Universidad Católica de La Santísima Concepción Ingeniería SanitariaDepartamento de Ingeniería Civil Capitulo 1______________________________________________________________________________________________________________

1.-CAPITULO 1

1.1.- INTRODUCCIÓN

Conforme el hombre como especie ha avanzado en el desarrollo de nuevas tecnologías que hacen más fácil su vida, cubriendo más y de mejor manera sus necesidades básicas y creadas, con ello surgen nuevas actividades relacionadas con el uso cotidiano de estas tecnologías y su implementación a sistemas establecidos. Este es el caso de los actualmente llamados servicios básicos como energía eléctrica, teléfono, gas, agua potable y alcantarillado, estos 2 últimos materia de este curso.

En la medida de que se ha logrado tener más conocimiento del entorno y dominio de los elementos, hemos podido darles aplicación en necesidades básicas como lo son la captación, potabilización y distribución del agua, con la posterior recolección, tratamiento y disposición final de las aguas servidas.

Toda persona encargada del diseño, construcción, puesta en marcha y/o mantención de sistemas de agua potable y alcantarillado, debe tener el conocimiento necesario que le permita entender las tecnologías aplicadas en estos procesos de manera de poder desempeñarse en forma apropiada en dichas labores.

Lo anterior hace necesario que un Ingeniero Civil, en sus labores de proyectista, constructor o administrador, tenga sólidos conocimientos de mecánica de fluidos e hidráulica y maneje de manera apropiada la terminología y metodologías de diseño a un nivel apropiado para poder comprender la teoría y criterios de diseño, las etapas del proceso constructivo respectivo y de funcionamiento y mantención posterior, conocimientos que se pretenden entregar con este curso.

Para cumplir con los objetivos de este curso, se dará una visión general del ciclo hidrológico del agua, elemento esencial en la ingeniería sanitaria, de cómo obtener el agua desde la naturaleza, como procesarla para retirar de ella las impurezas, microorganismos, minerales en exceso y transformarla en agua potable, para luego ser almacenada y distribuida a los hogares de los consumidores y a cada artefacto doméstico que la requiera. Posteriormente, y no menos importante, se estudiarán el proceso de recolección de los desechos sanitarios domésticos desde cada artefacto, cada vivienda, cada edificio y localidad completa, como tratarlos para retirar de ellos la mayor cantidad de materias ajenas al agua pura para poder de esa manera devolver al ambiente el agua tomada desde él con la mayor pureza posible de manera de producir el mínimo daño al ambiente y facilitar la posterior obtención de agua en buenas condiciones desde el medioambiente, por parte de otras comunidades pobladas aguas abajo.

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1.2.-CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROLOGÍA

La hidrología se define como “La ciencia natural que estudia el agua, su ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre y bajo ella, sus propiedades químicas y físicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres vivos”. En este tema, existe una rama de la hidrología que es la que estudia el Ingeniero Civil, la cual es comúnmente llamada Ingeniería Hidrológica o Hidrología Aplicada que atañe al diseño y operación de proyectos de ingeniería para el control y aprovechamiento del agua.

La Ingeniería Sanitaria se cruza con la Ingeniería Hidrológica en 2 puntos: La captación del agua y la disposición final de las aguas tratadas en el medio ambiente, por lo que es relevante para el estudio de esta rama de la ingeniería conocer a lo menos algunos conceptos básicos como los que se presentan a continuación.

1.2.1.-El Ciclo del Agua

El estudio del ciclo del agua es un tema propio de la hidrología siendo uno de los aspectos fundamentales y básico de dicha ciencia. Corresponde en términos simplificados al ciclo o recorrido que sigue el agua en el medio ambiente, pasando por sus tres fases y por todos los puntos del ecosistema. En la figura siguiente se muestra un esquema que ilustra el ciclo del agua.

Figura 1 : El Ciclo Hidrológico del Agua.

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Siendo un ciclo, no existe un punto de partida, pudiéndose tomar cualquier punto como inicio. Como situación usual a lo largo de la zona norte y centro sur de Chile, el agua que se encuentra en estado sólido como hielo o nieve en las altas montañas se derrite con el sol en la época estival, fluyendo por la superficie terrestre siendo encauzada en ríos, parte del agua líquida se evapora en su escurrimiento o se infiltra al subsuelo, pasando a ser parte de un sistema de reserva dinámico que se mueve a un ritmo menor, siendo posible que pase desde el suelo al cauce de otros ríos, a lagos o aflorar en puntos bajos de la superficie como manantiales, pudiendo seguir su curso superficial o evaporarse. Las aguas que continúan el flujo superficial pueden descargar en lagos o lagunas, con o sin salida de cauce, o bien ser tributarios de otro cauce de río, en cuyo caso sigue su recorrido hacia puntos más bajos, llegando finalmente al mar. En cualquier parte del camino descrito, además de fluir, el agua puede evaporarse, pasando a formar parte de la atmósfera en forma de humedad ambiental o de nubes cuando su concentración es mayor. Bajo ciertas condiciones de concentración de humedad y temperatura, el agua contenida en las nubes puede condensar en forma de pequeñas gotas o en forma de nieve, la cual precipita por gravedad hacia la tierra, pudiendo caer sobre el mar, lagos, ríos, vegetación o sobre la misma superficie de la tierra, en el mismo proceso de precipitación, parte del agua puede evaporarse y otra parte llegar a destino en la superficie, pudiendo escurrir, almacenarse en forma estacionaria en lagos, o en el follaje, ser infiltrada al subsuelo, ser absorbida por las raíces de la vegetación, ser bebida por los animales y exudada por ellos o las plantas, continuando en forma indefinida en el ciclo, sufriendo transformaciones de estado y ubicación.

1.2.2.-Cuenca Hidrológica

Se define por cuenca hidrológica a un sector de la superficie terrestre que, de ser impermeable y de acuerdo a su geomorfología, encausa en forma natural a toda la precipitación que cae en su superficie, a salir por un único punto.

Lo anterior corresponde a una cuenca superficial, sin embargo, a cada cuenca superficial le corresponde una cuenca subterránea, que es consecuencia del hecho de que los suelos no son impermeables y el agua no sólo puede escurrir por la superficie, sino que también infiltrarse en ella. La cuenca subterránea es una región espacial delimitada por la cuenca superficial, lateralmente por paredes definidas en función de la geomorfología de la corteza e inferiormente por estratos impermeables de suelo.

Se distinguen 2 tipos de cuencas: las Endorreicas, donde el punto de salida es generalmente un lago, donde el agua es almacenada y posteriormente evaporada, y las Exorreicas, donde el punto de salida se encuentra en el perímetro de la cuenca, siendo este el mar o algún otro cauce receptor.

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Ejemplos gráficos de cuencas se muestran en los siguientes esquemas:

Figura 2: Tipos de Cuencas

Una cuenca exorreica tiene un único cauce principal, y es aquel que llega a la salida de ella y tiene la mayor longitud, el resto son cauces tributarios. Las cuencas endorreicas sólo tienen cauces tributarios, ya que muchos cauces pueden llegar al lago o punto de salida.

La línea imaginaria que divide la cuenca y la separa de otras cuencas vecinas se denomina parteaguas y está dado por los puntos más altos. El área de la cuenca es la superficie de la proyección horizontal de ella, encerrada por la línea parteagua.

Las componentes de una cuenca descritas anteriormente se muestran en la siguiente figura.

Figura 3: Elementos de una Cuenca

1.2.3.-Cauces Superficiales

Son comúnmente conocidos como ríos, riachuelos, arroyos o canales, pueden conducir grandes caudales de agua en forma superficial y permiten una fácil obtención de agua dulce.

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Son la fuente más común de obtención de agua dulce para consumo humano y de disposición final de las aguas servidas ya sea tratadas o no.

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1.2.3.1.-Lagos y Lagunas

Son reservorios naturales o artificiales de agua dulce que aprovechan la geomorfología superficial de la tierra para captar agua en sectores bajos confinados, pudiendo ser esta infiltrada al subsuelo, evaporada desde su superficie o utilizada por comunidades urbanas ubicadas en sus cercanías. Cumplen la función de reservorios naturales de agua pues se llenan por las precipitaciones caídas directamente sobre él o por los cauces afluentes, principalmente en época de invierno y permiten la utilización del agua en época de verano cuando las precipitaciones son menores o incluso nulas.

1.2.3.2.-Aguas Subterráneas

Son aguas que se encuentran localizadas bajo la superficie terrestre, ya sea en las porosidades de los suelos o en ríos o bolsones subterráneos ubicados en formaciones rocosas subterráneas.

Cuando se trata de agua depositada en las cavidades vacías del suelo, y dependiendo de la clasificación de éste, su ciclo puede ser muy lento y por lo tanto la obtención de agua a partir de éste puede ser poco eficiente.

1.2.3.3.-Mares y Océanos

Son los grandes contenedores de la mayor parte del agua del planeta, esta agua no es dulce y por tanto no es aprovechable para consumo humano o para la mayoría de los procesos industriales, sin un costoso proceso de desalinización, sin embargo, son la más grande fuente generadora de nubes por evaporación, etapa fundamental en el ciclo del agua y por lo tanto, de generación de agua dulce.

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