SISTEMAS ECONOMICOS DE CAPTACION DE AGUA PARA AUMENTAR SU ABASTECIMIENTO EN TIERRAS ARIDAS.

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1 SISTEMAS ECONOMICOS DE CAPTACION DE AGUA PARA AUMENTAR SU ABASTECIMIENTO EN TIERRAS ARIDAS. Por C. B. Cluff G. R. Dutt UNIVERSIDAD DE ARIZONA Tucson, Arizona Junio 1973 Este estudio se presenta en la Reunión Continental Sobre la Ciencia y el Hombre, en la ciudad de México, del 20 de junio, al 4 de julio de La conferencia la patrocina conjuntamente el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México y la American Association for the Advancement of Science (La Asociación Americana para el Fomento de la Ciencia). RECONOCIMIENTO: el trabajo sobre el cual se basa el presente estudio fue subvencionado con fondos proporcionados por el Estado de Arizona y por el Departamento de Interior de los Estados Unidos de Norte -, américa. Oficina de Investigaciones de Recursos Hidrâulicos, según autorizado bajo el Acta de Investigaciones de Recursos Hidrâulicos de 1964.

2 SISTEMAS ECONOMICOS DE CAPTACION DE AGUA PARA AUMENTAR SU ABASTECIMIENTO EN TIERRAS ARIDAS Po r C. B. Cluff y G. R. Dutt* SINTESIS Las investigaciones sobre sistemas de captación de aguas pluviales conducidas en la Universidad de Arizona durante los últimos diez años han indicado la utilidad económica de cuatro tipos básicos de colectores y tres métodos de almacenamiento. Los tratamientos de captación son: 1. (TC) Tierra Compactada. 2. (TCTS) Tierra Compactada Tratada con Sodio 3. (PCG) Plástico Cubierto con Grava 4. (PACG) Plástico- Asfalto Cubierto con Gravafina Los Métodos de Almacenamiento son: (1). Tanque de depósito forrado con plástico y rellenado con roca. (2). Deposito recubierto de mortero - cemento o de plástico cubierto de tierra con una cubierta flotante de balsas acopladas de poliestireno expandido cubierto con asfalto y Grávafina (APEAG), o una cubierta suspendida de butilo o plastico reforzado. (3). Depósito tratado con sodio con un control de evaporación como en (2). Un sistema de captación de aguas pluviales consite en un área de captación y un depósito de almacenamiento. Cada uno de los sistemas arriba mencionados tiene sus ventajas y desventajas relativas. Ningún sistema en particular ha probado ser superior en todos los sitios. En el presente estudio se incluyen datos y métodos por medio de los cuales se pueden analizar los sitios para determinar cuál de los métodos de captación anteriores es el más indicado. INTRODUCCION Los sistemas de captación de aguas pluviales pueden de finirse como métodos artificiales mediante los cuales la preci- *Hidrólogo Asociado. Centro de Investigaciones de Recursos - Hidráulicos y Profesor de Suelos, Agua e Ingeniería. Universidad de Arizona, respectivamente.

3 2 pitacion puede colectarse y almacenarse hasta que se utilice provechosamente. El sistema consiste en un área colectora que se ha hecho más impermeable que en su estado natural, por medios artificiales. Un colector puede hacerse Mas impermeable utilizando los siguientes métodos: (1) alteración de la superficie del terreno: (2) tratamientos químicos: (3) tratamientos de cementación del suelo y (4) recubrimiento del terreno. En la alteración del terreno, se puede aumentar el escurrimiento de agua mediante: (1) despejamiento y emparejamiento del terreno: (2) conformación; y (3) compactación. Los dos tipos básicos de tratamiento químico son el uso de repelentes de agua, tales como silicones;y dispersantes de arcilla,como sales södicas. Los tratamientos de cementación del suelo incluyen la mezcla de asfalto, cemento, resinas y polimeros con el suelo. Los recubrimientos del suelo que se han utilizado para la construcción de colectores pueden clasificarse como: (1) membranas expuestas incluyendo butilo, plástico y asfalto; (2) membranas cubiertas, generalmente utilizando grava para cubrir la membrana de plastico; (3) plástico recubierto con mortero - cemento reforzado; (4) laminas metálicas; (5) concreto; (6) asfalto reforzado y (7) planchas asfálticas. Se han utilizado varios métodos de almacenamiento con los mencionados sistemas de construcción de colectores. Estos métodos incluyen: (1) tanques de superficie y (2) depósitos forrados. Los tanques de superficie se han construido de: (1) acero; (2) concreto reforzado; (3) depósitos metálicos para grano con forros flexibles; (4) bolsas de butilo; (5) estuco reforzado con alambre; y (6) utilizando carros tanque de ferrocarril y otros tipos de tanques; tanques de deshecho. Los depósitos de almacenamiento excavados son revestidos con varios tipos de membranas mediante tratamientos mecánicos y químicos. Las membranas que se han utilizado incluyen: (1) membranas de caucho butilico y hule; (2) membranas asfálticas reforzadas y no reforzadas; y (4) plástico recubierto con mortero - cemento reforzado. Los tratamientos mecánicos y químicos incluyen: (1) compactación mecánica con o sin el uso de un agente compactante tales como enzimas; (2) dispersantes de arcilla que a veces también se compactan; (3) repelentes de agua; (4) polímeros tales como SS - 13 y (5) bentonita (Boyer y Cluff. 1972). Un aspecto muy importante del almacenaje es el control de evaporación. La evaporación se ha controlado mediante el uso de subtancias químicas tales como alcoholes de cadena larga, la utilización de cubiertas flotantes o suspendidas, membranas de caucho butilico y hule; para tanques pequeños, se emplean rocas hasta llenar el tanque completamente. Hay una variación considerable en el costo, duración y eficiencia de los métodos mencionados para la construcción del area colectora y depósitos.

4 3 Los mencionados sistemas tendrían que evaluarse para cada sitio, a fin de seleccionar el sistema óptimo. En el presente estudio se tratarán en más detalle los sistemas específicos desarrollados y/ o probados en el Centro de Investigaciones de Recursos Hidraulicos de la Universidad de Arizona durante los últimos diez años. En general estos sistemas se - cuentan entre los más económicos de los que se mencionan arriba. Estos sistemas de captación de aguas pluviales fueron desarrollados para: (1) proporcionar una reserva segura de agua para ganado; (2) proveer agua de alta calidad para usos domesticos e industriales; y (3) extender la agricultura hacia tierras que actualmente no son cultivadas debido a la carencia de agua. COLECTORES PARA COSECHA DE AGUAS PLUVIALES PROBADOS EN LA UNIVERSIDAD DE ARIZONA Muchos de los materiales más económicos mencionados en la introducción, han sido probados en el programa de captación de aguas pluviales en la Universidad de Arizona; los materiales mas caros, tales como laminas metálicas, concreto, planchas de asfalto y pavimentos asfälticos, no fueron probados. Los resultados en terrenos pequeños, utilizando membranas de asfalto no reforzado, han mostrado que, aunque éste - método es relativamente barato, no es aconsejable debido al agrietamiento ocasionado por oxidaciön, germinación de plantas y expansión Y encogimiento del subsuelo. Myers et al (1967) han experimentado estas dificultades en sus trabajos con membranas expuestas no reforzadas. Las pruebas a gran escala -- llevadas a cabo en la Universidad de Arizona, basadas en los resultados de las pruebas en pequeños lotes, en la economía y en la experiencia de otros investigadores, han sido limitadas a los siguientes tratamientos: (1) tierra compactada; (2) sodio; (3) plastico cubierto con grava; y (4) colectores de asfalto reforzado cubierto con gravafina. La discusión de estos tratamientos es como sigue: TIERRA COMPACTADA (T C) El, Departamento de Obras Públicas de Australia Occidental inicio en 1948 un programa de construcción de lo que ellos llamaron Colectores Pavimentados (Carder, 1970). La construcción de estos colectores comsistió en desmontar,, conformar y perfilar el terreno, y para controlar la extension y,grado de declive se compactó con la ayuda de aplanadoras neumáticas. Aproximadamente 2,500 colectores pavimentados se han instalado principalmente para abastecer de agua el ganado (Hollick, 1973). Estos colectores tienen un tamaño promedio de aproximadamente dos acres (0.810 hectáreas). También existen 21 colectores pavimentados sumando 1,745 acres (706 has.) y variando en tamaño de 30 a 175 acres (12.1 a 70.8 hectáreas) que actualmente se están utilizando para abastecer agua domestica a pueblos peque - ños en Australia Occidental.

5 4 Esta utilización en gran escala de los colectores de tierra compactada en Australia, corrobora su conveniencia. Un colector de tierra compactada del tamaño de un acre (0.4 has) fue construido en la Primavera de 1970 en la cuenca hidrológica experimental "Atterbury ", localizada cerca de Tucson, Arizona. Se utilizó un diseño similar a los de Australia. Dos drenes de 300 pies (121.9 metros) de longitud, espaciados a 50 pies (15,2 metros) captaban agua de declives de 25 pies (7,6 metros). Los drenes fueron cubiertos con plástico y grava para prevenir la erosión y pérdida de agua. El colector fue conformado por medio de una aplanadora después de una lluvia de media pulgada (1.27 centímetros). El terreno fue luego emparejado usando un rastrillo rotatorio, para rocas, tirado por un tractor (Cluff et al, 1972). Este método de emparejar probó ser excelente. Después de una precipitación subsecuente de media pulgada (1.27 cms.), el terreno se compactó utilizando un rodillo de tambor vibratorio de 26 toneladas (23.6 toneladas métricas). Enseguida también se forraron los drenes. El costo* total del colector fue aproximadamente - US $ ($3, Pesos Mex.) incluyendo sueldos a US $ por hora ($43.75 Pesos Mex.) El costo seria mayor si el sitio - del colector estuviera más alejado, a menos que varios colectores fueran instalados al mismo tiempo. Para colectores más grandes, el costo debe ser menos de US $ por acre, o US $ ($4, Pesos Mex.) por hectárea, dependiendo el costo principalmente del precio de desmontar y conformar. Los costos dei emparejamiento y compactación de un terreno grande serian relativamente bajos. Desde que se hizo la instalación ha habido poca necesidad de mantenimiento. Carder (1970) indicó que el mantenimiento consistiría principalmente en el control de malezas y si se tuviera cuidado de no maltratar la superficie durante la eliminación de la maleza, la superficie de los drenes se mejoraría con el tiempo. Durante el periodo de 18 meses del proyecto, se registró una precipitación total de pulgadas (50.11 cros.). terreno compactado rindió 6.96 pulgadas (17.68 cms.) o 35.3% - de la precipitación total. Esto representó un aumento de 4.86 pulgadas (12.34 cms) arriba del rendimiento de agua de otro terreno de control. La cantidad de precipitación requerida para iniciar un escurrimiento fuê aproximadamente 0.20 pulgadas (0.51 cms.). Suponiendo una vida de 20 años, una tasa de interés de 6% y una eficiencia de 3% en un área de 12 pulgadas (30.48 cms.), de precipitación, el costo del agua captada del terreno compactado sería aproximadamente US $0.18 (2.25 Pesos Mex.) por mil galones, o US $0.048 ($0,60 Pesos Mex.) por metro cubico. El *Todos los presupuestos presentados en este estudio están en U.S. Dlls. y se basan en costos y métodos de construcción de 1972, en Arizona, a menos que se indique lo contratio.

6 5 Este precio no incluye los costos de control de malezas. Económicamente, en escala, este costo se reduciría aún mas en - grandes colectores. Tierra compactada Tratada con Sodio (TCTS) Los resultados de investigaciones anteriores (Kemper y Noonan, 1970) (Cluff et al 1971) indican que cuando se aplican pequeñas cantidades de sodio a la superficie de suelos desrticos, donde hay poca o ninguna vegetación, se causará una gran - reducción en el indice de infiltración. Se ha encontrado, sin -- embargo, que el efecto es temporal. El sodio ocasiona que la arcilla descienda de la superficie. Se han creado cubiertas delgadas y continuas de arcilla en el laboratorio y en el campo mediante el uso de un tratamiento relativamente fuerte de cloruro de sodio. En la Cuenca Hidrológica Experimental de "Atterbury ", se ha visto que estas cubiertas delgadas y continuas de arcilla se hunden en el suelo de migajón arenoso (contenido de arcilla 11 %). Cuando las plaquetas estan cerca de la superficie, tienen un gran efecto en el escurrimiento. Segun van descendiendo las plaquetas en el - perfil del suelo, el efecto se va haciendo insignificante. La aplicación de un tratamiento relativamente ligero de sodio (hasta un 15% de sodio intercambiable en una pulgada de superficie) en un suelo cubierto de pasto no ocasiona un cambio significativo en el indice de infiltración. El mantenimiento de una cubierta de pasto parece ser incompatible en el uso de un tratamiento ligero de cloruro de sodio para aumentar el escurrimiento. Los resultados han indicado que el cloruro de sodio puede usarse para aumentar el escurrimiento cuando el suelo no tiene vegetación. Para mantener un bajo índice de infiltración, puede necesitarse rastreo y emparejamiento periódicos de la superficie del suelo, junto con un nuevo tratamiento de cloruro de sodio. Se puede requerir el rastreo para regresar las arcillas a la superficie. Este metodo de tratamiento requeriría âreas -- de captacion conformadas para minimizar la longitud y grado de declive para que la erosion no sea excesiva. Tal vez el uso más efectivo del cloruro de sodio sea en combinación con el colector de tierra compactada. El sodio no solo hace que el colector sea más impermeable, sino que tambiën es una manera más efectiva para controlar malezas. Como se indica arriba, este es el problema principal de mantenimiento en colectores de tierra compactada. El colector de tierra compactada tratada con sodio (TCTS) ha sido probado en el campo en un sitio de un acre (0.4 hectareas) en el Rancho Experimental "Page ". El colector se preparó en la Primavera de 1971 de la misma manera que el colector TC en la Cuenca Hidrológica Experimental "Atterbury ". Despuës de la conformación se utilizó un azadón

7 6 rotatorio en el terreno para destruir la estructura del suelo. En seguida se aplicaron cinco toneladas de sal granulada utilizando un esparcidor de fertilizantes. La sal granulada fue mezclada con las dos pulgadas superiores del suelo y la superficie fue emparejada utilizando un rastrillo rotatorio para rocas tirado por un tractor. Despuês de una precipitación de cuatro décimos de pulgada (1.01 cros.), se compactó el colector con un rodillo de tambor. El costo total de este colector TCTS fue aproximadamente de: US $ ($5, Pesos Mex.). La economía, en proporción, debe reducir el costo de este colector a menos de US $ por acre o US $ ($10, Pesos Mex.) por hectárea. Este colector fue construido para dos fines. Viñedos y frutales de --- hoja caduca han sido plantados en los drenes. El agua se almacena tanto en el suelo como en un tanque de almacenamiento de 150,000 galones (aproximadamente 600 metros cúbicos) y está disponible para utilizarse durante periodos de sequía. Así es que el colector puede producir tanto alimentos como agua. Este tipo de sistema dual debe ser mas aceptable por el publico en general que las grandes areas de captación que no tienen vegeta - cion. La eficiencia de este sistema, sin tomar en consideración el agua almácanada en el suelo, ha sido mayor que el 50% de la - -- precipitacion total. El colector TCTS "Page" se localiza en un área de precipitación de 16 pulgadas (40.64 cms.). Basado en un periodo de amortización de 25 años y en una tasa de interés de 6 %,- el costo del agua obtenida en este colector es de US $0.16 por mil galones o US $0.042 ($0.525 Pesos Mex.) por metro cúbico; US $9.20 por mil 9alones o US $0,0529 ($0.66 Pesos Mex.) por metro- - cubico en una area de precipitación de 12 pulgadas (30.48 cms.). La economía en proporción debe reducir este costo aún más en colectores de tamaño grande. Los mencionados cálculos de costos no reflejan el valor de las cosechas producidas con el agua almacenada en el suelo. Estos costos son similares a los proporcionados para el colector TC en la cuenca hidrológica experimental "Atterbury Debe señalarse que el colector TC no seria práctico en el Rancho "Page" debido a problemas de pasto y malezas. Plästico Cubierto con Grava (PCG) El uso de plástico expuesto para la captación de aguas no ha tenido éxito (Cluff, 1971) debido a la oxidación inducida por los rayos ultra -violeta, vientos y daños mecánicos. El uso de grava protege el plastico del sol y del viento. Los colectores de plastico cubierto con grava fueron instalados por primera vez en la Universidad de Arizona en diciembre de El plástico de polietileno de seis milésimas de pulgada (0.015 mm.) utilizado en las primeras instalaciones todavía está en excelentes condiciones. Para reducir los costos del colector de plástico cubierto con grava, se desarrollaron dos diferentes tipos de instalaciön automatizada.

8 7 Un tipo de instalación utilizaba un controlador de volumen de grava y al mismo tiempo extiende el plastico que se puede acoplar a la parte trasera de un camión de volteo. Utilizando este rodillo, el plástico podía ser extendido y cubierto en una sola operación (Cluff y colaboradores, 1967). Se puede lograr un método más controlado para la instalación de colectores PCG mediante el uso de un esparcidor de las cubiertas de arcilla continua autopropulsado, modificado en la forma mostrada en la Fig. 1. Cuando no se dispone de equipo especializado para esparcir grava, el colector ha sido instalado a un ritmo de 2,000 pies cuadrados (185.8 metros cuadrados) por hora, utilizando un equipo de carga delantera con una cuadrilla de cinco hombres. En extensas zonas del mundo existe suficiente grava en el perfil superior del suelo para cubrir el plástico. Por ésta razón se desarrolló una máquina que podría extraer la grava del suelo, extender el plástico y cubrirlo con la grava extraída. Se efectuó una investigación intensiva en las pruebas de este tipo de máquinas, que se llamó "Cernidor de Suelo con Extractor de Grava" (CSEG) (Cluff et al, 1971). Se presenta un esquema del CSEG en la Figura 2. En zonas donde no se dispone de un CSEG o para sitios alejados, se puede utilizar mano de obra. La eficiencia de un colector de plástico cubierto con grava, se calcula como sigue: E=100- (P1. n n m - L)/( Sj) L = Cantidad de agua retenida por la cubierta de grava. m = Número total de tempestades que tienen una precipitación total menor que L. n = Número total de tempestades que tienen una precipitación total mayor que L. E = Eficiencia del colector de plástico por un periodo cuando ocurren n +m tempestades. P. = Precipitacion total de la tempestad N- i; cuyo total es mayor que L. S. = Precipitacion total de la tempestad No- j; cuyo total es menor que L.

9 49.'.:,',, 7.,. J,,tiyvnf1'u'ÌJ ILVO AO NMV2s0 AR 03MOtS30 S3NV2r843W 1S73dA0 NOWV11YiSW ö03 830V32ldS diho!0 NOtiV3lj:aGW (GSOd08d VNODISV e0 /.S.IS83nwtl 2131N33 H311V3S321 S33141O538 N31VM

10 o A

11 10 Se ha encontrado que la pérdida L se estabiliza en aproximadamente 0.11 pulgadas (0.28 cros.), en un colector adecuademente construido. En una zona de precipitación similar a la de Tucson, la eficiencia sería aproximadamente 70 %. Se considera que un colector está correctamente construido si el plástico se cubre con grava del tamaño y profundidad minemos que se necesita para proporcionar una cubierta completa que resista la erosion. La figura 3 contiene los resultados de un estudio que indica lo que debe ser esta cubierta minima para diferentes declives (Cluff et al, 1971). Esta figura muestra que en un declive de 10 %, de 100 pies (30,48 mts.) de largo, una cubierta de media pulgada de grava de 3/16 a 3/8 de pulgada (0.48 a 0.95 cms.) resistirá una precipitación con intensidad de 18 pulgadas (45,7 cms.) por hora. En contraste con los colectores TC y TCTS, el colector PCG proporciona agua libre de sedimientos, la principal consideración en abastecimiento doméstico. El costo depende del método de instalación. En general, debe ser aproximadamente US $1, ($12, Pesos Mex.) por acre o US $2, ($30, Pesos Mex.) por hectárea para colectores grándes instalados con una versión mejorada del CSEG utilizando plastico polietileno de diez milesimas de pulgada ( mm.). El uso de grava transportada aumentarla el costo en más de US $1, (18, Pesos Mex.) por acre, ous $3, ($41, Pesos Mex.) por hectárea. La duración de un colector PCG correctamente construido y mantenido es de 25 años. Con una eficiencia de 70% y una tasa de amortización de 6 %, el costo del agua serla de US $0.34 ($4.25 Pesos Mex.) por mil galones, US $0.089 ($1.10 Pesos Mex.) por metro cubico en una zona de precipitación de 12 pulgadas (30.48 cms.). Plástico - Asfalto Cubierto con Grava -fina (PACG) Frasier et al (1970) han desarrollado el colector de asfalto reforzado con fibra de vidrio. Varios de estos colectores han sido probados en el campo en Arizona. El trabajo de la Universidad de Arizona en el ramo de colectores de asfalto reforzado ha girado alrededor de la utilización de plástico, tanto polietileno como polipropileno, como el material de refuerzo. El tratamiento consiste en una primera capa de asfalto emulsificado, seguida por una capa de tela de polietileno o esterado de polipropileno de cuatro milésimas de pulgada ( mm.), lo cual se cubre inmediatamente con una capa final de asfalto emulsificado y gravafina del támaño de 1/8 a 3/16 de pulgada (0.32 a 0.48 cms.). Este colector de Plastico - Asfalto Cubierto con grava fina PACG tiene muchas características buenas. Requiere aproximadamente la tercera parte de la cantidad de grave que el colector PCG. El tratamiento debe funcionar en cualquier tipo de suelo, puesto que el refuerzo de plastico previene el agrietamiento. El tratamiento puede terminarse en una sola operación. No se necesita un tiempo de fraguado durante la construcción. El plastico debe durar por lo menos de 25 a 30 años si el colector se mantiene correctamente.

12 -. W Z Lu sci U t _1CV F._ Q U o F-,, tz D i 0.0- U.Ẇ = 5.0- U GRAVEL DIA. 3/16" - 3/8" GRAVEL DIA. 3/16 " -I /2' PERCENT SLOPE FIGURE 3. CRITICAL FLOW VERSUS SLOPE FOR SELECTED SIZE OF GRAVEL COVER. (KIRKLAND, 1969)

13 12 Un nuevo tratamiento puede hacerse barriendo la grava fina suelta de la superficie y extendiendo una nueva capa protectora de asfalto y grava fina. Basado en la utilización de tratamiento similares en la industria del techado de edificios, un nuevo tratamiento tendria que hacerse probablemente cada 10 o 15 años. Los resultados en terrenos chicos indican que el colector costaría por lo menos el doble del colector PCG, pero tendria una eficiencia de 90 a 95 por ciento. Este tratamiento ha mostrado tanto mérito que se planea probarlo a gran escala. METODOS DE ALMACENAMIENTO DE AGUA COMPATIBLES CON LAS AREAS DE CAPTACION DE AGUA PROBADOS EN LA UNIVERSIDAD DE ARIZONA. Por lo general, las técnicas de almacenamiento de agua probadas en la Universidad do Arizona se han relacionado con el abastecimiento de agua para reserva y consecuentemente han sido de tamaño limitado. El tratamiento básico también seria apropiado para depósitos más grandes, con la posible excepción del tanque rellenado con rocas o de los tanques que utilizan la cubierta suspendida para control de evaporación. Los métodos de control de infiltración y evaporación presentados aquí también pueden usarse en depósitos nuevos o ya existentes que se llenan de agua procedente de otros orígenes. Depósitos Forrados con Plástico y Rellenados de Rocas La construcción de éste tipo de depósitos fue impulsada por la disponibilidad en el mercado de recogedoras mecánicas de rocas, las cuales han hecho mas económica la colección de rocas para depósitos chicos. Aunque las rocas disminuyan la capacidad de almacenaje en más de150 %, al mismo tiempo reducen las pérdidas por evaporación y prácticamente eliminan la posibilidad de daños mecânicos incluyendo vandalismo. Primeramente se excava el depósito y enseguida se empareja la superficie con un rastrillo. Entonces se extienden dos o tres capas de plástico polietileno de diez milésimas de pulgadas ( mm.) y se cubren con llantas de hule viejas. Las llantas se llenan con un material de cubierta de arcilla limosa para reducir la importancia de cual quier perforación que pudiera formarse en el plástico inadvertidamente. Las llantas protejen el forro de plástico mientras se agregan las rocas al depósito. En los Estados Unidos de Norteamérica, se pueden conseguir llantas usadas fácilmente y sin costo. En las zonas donde es dificil obtener llantas usadas, una capa de suelo de 12 a 18 pulgadas (30.48 a cros.), en declives de menos de 1:3 ó una capa reforzada de mortero -cemento, podría usarse en el depósito para proteger el plástico. Se han construido en Arizona tres depósitos rellenados con rocas, utilizando una recogedora de rocas comercial de tambor rotatorio en las zonas

14 13 donde hay suficientes rocas para hacer el sistema económico. El costo depende del sitio y dei método empleado para recoger las rocas ( Cluff et al, 1972). Se construyeron los depósitos a un costo de aproximadamente US $2, ($28, Pesos Mex.) por 25,000 galones, o sea 94.6 metros cúbicos, de almacenamiento neto, gastando US $1, ($20,000 Pesos Mex.) para rellenar el depósito con rocas. Una recogedora de rocas tipo carretes fue probada en la construcción de los mencionados depósitos. Estas pruebas indicaron que el empleo de este tipo de recogedora debe reducir los costos en un 50 %. El depósito rellenado con rocas es compatible con el colector PCG. Las rocas más grades pueden meterse en el depósito y las rocas más pequetias se usan para cubrir el plástico en el colector. Un esquema de un sistema para captación de éste tipo se muestra en la figura 4. Depósitos Forrados con Plástico Recubierto con Concreto o Cubierto con Tierra. Los diversos métodos de control de infiltración se presentaron en la introducción. El forrado con plástico, si se cubre adecuadamente, ofrece un método positivo para controlar la infiltración que compite ventajosamente con otros métodos. Las pruebas han indicado que una capa de suelo limoso o una capa de mortero - cemento reforzado de 3/4 de pulgada (1.90 cros.) con alambrado de gallinero, disminuiría grandemente la pérdida por infiltración a través de perforaciones que pudieran formarce inadvertidamente en el forrado de plástico (Boyer y Cluff, 1972). La capa de mortero reforzado se coloca directamente sobre el plástico y ha probado ser una cubierta efectiva para emplearse en declives pronunciados. Esta capa puede colocarse usando equipo de inyección a presión o puede aplicarse a mano. El costo de este recubrimiento es menor de US $0.20 por pie cuadrado, US $2.15 ($26.88 Pesos Mex.) por metro cuadrado. Para reducir el costo de instalación en depósitos más grandes, se puede emplear el mismo equipo desarrollado, para colocar la grava y plastico en los colectores para esparcir y cubrir con tierra el forrado de plástico del depósito (Cluff, 1968). En depósitos más pequeños del tamaño usado para proporcionar agua al ganado, generalmente la cubierta de tierra se coloca empleando mano de obra. En la figura 5, se muestra un deposito que utiliza una cubierta de tierra en el fondo y mortero reforzado en los lados. La economía y fuerza del plástico cubierto con mortero reforzado lo hacen práctico para construir un bebedero para el ganado, de tipo vado, que está directamente conectado con el deposito. Este diseno evita la necesidad de una válvula flotante, que esta expuesta a mal funcionamiento y vandalismo. El empleo de la cubierta de mortero también hace posible pasar agua directamente del colector al depósito, evitando asi cualquier posiblidad de obstrucción. Para el control de evaporación, se pueden

15 FIGURE 3 WATER RESOURCES RESEARCH CENTER UNIVERSITY OF ARIZONA TITLE PROPOSED MODIFICATION OF CHIP SPREADER FOR INSTALLATION OF PLASTIC MEMBRANES DESIGNED BY DRAWN BY DATE AR.Wf ÌÌ.ß.L //a/,6y i`

16 !WI IRO' GRAVEL COVERED PLASTIC CATCHMENT SCALE: I'= tr l0'-6 SCALE: I"=î' APPROX. I. GRAVEL COVER 6721,2115,artrammey,...: /////7/f/////77//77/, TO MIL. BEACI POLYETHYLENE CATCHMENT DETAIL SUBCRADE ----I- FOUR STRARD DARD WIRE FENCE YS,OOÓ GALLON CAPACITY ROCA EILLED TANA ORIGINAL GRADE e IX " POLYETHYLENE PIPE Ir GRACE ATINSIYB TROUGH WITH FLOAT VALVE IANKCEILLED WITH ROCA GREATER THAN LYS IN DIAMETER 1 ORE LAYER DE USED TIRES COVERD WUG SO!L TWO LAYERS Of TO MIL POLYETHYLENE... '7:-17-r,"777/777,7Y.;;; J7; T1AK DETAIL `WRATH WATER RESOURCES RESEARCH CENTER UNIVERSITY OF ARIZONA TITLE: GRAVE! PLASTIC CATCHMENT WITH RCCX TILTED TAGS DEStORFO DY! BRAN BY (34,,,..

17 A A A A r , i ' X 150. ASPHALT - PLASTIC - CHIP CATCHMENT SCALE I" = 20' i WIRE- REINFORCED CONCRETE- / MORTAR COVERED PLASTIC 6' -t----- I2' --i NOTE: WI'-H AN EFFICIENCY OF 90% TM'S SYSTEM VILL PRODUCE VATER AT RATIO CF 10,000 SA:.LONS PER ONE INCH OF FR: :IPITATION SECTION 8-8 SCALE I 8' FOUR STRAND BARB WIRE FENCE PLAN VIEW 7-FENCE '175 WATER /- SURFACE X24' X 96' EXFANDEO POLY STYRENE COUPLED RAFT 50,000 GALLOP' TANK GATE VALVE. J 777' / i ;"i 1/2" PVC PIPE 24.0' EIIRTH COVERED X_ ß. :2.0'`I -hio, POLYETHLENE SECTION A -A" APPROX SCALE I- = 4 WIRE - REINFORCED CONCRETE - MORTAR COVERED PLASTIC -r- -WATERING TROUGH ORIGINAL GRADE 4 y.,approximately 1/4" ASPHALTCHIP - COVER 4 MIL BLACK POLYETHI ENE. /-,fir /7///'% BONDED TO SUBGRADE WITH EMULSIFIED ASPHALT PLASTIC ON B07TOM COVERED SU9GRAOE -111H 2 EARTH BALLAST DETAIL PLASTIC ON SIDES COVERED WITH I /2" CONCRETE MORTAR REINFORCED WITH 20 SAGE WIRE MESH WITH I" OPENINGS TA 1K AlTAll SUHfiRADE TWO LAYERS OF to MIL POLYETHLENE ASPHALT - PLASTIC- CHIP -CATCHMENT WITH POLYST!RENE COVERED TANK WATER RESOURCES REEF::iì:t CENTEd. UNIVEhSII Y OF AR!:ONA r1i '. "I I,:,.'. 1 t

18 16 emplear balsas acopladas una con otra de Poliestireno- Expandido Cubierto de Asfalto y_ Gravafina APEAG ( "CEPAC ") ( Cluff, 1972). Este sistema, que se probo por primera vez en la Primavera de 1972, es esencialmente 100% efectivo para prevenir pérdidas por evaporación en la superficie que está cubierta. Se pueden acoplar hojas de poliestireno de cualquier tamaño. Las hojas probadas en la Universidad de Arizona han sido generalmente de una pulgada (2.54 cros.) de espesor y de 4x4 pies (1.62 x 1.62 mts.) de tamaño. Estas hojas se recubren con asfalto emulsionado e inmediatamente se cubren con gravafina del tamaño de 1/16 a 1/8 de pulgada (0.16 a 0.32 cm.). Se acoplan las telas utilizando un acoplador confeccionado de dos tramos cortos de tubería ranurada del tipo PVC (Cloruro de Polivinilo) de 1-1/2 pulgadas (3.81 cros.). Un marco exterior al contorno de la balsa hecho de tubería PVC de 1-1/4 pulgadas (3.17 cm.), lleno de agua proporciona un amortiguador protector para las balsas que se han construido de un tamaño hasta de 1,600 pies cuadrados (148.6 metros cuadrados). Estas balsas pueden acoplarse para cubrir una superficie de agua tan grande como se desee. El costo de este sistema es menos de US $0.10 por pie cuadrado, US $1.07 ($13.38 Pesos Mex.) por metro cuadrado. Se recomienda una cubierta suspendida de butilo o plástico reforzado (Cluff et al, 1972) para depósitos más pequeños usados para control doméstico en donde se desee evitar que se introduzcan materias nocivas o para eliminar el crecimiento de algas. Depósitos Tratados con Sodio Cuando hay suficiente arcilla en el suelo y el agua entrante tiene un contenido más alto de sodio que de calcio, el tratamiento mas económico para controlar la infiltración es el del empleo de sal de sodio. El depósito en el Rancho "Page" de 150,000 galones (567.8 metros cúbicos), construido en combinación con el colector tratado con sal, fue sellado en 1971 con cloruro de sodio a razón de 5 toneladas por acre (11.20 toneladas métricas por hectárea). La pérdida por infiltraciön en el depósito parece ser insignificante y, debido a que el agua entrante tiene más sodio que calcio, el sello debe durar indefinidamente. Se controla la evaporación en el Rancho "Page" mediante el empleo de balsas APEAE. DISCUSION Y CONCLUSIONES La Tabla 1 presenta un resumen de los costos y duración estimada de los colectores desarrollados en la Universidad de Arizona. Se debe examinar cada sitio y utilización posible

19 17 del agua para determinar cuál colector y cuál método de almacenamiento serían los mas idöneos. Se limita el uso de Colectores TC y TCTS a zonas donde las condiciones del suelo son favorables. Estos colectores no deben usarse donde el suelo es dificil de compactarse. Las pruebas hasta la fecha han indicado que el contenido de arcilla no debe ser menor de 5% ni mayor de 35 %. En el caso de suelo con un alto contenido de arcilla es importante que tenga más arena que limo. De otra manera, los problemas de erosión no tendrían solucion. El agua procedente de colectores TC o TCTS contiene bastante sedimento. En el caso de Colectores TCTS, éste sedimento es finamente dispersado y se mantendrá en suspensión. A pesar de ser tratado con sal, el agua de un Colector TCTS, tiene menos de 500 partes por millön de salinidad total y puede usarse para muchos fines, incluyendo la agricultura. Aunque el Colector TCTS es más caro, generalmente se prefiere en lugar del Colector TC puesto que el sodio no solo aumenta la eficiencia del colector si no también sirve como un herbicida, lo cual reduce los costos de mantenimiento. Probablemente un depósito tratado con sodio seria el mejor para usarse en combinación con un Colector TC o TCTS. Periódicamente, puede ser necesario tratar de nuevo el deposito si tiene un colector TC. Un area de captación cubierta con plástico y grava debe ser considerada donde la grava es económicamente disponible, y la condición del suelo no es la más adecuada para un área del tipo TC o TCTS o se desea agua libre de sedimentos. Por lo general, se usara un deposito forrado de plástico en combinación con el Colector PCG. Se debe considerar un depósito relleno de rocas para combinarse con un Colector PCG si existe suficiente roca en la zona y si el vandalismo es un problema. De otra manera, se recomienda una cubierta de balsas APEAE para el control de evaroracion, a menos que se quiera utilizar el agua para fines domesticos. En el caso de empleo domestico, se recomendaría una cubierta suspendida. El sistema PACE debe usarse en zonas donde: (1) las condiciones de suelo o grava hacen poco prácticos los Colectores TC, TCTS o PCG y/o (2) la precipitacion pluvial y/o factores de almacenamiento ocasionan la necesidad de una eficiencia de alto porcentaje para mantener un abastecimiento estable de agua. Por lo general, el mismo tipo de sistema de almacenamiento que se usa para el Colector PCG podría usarse para el sistema PACE. Se podria reducir el tamaño del depósito de almacenamiento en razon de la mayor eficiencia del sistema PACE.

20 18 COSTO RELATIVO Y EFICIENCIA DE COLECTORES DESARROLLADOS EN LA UNIVERSIDAD DE ARIZONA, Dic Costo Aprox. Costo Aprox. Durac. Metodos de Captaciön Metro Cuadrado por Hectárea Efic. Est. Tierra Compactada $ U.S. $ U.S. (TC) ( "CE ")* $ Mex. $4,188-7,812 Mex Indef. Tierra Compactada $ U.S. $750-1,250 U.S. (TCTS) Tratada con $ Mex. $9,375-15,625 Mex Indef. Sodio ( "CEST ")* Plástico Cubierto $ U.S. $2,500-6,000 U.S. con Grava (PCG) $ Mex. $21,250-75,000 Mex a ( "GCP ") ** 25 años Plástico- Asfalto Cubierto con Grava fina (PACG) ( "APAC) * ** $ U.S. $6,000-7,250 U.S. Reforzado con Polie- $ Mex. tileno $75,000-90,625 Mex años Reforzado con Poli- $ U.S. $11,000-12,250 U.S. propileno $ Mex. $137, ,125 M años * ** * ** Los precios y eficiencia de los Colectores TC ( "CE ") y TCTS ( "CEST ") dependen principalmente del tipo de suelo y el costo de despejar y conformar el terreno. El mantenimiento consiste en quitar las malezas y hacer nuevas compactaciones según se requieran. Periódicamente, puede requerirse NaC1 adicional antes de la compactaciön para el mantenimiento del Colector TCTS ( "CEST "). La variación en precio del Colector PCG ( "GCP ") depende principalmente del costo de la grava y en menor grado del costo de despejar y conformar el terreno. El costo del plástico polietileno negro de 10 milésimas de pulgada es relativamente estable. El mantenimiento consiste en agregar más grava si es necesario a las partes expuestas del colector. Los precios de los sistemas PACG ( "APAC ") están basados en la proyección de pequeños lotes. Instalaciones más grandes tendrían que hacerse para fijar los precios más precisamente. El mantenimiento consiste en recubrimientos con asfalto y grava - fina cada 10 a 15 años.

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