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11. TRABAJO DE BOCATOMAS

11.1

Introduccion

El primer punto de flujo de un sistema de agua esta en la fuente, donde el agua se recolecta en una bocatoma y luego se canaliza dentro de l a tuberia. En este capitulo se discutiran varios tipos de trabajo de bocatomas, como son bocatomas de manantiales y de riachuelos, represas, proteccion de fuentes, etc. Debido a l a disparidad de una fuente, nunca habra un diseno estandar que se pueda construir universalmente para cada sistema. Sin embargo, los trabajos de bocatoma tienen que incorporar caracteristicas de disenos estandar que permitan un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentacion y prevencion de futura contaminacion. Estas caracteristicas de diseno seran el tema basico de este capitulo. Queda a criterio del disenador el incorporarlas dentro de su plan para los trabajos de bocatoma. El supervisor de l a construccion debe tambien estar alerta sobre estos principios de manera que pueda hacer modificaciones en e l caso que se presenten problemas imprevistos.

E l proposito fundamental del trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto: l a entrada a la tuberia. Si e agua esta sucia, tendra que dejarsele asentar, relativaniente 0 quieta por un periodo de tiempo. El agua debera estar protegida, lo mas que sea posible contra otras contaminaciones (escorrentias de lluvia, animales de pastoreo, y lugarenos curiosos). Debe ser construida (la bocatoma) de tal manera que dure lo que dura e l sistema.

El numero de posibles formas de diseno de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografia de la zona, etc. Este capitulo presentara varios disenos diferentes, todos los cuales se han usado con exito en el pasado y por medio de los cuales el disenador podra modificar y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema.

En el siguiente capitulo presentaremos los detalles tecnicos sobre tanques de sedimentacion, que pueden ser necesarios cuando s trata de fuentes lodosas e como los riachuelos.

11.2

Ubicacion

Aunque es obvio que el trabajo de bocatoma debe construirse en la fuente, aun asi hay cierta flexibilidad cuando se trata de ubicar las verdaderas estructuras. Las captaciones de agua se pueden construir como parte de la estructura tos tal de la bocatoma o se pueden usar como puntos de arranque donde el agua e recolectada y encauzada por tuberias hasta un lugar cercano que sea mas apropiado para construir camaras de reposo, tanques de sedimentacion o tanques de recoleccion. Lo mas importante de considerar, deben ser los problemas de la estacion de crecida del monzon. Las estructuras de l a bocatoma se deben ubicar en puntos donde no se vean directamente amenazadas por crecidas de aguas, o indirectamente, por erosiones terraqueas a traves de los anos. Mediante un cuidadoso interrogatorio a los lugarenos se puede obtener una idea correcta de los caudales

monzones.

Los trabajos de bocatoma no se deben construir en, o cerca de hondonadas, ni en puntos donde se tenga por encima un terreno inestable que puede acarrear un deslizamiento de tierra ni por encima de u n terreno pantanoso (polvo blando saturado por aguas subterraneas). 11.3 Excavacion, cimientos & construccion La ubicacion del tanque tiene que ser marcada con estacas de madera

y alambre, y en ella s excavara hasta una profundidad de 30 cm (sino s encuen. e e

tra antes roca solida) y hay que nivelar e l suelo de l a excavacion. Para \a bocatoma de un manantial, el caudal tiene que ser apartado de l a escavacion, para mantenerla lo mas seca que sea posible. La escavacion de las paredes de una captacion debera ser lo suficientemente mortero. Esta cimentacion deber6 profunda para cortar la filtracion ser IOcm mas ancha que la pared de del manantial que pueda haber en ei subsuelo (se discutira en l a proxicada lado y l a pared tiene que tener ma seccion). El suelo de la escavano menos de 30cm de ancho. La alcion tiene que ser solido y firme. tura de la cimentacion sera de En el fondo se debe poner una capa 1Ocm. El mortero de cemento sera de concreto de 10 cm y compactarde 1:4 de relacion cemento: arena la para asegurar su correcta consoli(remitase al capitulo 19 para la disdacion. El mortero de cemento se cusion sobre mortero de cemento coloca directamente sobre el cony albanileria). La figura 11-1 iluscreto y la cimentacion de albaniletra la seccion transversal de una paria se coloca directamente sobre el red de bocatoma.

120

11.4

Captacion del agua

Este es el componente donde se captura el agua de la fuente. En la bocatoma de un manantial, las paredes que circundan a l a fuente son tipicamente de tipo impermeable. Para la bocatoma de un riachuelo, esta (la captacion) es tipicamente una pequena poza de agua con un tubo bocatoma en el fondo o un canal de superficie el cual transporta el agua hasta e l tanque de sedimentacion. En aquellos lugares donde se construyen paredes impermeables que sirvan para contener el flujo que proviene de un manantial a traves del suelo, estas paredes deberan penetrar lo mas que sea posible dentro del terreno para cortar e l flujo de filtracion que esta por debajo de la bocatoma. A pesar que sera imposible mantener secas estas zanjas de cimentacion, es posible verter una mezcla de concreto bastante seca dentro de las zanjas. En tanto el concreto se vea contenido por los parametros del terre no o por encofrados de madera, no podra ser f isicarnente lavado y fraguara correctamente. Una vez que el concreto se haya inmovilizado y endurecido ligeramente, se puede construir sobre el l a pared normal de albanileria. (remitase a la figura 11-21. Para l a bocatoma de un arroyo c riachuelo, donde la profundidad del punto de bocatoma es menor que 40 cm es necesario crear un cuenco de agua, la cual estara relativamente quieta, y por consiguiente, permitira el asentamiento de

CASCAJO FIGURA 11-1 ClMENTAClON DE TANQUE DE BOCATOMA

,-

,

-.

C A P A S -IMPERMEABLES--.

FIGURA 11-2

PARED IMPERMEABLE PARA

TANQUE DE FKICATOMA

particulas mas pesadas que estan en suspension (como arena, hojas, etc.). El tubo de uria bocatoma se puede ubicar en el fondo de la poza (protegido como se ilustra en la figura 11-3). Este tipo de bocatoma tendra 40 cm de profundiad de agua para impedir l a interferencia de manos humanas y de animales, y para protegerla de los escombros flotantes. Un diseno alterno para este tipo de cuenco es excavar un canal desde el hasta el tanque de asentamiento. Este canal de superficie, salvo cuando se trata de suelos extremadamente arenososo o porosos, no tiene que ser de albanileria y es por tanto, menos costoso de construir. En la seccion 11.12 se discuten las captaciones de un arroyo o riachuelo, asi como las represas y los cuencos. 1 1.5 Tamizado

'TUBO FG :IGURA 11-3 'EJEMPLO DE BOCATC

MA DE: ARROYO O RIACHUELO El tamizado grueso s puede e hacer por medio de una pared de albanileria de piedra seca, como se ilustra en la figura 11-4. Esto es solo una seccion de la pared de albanileria en l a que se ponen juntos rocas y ladrillos muy juntos unos con otros pero sin ningun mortero de cemento. Esta seccion de pared se puede desmantelar facilment e para propositos de limpieza y mantenimiento, y luego tambien se reconstruye con facilidad.

ALBANILERIA DE PIEDRA SECA

Las particulas en suspension en e l agua conducen al desgaste y rotura del tubo PAD; de manera que lo deseable es eliminar estas particulas hasta donde sea posible. Con el tamizado se retira una buena cantidad de estas particulas y la se dimentacion elimina la mayor parte restante. Deben existir por lo menos dos puntos de tamizado en el sistema, un filtro grueso para eliminar los escombros mas grandes flotantes y en suspension y sobre el extremo del tubo, en la bocatoma, un tamizado con malla fina.

FIGURA 11-4 TAMIZ DE AGUA DE ALBANILERIA DE PIEDRA SECA

La bocatoma con tamiz de l a tuberia debera tener una malla de trama bastante pequena (una buena medida usualmente disponible en las t~endases 20 tramas por pulgada) hecha de alambrado de laton si fuera posible. En c.1 capitulo 20.2 s discute una manera facil de hacer una bocatoma con tamiz e usando el tubo PAD. Usando tubo PAD se puede hacer una bocatoma tamizada de trama de tamano mediano perforando con un clavo caliente para hacerle docenas de huecos. Se fija despues al tubo FG de la salida. 11.6 Sedimentacion

La sedimentacion es el proceso por el cual e l agua es mantenida relativamente quieta y sin disturbios por varias horas. De resuitas de esta carencia de e turbulencia, las particulas suspendidas finas s separan del agua y se asientan. Ya que l a principal fuente de tubulencia en el agua es l a velocidad del caudal, tenemos que cuanto mas lento pase el caudal a traves de la camara de sedimentacion, mas efectivo sera el proceso de sertmentacion. La medida (capacidad) de que haya o no haya la camara depende del tipo de fuente, el caudal y de si ha\, o no un tanque reservorio mas lejos, aguas abajo. Los requerimientos de sedimentacion pueden ser nada mas que una pequena camara en la estructura de l a bocatoma o un gran tanque separador (discutimos sobre estos tanques en el siguiente capitulo). Fuentes de Manantiales.- Estas son comunmente mas limpias y generalmente este tipo de sistema requerira de un tanque reservorio. Una sedimentacion tan intensiva no es usualmente necesaria. ( a menos que sea una fuente algo sucia o no haya reservorio). Es generalmente suficiente una camara con un filtro de albanileria de piedra seca y una bocatoma con tamiz (tal como se ha discutido en l a seccion anterior). Fuentes de Riachuelos con reservorios.- Deberia ser construido un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion de 15 minutos. Fuentes de Riachuelos sin reservorios.- Tambien requieren de un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion no menor de 60 minutos.

11.7

Tubos de servicio

Debido a que e l tubo PAD no se une con mortero de cemento o concreto, todos los tubos colocados dentro de las paredes de albanileria deben ser de fierro galvanizado FG.

Hay tres diferentes tubos de semicio en una estructura de bocatoma: tubos de iimpieza, reboses y embocaduras (salidas).

Tubos de limpieza.- Permite el drenaje de la bocatoma de manera que se pueden sacar los sedimentos arraigados, sin perjuicio de ejecutarse el trabajo de mantenimiento. El calibre del tubo FG de limpieza deberia ser de 2" o 3". Los tubos de limpieza deben ser colocados ligeramente dentro del fondo de l a camara y se pueden cerrar con una capsula terminal. Los tubos de limpieza no deberian situarse dentro de paredes de albanileria de menos de 30 cm de ancho (para asegurar suficiente fuerza de adherencia, de manera que se pueda usar una llave inglesa para retirar l a capsula terminal). Cada camara separada y e l recipiente de c2ptacion deben tener s propio tubo de u limpieza. La descarga de los tubos de limpieza debera transportarse a otro lugar (por un canal de desague wperficial) de manera que no cause erosion en la cimentacion de la bocatoma.

k

76-50 C M .

CAPACIDAD DE REBOSE calibre tubo FG

?"

1%"

(LPS).

0.65

n.JDI,

0.U 14 .

2.1 W

",,

1 3 3.0

73

2 '

3"

FIGURA 11-5 DISENO DE REBOSE

Reboses.- Permiten que el exceso de agua sea desviado de manera segura fuera del tanque sin causar erosion. El tamano del rebose se debe seleccionar de manera que pueda pasar la creciente maxima del flujo durante la estacion de Iluvias. El rebose tipico para tanques pequenos es un pequeno tramo de tubo FG colocado dentro de la pared del tanque. La figura 11-5 muestra este arreglo y da algunos caudales maximos que puede manejar cada tubo de acuerdo a su medie da, con inclinacion de 5 cm y 10 cm y si un solo tubo no es suficiente, s puede usar cualquier numero de tubos. El agua de rebose se debe evacuar de l a misma manera que e l caudal del tubo de limpieza. Salidas.- El tubo de la salida es el punto de inicio de la tuberia. El diametro de la salida se puede determinar usando la informacion que se da en el apendice tecnico G, pero no debe ser mas pequeno que el calibre de tubo PAD de acuerdo al diseno en ese punto. El extremo del tubo debera tener una bocatoma con tamiz. S necesita una valvula de compuerta con un tubo de aireacion ubicae da justo aguas abajo. La figura 11-6 muestra e l arreglo del tubo de una salida de tanque tipica.

I

VALVULA COMPUERTA J BRIDA PADIFG

VENTlLAClON PAD 20 MM

ALBANILERIA 'PIEDRA SECA

'ENTI LACION G 112"

NIPLES PEQUENOS-\

FIGURA 11-6 TUBO DE SALIDA TlPlCO

11.8

Valvulas de control y ventiladores

Las valvulas de compuerta se instalaran en cada tubo de salida de manera que sea posible su drenaje para propositos de mantenimiento. Valvula de globo, no son necesarias cuando se va a usar e l flujo total de la fuente. Una valvula de globo se necesita solamente cuando solo se va a usar una porcion del caudal de la fuente (caso que usualmente sucede con una bocatoma de riachuelo). Esta valvula solamente permite e l caudal de diseno dentro de l a tuberia y fuerza al exceso de agua retorne a l a fuente y rebose. Esta valvula se debera ubicar en e l punto de descarga del primer tanque de aguas abajo o en un punto donde, en caso que sea cerrada accidentalmente, no ocasione excesiva de presion repentina en el tubo PAD. Tubos de aireacion, van ubicados justo aguas abajo de una valvula de compuerta. Estas sirven para permitir que e l aire escape de la tuberia a traves de la bocatorna sin burbujear ni interferir con el flujo. Estas tambien permiten que llegue aire dentro de la tuberia cada vez que la valvula de compuerta que queda aguas arriba se cierre, de manera que la tuberia drene (evitando que, el agua dre nada provoque una succion en la tuberia, lo cual puede atraer el agua contaminada del suelo a traves de los intersticios; una ventilacion permite que el aire sea jalado hacia su interior). La ventilacion puede ser o un tubo FG de media pulgada o un tubo PAD de 20 mrn. La boca de ventilacion debera estar a mayor altura que el nivel de rebose del tanque. El extremo de l a ventilacion se debe dirigir e hacia abajo (para evitar que el polvo y la suciedad s asienten dentro de ella y debe tener un tamiz (para evitar que se metan los insectos).

11.9

Techado

El techado en las estructuras de la bocatoma debe ser lo suficientemente seguro para prevenir que la gente curiosa interfiera y debera sellar la fuente contra cualquier otra contaminacion que provenga de la superficie, escorrentia de lluvia, animales de pastoreo. hojas, etc. S requieren accesos para poder limpiar e l a bocatoma y ejecutar trabajos de reparacion; habra una abertura que permita el paso de un hombre y esta sera no menor de 60 x 60 cm2. Los esquemas de techado comun en Nepal son: Techado de pizarra: Puede ser construido por los mismos pobladores, si en la localidad hay pizarra disponible. S necesita buena cantidad de madera para e las vigas y viguetas. Techado de calamina: Son planchas de acero galvanizado corrugado, tamano nominal 3' x lo', medida efectiva 70 cm, x 320 cm. Remitase al .apendice tecnico F.

Techado de losas de concreto: puede ser o de concreto armado (CA) o de ladrillo reforzado (LA). Estos son los techos ideales porque son los que sellan totalmente la bocatoma y duran el lapso de vida del sistema. Sin embargo, estos techos requieren materiales y costos adicionales. Para detalles tecnicos, remitase al capitulo 19.13.

l l . 1 0 Medidas de proteccion

Es importante que, una vez que el agua ha sido recolectada, tiene que ser protegida contra contaminacion ulterior. Por tal razon, deberan tomar medidas que sellen el sistema, lo mas que sea posible, del ambiente externo.

No hay que permitir que la escorrentia superficial de lluvia fluya dentro de la captacion de manantial; por consiguiente, las estructuras de l a bocatoma deberan estar como minimo 30 cm sobre e l nivel del terreno. Toda l a tierra tiene que ser amontonada contra las paredes del tanque para poder asi desviar e l agua y la fuente debe tener una acequia excavada alrededor para drenar su parte alta. El canal tiene que ser profundo y puede alinearse con albanileria de piedra seca. Cada ano, particularmente, justo antes de l a epoca de los monzones, hay que limpiar los escombros acumulados. La captacion de una fuente de manantial se puede techar por encima con losas de concreto y enterrarla luego, para proteccion ulterior. En caso de ser necesario y para estabilizar la tierra alrededor de los trabajos de bocatoma, se pueden construir paredes de retencion de cestones o de mamposteria de piedra seca, especialmente si se prevee que l a erosion va a ser un problema mayor para e l lapso de vida del sistema. Una reforestacion y el sembrado de pasto y arbustos directamente encima de la fuente de manantial ayudara para mantener el caudal proveniente de la fuente (la vegetacion permite que el agua de superficie sea absorbida por el terreno en lugar de desaparecer subitamente como escorrentia de superficie. Esta agua puede ayudar al rendimiento de la fuente). Si fuera necesario, habra, que construir una cerca alrededor de las estructuras, para conservar a distancia los animales de pastoreo, ninos, etc. Estas medidas pueden discutirse con el ingeniero regional DDL. La figura 11-7 muestra una proteccion adecuada para la captacion de un manantial.

r

iTURA\

0 -

ELEVACION

2

SUPERFICIAL

FIGURA 11-7 PROTECCION DE LA CAPACITACION DE UN MANANTIAL

11.11 Fuentes multiples

Algunos sistemas seran en realidad abastecidos por una combinacion de caudales provenientes de dos o mas fuentes (particularmente si las fuentes son manantiales de poco rendimiento). Esta fuente multiple puede manejarse de cualquier manera conveniente, tomando en consideracion las distancias y las ele vaciones entre ellas. Ei caudal que proviene de una fuente alta puede conducirse directamente por medio de tuberia dentro de la fuente que esta mas abajo o cada fuente puede tener su propia tuberia individual que vaya a un tanque de recoleccion Unico o un tanque de sedimentacion. Cada captacion requiere sus propios tubos de rebose y limpieza, pero se puede ubicar una valvula de compuerta en el punto de descarga dentro del tanque de recoleccion. No es necesario que cada captacion tenga su propia camara de asentamiento siempre que el flujo total tenga la oportunidad de asentarse. La figura 11-8 muestra este posible arreglo de captaciones y tanque de recoleccion.

CADA FUENTE TIENE SU PROPIA

I

\IAI

TUBERIA A L TANQUE DE RECOLECCION, LAVADERO Y REBOSE

111 i i A

nc

ALBANI LERIA DE PIEDRA SEC&

1

FIGURA 11-8 FUENTES MULTIPLES-TANQUE DE RECOLECCION Y -

I

11.12 Captaciones de riadiuelos: Diques y cuencos

Esta seccion trata de la construccion de diques totales o parciales atravesando los riachuelos, para fomar un cuenco protegido de agua para la bocatoma de riachuelo. El proposito del cuenco es permitir que el agua tenga una profundidad adecuada sobre la boca de un tubo de bocatoma y permitir que s asiene ten los sedimientos mas pesados (puesto que tos riachuelos turbulentos transportan arena y aun pequenas piedras). En la figura 11-9 se ilustran ambas, una represa total y una parcial. Los conceptos importantes que se deben tener en cuenta al disenar las r e presas, son los siguientes:

-

cuando el agua regresa a s nivel maximo de creciente no debe inundar el u terreno circundante;

el exceso de agua (es decir, el rebose) se puede manejar efectivamente, sin causar erosion ni colapso del dique o riberas del riachuelo;.

se usara probablemente una represa total como puente para humanos y po. siblemente animales, especialmente si esta convenientemente ubicada.

DlRECClOM DEL AFORO

REPRESA PARCIAL

El dique debe construirse de mamposteria asentada con mortero de cemento o con represamiento de sacos de yute rellenos de concreto. Diques de mamposteria de cemento: Solamente s puede construir un die que de mamposteria de cemento cuando el caudal del riachuelo es desviado cornpletamente de la mamposteria fresca. Temporalmente, s pueden hacer diques e de desviacion usando sacos de yute rellenos de arena. En la figura 11-10 se muestran las dimensiones de un buen dique de mamposteria. Los pizarrines de madera del vertedero son moviles, !o cual permite e l drenaje total del cuenco (lo que a su vez, alejara gran parte del lodo acumulado en la vecindad de l a camara de bocatomal. Muros de contencion con yute: Un tipo de dique mas facil de construir es un muro de contencion de sacos de yute rellenos de concreto. Las bolsas se Ile nan con una mezcla bien seca de concreto (1:6:8 cemento; arena: piedra) y s e cierran cosiendolas. Estas pueden colocarse directamente en el agua siempre que no haya una fuente corriente que fluya contra ellas (las bolsas de cemento fresco pueden tener una cara protectora de bolsas llenas de arena corriente, colocadas delante de ellas, o se puede usar un dique de desviacion para que absorba la mayor parte de corrientes fuertes).

IMENCIONES EN CENTIMETROS CANAL DE PIEDRA SECAfMURO PARA REBOSE VEL DE INUNDAClON BASe VERT

ALERO

(CON LISTONES DE MADERA1

CAMARA BOCATOMA VERTEDERO DE INUNDACION

-c-l

k m

MURO ALERO

I P-"-'"

FIGURA 11-10 ' DETALLES DE D I Q U E DE ALBANLLERIA

-N

NIVEL MAXIMO

VERTEDERO DE INUNDACION

LAVADERO

NIVEL DE I U DCO NNII N

TUBOS GI 3" COMO REBOSE!

DE SALIDA FG TUBO FG LAVA. DERO Y CASQU

LLO DE EXTREMC NOTAS: 1. REBOSES=FG de 3" x 150CM Flujo Maximo = 15LPS LAVADEROS =FG de 3" x 200 cm con casquillo de por cada uno extremo 2. Los lwaderos dekran estar ubicados directameni debajo de la bocatoma. 3. Volumen por bose de yuteZ35 litros cada bolsa @ 1 :6:8 cemento: arena: agregado

29 bolsas por 1 m3 de dique.

FIGURA 11-1 1

El material de yute sostiene el concreto en su posicion hasta qlie este se haya consolidado, las bolsas se moldearan a s i mismas apretadamente juntas por accion de su propio peso; de manera que se entrelazan con solidez. A traves de varias capas de bolsas, se pueden introducir verticalmente barras de refuerzo de 10 mm de diametro, de manera de "clavetearlas" juntas El tubo FG se puede fijar facilmente en su sitio conforme las bolsas se van colocando en capas. Puede requerirse varios tubos de lavadero y de rebose (de 3", tubo FG) dependiendo de los caudales de creciente maxima del riachueio. Los tubos de limpieza deben de colocarse en la vecindad del tubo de bocatoma, de manera que e l limo pueda ser lavado fuera cada vez que e l cuenco se drene. La figura 11-11 muestra detalles de este tipo de dique.

Vertederos: Ambos tipos de represas tendran vertederos de emergencia. Estos son puntos bajos a lo largo de la parte superior de l a represa, los cuales rebosaran primero cuando se presenten los caudales de alta creciente. Este rebose quedara confinado a un canal especial, el cual cargara los caudales en exceso afuera para que no causen erosion. Los vertederos deberan tener unos muros-aleros y una cama de mamposteria de piedra seca para que absorban las corrientes de flujo fuerte del agua del rebose. En la figura 11-12 se presenta la capacidad de rebose de vertederos de diferentes profundidades. Por ejemplo, un vertedero de 20 cm de profundidad y 90 cm de largo puede manejar un rebose de mas de 124 LPS.

1

(POR 30 CM DE L)

FIGURA 11-12

DISENO DE VERTEDERO

11.13 Disenos de ejemplo

La figura 11-13 muestra diferentes ejemplos de disenos y estructuras de bocatomas que se han usado con exito para desarrollar fuentes de riachuelo y de manantial en Nepal. Para mas disenos, remitase al "Manual de Entrenamiento Tecnico Ingles" No. 5 publicado por LDDIUNICEFISATA.

DEL ARROYO

iSCAPE ) AIRE E

PERNOS PARA ANCLAR TECHO DE AGC LAVADERO -REBOSE

a

e

C

PERFORADOS MAS REQUIEREN U N TUBO DE REBOSE, UNA BOCATOMA TAMIZADA Y UNO (O

GALERIA DE, INFILTRACION PAD PARA BOCA

FIGURA 11-13 EJEMPLO DE DISENOS DE BOCATOMA

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