decimal

Si el volumen anual captado es mayor que el volumen de almacenamiento necesario para

satisfacer la demanda durante la época de secas, no existirá problema de suministro. En el caso

contrario, se tendrán problemas de abastecimiento. Entonces, al considerar sistemas de

abastecimiento con agua de lluvia, se deberá garantizar al menos que el volumen captado es

igual al volumen almacenado para satisfacer la demanda durante la época de sequía.

2. TIPOS DE OBRAS DE CAPTACIÓN

2.1. BOCATOMA O CAPTACIÓN LATERAL

Es muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal relativamente grande. El

sitio se selecciona donde la estructura quede a una altura conveniente del fondo y, ubicada al final

de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares protegidos de la erosión o socavación.

Vs = D x t x ( 1 + l) x P

. 5

3. CAPTACIÓN DE AGUA.

La captación de aguas de fuentes superficiales, sean ríos, lagos e incluso el mar deben llevar

obras de captación adaptadas a las condiciones y características de la masa de agua a captar.

La regulación de las aguas nos permite disponer de éste en casi todo momento, sea la estación

que sea y sin importar las variaciones de la demanda. Para lograr la regulación se debe almacenar

el agua de diferentes maneras como: tanques compensadores, presas, etc.

Estudios Previos para el Proyecto de una OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIALES Cuando

se va a diseñar una obra de Captación, se deben realizar una serie de estudios previos del sitio

que se beneficiará e incluso de sus cercanías. Es necesario investigar todas las condiciones para

lograr obtener un diseño que logre satisfacer todas las necesidades requeridas de la manera más

económica.

a).- Datos Hidrológicos

Gasto medio, máximo y mínimo

Niveles de agua normal, extraordinario y mínimo

Características de la cuenca, erosión y sedimentación

Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes

. 6

b).- Aspectos Económicos

Planeamiento de opciones, elección de la más económica que cumpla con los requerimientos

técnicos

Costos de construcción, operación y mantenimiento

Costo de las obras de protección

Dependiendo de las características hidrológicas de la corriente, las obras de captación pueden

agruparse en los siguientes cuatro tipos:

a) Captaciones cuando existen grandes variaciones en los niveles de la superficie

libre.

3.1. Torres para captar el agua a diferentes niveles, en las márgenes o en el punto más

profundo del río, (Fig. 3)

Fig. 3 Torres para captar agua a diferentes niveles

. 7

3.2. Estaciones de bombeo flotantes.

También pueden usarse en lagos o embalses (figuras 3.2).

Fig. 3.2 a) Estación de bombeo Flotante

3.3. CAPTACIÓN EN RIO NAVEGABLE EMBALSES O EN LAGOS Y LAGUNAS

. 8

b).- Captación cuando existen pequeñas oscilaciones en los niveles de la superficie libre,

como estaciones de bombeo fijas con toma directa en el río o en un cárcamo.

En un cárcamo

En río

. 9

4

5

5.1. .

5.2

. 10

5.3

5.3.1

5.3.2

. 11

5.3.3

5.4

5.4.1

5.4.1.1

5.4.1.2

5.4.1.3

5.4.2

5.4.3

. 12

5.4.4

5.4.4.1

5.4.4.2

5.4.4.8

5.4.4.5

5.4.4.7

5.4.4.6

5.4.4.3

5.4.4.4

5.4.4.9

5.4.10

5.4.5

5.4.5.2

5.4.5.1

. 13

6

6.1

6.3

6.2

. 14

7. OBRA DE CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA:

Para la construcción de una obra de captación de agua subterránea es necesario tener

conocimiento de las características del suelo y de la hidráulica del agua subterránea.

El agua subterránea es una fuente importante para el abastecimiento de agua, sobre todo en

suelos de material granular y ocupa el segundo lugar en la distribución de los volúmenes de agua

sobre la tierra con un 2%.

Captación de Agua Subterránea somera

7.1. Hidráulica de las aguas subterráneas:

El comportamiento del movimiento del agua en el subsuelo no tiene el mismo comportamiento

que el agua superficial. El comportamiento del agua subterránea se aproxima a la Ley de Darcy,

que fue establecida experimentalmente.

La ecuación de continuidad establece que la descarga específica o flujo a través de un cilindro es:

v = Q / A

Donde: v = Velocidad (m/s)

Q = Caudal (m3/s)

A = Área transversal del cilindro (m2)

. 15

Según el experimento de Darcy, él estableció que la velocidad del flujo a través de un medio poroso

(v), es proporcional a la diferencia de presiones entre dos secciones de un volumen de control y

la longitud entre ellas.

Por lo que se tiene:

Donde: K = Conductividad hidráulica

unidad de longitud.

h = Carga hidráulica

La conductividad hidráulica se conoce también como coeficiente de permeabilidad. Otra forma

de expresar la ecuación de Darcy es:

Q = v A O Q = K i A

7.2. Las obras de captación pueden clasificarse. .

Verticales: pozos y sondeos.

Horizontales: zanjas, drenes y galerías.

Mixtos: pozos con drenes radiales, galerías con pozos.

7.3. Pozos:

Pueden ser superficiales o profundos, dependen de la naturaleza de las formaciones geológicas y

de la hidráulica subterránea.

Pozos Excavados

Es probablemente el tipo de captación más antiguo. En la actualidad se excava con máquinas y

en rocas duras con explosivos. Sigue siendo la elección más adecuada para explotar acuíferos

superficiales, pues su rendimiento es superior al de un sondeo de la misma profundidad. Otra

ventaja en los acuíferos pobres es el volumen de agua almacenado en el propio pozo Diámetro=

1 a 6 metros o más Profundidad = generalmente 5 a 20 metros.

. 16

Sondeos

Son las captaciones más utilizadas en la actualidad. Los diámetros oscilan entre 20 y 60 cm. y la

profundidad en la mayoría de los casos entre 30-40 m. y 300 o más. Si la construcción es correcta,

se instala tubería ranurada sólo frente a los niveles acuíferos, el resto, tubería ciega.

En acuíferos de muy poco espesor .Profundidad de 2 a 4 metros y longitudes de unas decenas a

varios centenares de metros. Se excavan una o varias zanjas, que, siguiendo la pendiente

topográfica, vierten a un pozo colector desde el que se bombea. Se utilizan tanto para explotación

del agua subterránea poco profundas como para el drenaje necesario para la estabilidad de obras.

. 17

Cono de descensos

El agua comienza a fluir radialmente hacia el sondeo, y, transcurrido un tiempo, por ejemplo unas

horas, la superficie freática habría adquirido la forma que se presenta en la siguiente figura,

denominada cono de descensos. Esto puede apreciarse realmente si en los alrededores del

sondeo que bombea existen otros sondeos para observación de los niveles.

Profundidad del pozo:

La profundidad total de un pozo se rige fundamentalmente por:

• Espesor y niveles relativos del acuífero o acuíferos que se vayan a

explota. El pozo se perforará a una profundidad que garantice un caudal

específico alto, y el mayor abatimiento disponible, que permita

incrementar la producción razonablemente.

• La profundidad a que se encuentra el nivel freático más profundo por

explotar, cuando existen varios.

• La calidad del agua, factor que en ocasiones limita la profundidad y otras

la propicia.

• El caudal a extraer.

. 18

• ACUÍFERO.- Es un estrato o formación que contiene agua aprovechable y es capáz de

entregar agua en cantidad suficiente para permitir su explotación.

Transiciones y Límites de los Acuíferos:

. 19

Las obras de captación horizontales.- Tuvieron una mayor difusión en épocas ya

pasadas, y en la actualidad solo perduran en algunos lugares.

Las galerías ya existían en la Mesopotamia en el siglo IV antes de Cristo. Con una topografía

del terreno adecuada y una ligera pendiente de las galerías, el agua sale al exterior por

gravedad, sin bombeo.

. 20

Los drenes son similares a las

galerías, pero son tubos de

pequeño diámetro, perforados con

máquina, normalmente hasta unas

decenas de metros.

Se excavan una o varias zanjas, que, siguiendo la pendiente topográfica, vierten a un pozo

colector desde el que se bombea.

Dentro de las obras de

captación mixtas las más

comunes son los pozos

excavados con drenes radiales.

Estos se utilizan en los mismos

casos que los excavados pero

con mayor rendimiento, ya que

los drenes radiales permiten

aumentar el área de captación

. 21

Clasificación: Estas se pueden clasificar de diferentes formas:

1.- Según su método constructivo:

• Zanjas de percolación

• Drenes de infiltración

• Túneles de infiltración

Las zanjas son de fácil construcción y pueden tener una gran capacidad y prolongada vida

útil sin embargo si las zanjas son descubiertas el agua recolectada estará expuesto a la

contaminación bacteriana y el crecimiento de algas.

Los drenes y túneles de infiltración son más caros de construir y su diseño es más complicado.

Los drenes pueden estar sujetos a colmatación. La ventaja de los drenes y túneles es que

son completamente subterráneos de tal forma que el agua recolectada esta protegida contra

la contaminación. Los drenes tienen poros, perforaciones o uniones abiertas que permiten el

ingreso del agua subterránea. Estos pueden ser de cerámica, arcilla vitrificada, concreto,

plástico y asbesto cemento.

Forro filtrante: Su función principal será de impedir que el material fino del acuífero llegue al

interior del conducto, sin ofrecer una alta resistencia a la filtración. Se considera que cuando

la permeabilidad del forro filtrante es veinte veces mayor que la permeabilidad del acuífero se

proporciona un drenaje libre.

Los espesores de cada capa no deben exceder los 0.15 m.

El diámetro de los huecos del filtro no tiene que ser menor que todas las partículas del

acuífero, basta con que el diámetro de los huecos del filtro sea menor que el D85 del material

del acuífero.

Los métodos constructivos a adoptar dependen del tipo de captación que queremos construir,

y de las características del subsuelo donde pretendemos hacerlo.

. 22

CONCLUSIONES.

Las obras de captación deben de localizarse en zonas donde el suelo se estable y

resistente a la erosión, procurando que la captación se haga en un sector recto del cauce.

En caso de necesitarse la captación en una curva, aquella debe ubicarse en la parte

exterior de la curva, tomando las debidas medidas de la protección de la obra.

RECOMENDACIONES.

Una vez analizado el tema de las obras de captación que existe en una obra civil, se

recomienda realizar los estudios respectivos para su diseño. Y en futuro de su

construcción no tener problema.