Abastecimiento de Agua y Alcantarillado Libro (1)

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

Docente: Ing. Loli Silva, Marco Antonio UU NN AA SS AA MM FF II CC AAlluummnnoo:: MMiigguueell CChhvv eezz RReeyyeess 1

CAPITULO I:

GENERALIDADES

1.1 DEFINICIONES

1. Abastecimiento de Agua y Alcantarillado: Es un curso de diseo que trata sobre los Sistemas de abastecimiento de Agua Potable y Evacuacin de Aguas Residuales (servidas), empleando fundamentos bsicos de hidrulica; del Reglamento Nacional de Edificaciones; las Normas del Ministerio de Salud en cuanto a Saneamiento Bsico y las recomendaciones de la OMS (Organizacin Mundial de la Salud) y el CEPIS (Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria).

2. Agua Potable: La palabra se deriva de la voz latina POTABILIS, que significa que se puede beber.

Para que el sea potable debe ser limpia, incolora, sin partculas en suspensin, sin olor alguno fresca y bien aireada; debe carecer tambin de Nitritos, Nitratos, Sulfuros, materias orgnicas, amoniaco y sobre todo no debe poseer algas blancas, infusorios y bacterias patgenas. Estos deben detectarse en los anlisis Fsico Qumico y bacteriolgicos.

3. Objetivos del Curso: Lograr el diseo adecuado de un sistema de Agua Potable y Desage y con ello:

- Proporcionar el agua en cantidades suficientes. - Reducir las enfermedades y epidemias.

- Mejorar las condiciones ambientales.

1.2 ACTIVIDADES Y RESPONSABILIDADES DE SANEAMIENTO: El fin principal es el de brindar a una poblacin cualquiera, agua en ptimas condiciones, as como tambin evacuar adecuadamente los desages o aguas servidas:

Corresponde a Saneamiento bsico: 1. Disear adecuadamente el sistema de Abastecimiento de Agua Potable, eligiendo buena fuente y ubicando

correctamente las diversas estructuras que forman parte del mismo.

Ejemplo:

Captacin Desarenador

Vlvula de Aire

CRP Planta de Tratamiento

Vlvula de Purga

Caseta de Vlvulas

Lnea de Conduccin

Red de distribucin

Lnea de Aduccin

Reservorio



2. Disear la evacuacin de Aguas servidas de acuerdo a las Normas Vigentes y considerar la evacuacin final

previo tratamiento.

3. Garantizar el agua en calidad, volmenes suficientes a una poblacin especfica y de este modo reducir las

enfermedades y epidemias que se propagan a travs del agua, esto implica garantizar la operacin y mantenimiento permanente de todo el sistema.

4. Impulsar el mejoramiento de las condiciones ambientales, estimulando el desarrollo comercial de la zona

servida ya que el agua es el principal componente generador de vida.

P.T

c.s. c.s. c.s.

c.p. c.p. c.p. I

I E E P.T.



CAPITULO II:

DATOS BSICOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Antes de disear un sistema se requiere la siguiente informacin bsica.

2.1 INFORMACIN BSICA PARA FORMULAR UN PROYECTO Se necesita conocer:

- Caractersticas Generales. - Caractersticas Complementarias. - Evaluacin del Sistema Actual de Abastecimiento.

2.1.1. Caractersticas Generales:

Son datos e informacin sobre las caractersticas geogrficas de la poblacin: a) Ubicacin:

- Geogrfica en Coordenadas UTM - Poltica - Localidad - Distrito - Provincia - Departamento - Regin

b) Altura sobre el Nivel del Mar. c) Clima, tipo de suelos, topografa. d) Vas de acceso y comunicacin. e) Aspecto socio econmico. f) Aspectos urbansticos, incluidos el N de viviendas existentes. g) Inters de la poblacin de contar con la obra.

2.1.2. Caractersticas Complementarias:

a) Eleccin de la fuente de Abastecimiento: Debe cumplir con tener la cantidad suficiente y ser de buena calidad (Anlisis Fsico Qumico y bacteriolgico), las posibles fuentes pueden ser: manantiales, canales, ro y lagos, pozos, etc.

b) Zonificacin, identificar de acuerdo a los planos reguladores. c) Tipos de pavimentos. d) Precio de los terrenos donde se construir las estructuras, hidrulicas o donacin de los mismos. e) Disponibilidad de energa elctrica. f) Mano de obra, costos de mano de obra. g) Costo de materiales de construccin. h) Transporte de materiales de obra. i) Facilidades contra incendios. j) Industrias existentes. k) Ubicacin posible de estructuras del sistema. l) Frecuencia e intensidad de lluvias. m) Caractersticas del Agua del Sub-Suelo.

2.1.3. Evaluacin de un Sistema en Funcionamiento:

a) Verificar el plano de Ubicacin, dimensionamiento y caractersticas de las diversas partes del sistema.

b) Verificar el diagrama de presiones de la Red. c) Evaluar la cantidad y calidad de la fuente de abastecimiento. d) Evaluar la eficiencia de la Planta de Tratamiento (Debe tener un Manual de Operacin y

Mantenimiento). e) Evaluar el sistema de bombeo. f) Evaluar las variaciones horarias y diarias del consumo. g) N de conexiones domiciliaras, Agua y Desage, tipo comercial y domstico. h) Tarifas. i) Evaluar tratamiento de desages. j) Tipo de administracin y capacidad operativa.



2.2 DATOS BSICOS DE DISEO.

2.2.1. Periodo de Diseo: Es toda la vida til del proyecto, desde que se inicia el servicio hasta que deje de funcionar.

Para el Agua Potable es Recomendable: - 15 25 aos cuando 2,000 < Pob. < 20,000 Habitantes - 10 20 aos cuando Pob. > 20,000 Habitantes - 20 30 aos cuando Pob. < 2,000 Habitantes

Tambin el periodo de diseo puede calcularse por la siguiente frmula:

i

dX

12.1

0

16.2

EJEMPLO 2.1 Para una obra determinada se han determinado los siguientes valores y el costo de cada partida, se pide calcular la vida til de todo el sistema.

OBRA d (1)

i (2)

Costo $ (3)

- Captacin - Lnea de conduccin. - Planta de tratamiento - Reservorio - Redes de distribucin.

0.26 0.22 0.42 0.38 0.33

0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

16,380 21,319 36,918 22,000 76,000

$. Total: 172,617

Solucin: Como

i

dX

12.1

0

16.2

OBRA Costo (3)

% Costo (4)

X (5)

Ponderado (6)=(4)*(5)

- Captacin - Lnea de conduccin. - Planta de tratamiento - Reservorio - Redes de distribucin.

16,380 21,319 36,918 22,000 76,000

09.49 12.35 21.39 12.74 44.03

18.60 19.70 14.10 15.20 16.60

1.77 2.43 3.02 1.94 7.31

Vida til = = 16.47 Vida til de 16 aos. Tambin los periodos de diseos, dependen de: vida til de las obras y/o equipo

- Tub (FG, HDPE, PVC, etc). - Equipos de bombeo. - Obras de construccin civil.

Periodo de amortizacin del capital invertido. Dificultad de amplificacin del servicio, las captaciones de agua deben tener > vida util que los

reservorios, tuberas, etc.

Ritmo de crecimiento de la poblacin.

2.2.2. Consumo, Dotacin y Variedades en Consumo:

Consumo.- Es determinada cantidad de agua que se asigna a cualquier uso. El consumo va a depender directamente de : - Clima. - Nivel de vida de la poblacin. - Costumbres. - Calidad de Agua suministrada. - Presiones disponibles, etc. TIPOS DE CONSUMO.- Pueden ser: - Consumo de uso pblico. - Consumo de uso comercial. - Consumo de uso industrial. - Consumo de uso domstico. - Consumo de uso especial (Estacin de ferrocarriles, etc.).

X0 = Periodo de diseo econmico ptimo en aos.

d = Factor de escala.

i = Costo de oportunidad del capital.



Consumo de Uso Pblico: Es aquel que considera, riego de jardines pblicos, limpieza de calles y alcantarillado, limpieza de monumentos, etc. Consumo de Uso Comercial e Industrial: Es la cantidad de agua que se asigna a un comercio e industria y vara de acuerdo al tamao del mismo. Consumo Domstico: Es la cantidad de agua destinada a la bebida, preparacin de alimentos, limpieza personal y otros, lavado de ropa, riego de jardines, etc. El consumo domstico se asigna por las Normas y Costumbres y se da por persona, por da y se llama Dotacin. El clculo de la DOTACIN, se realiza dividiendo el consumo anual total de agua de una determinada poblacin entre 365 das y entre el N de personas, obtenindose de este modo el consumo unitario en Lit/Hab/Da. El Ministerio de Vivienda y Construccin, asign dotaciones en funcin al clima y a los habitantes: Para Zonas Rurales: 1) Para Pob. < 500 Hab. 60 a 80 Lt/hab/da. 2) para 500 < Pob. < 1000 80 a 100 Lt/hab/da. 3) Para 1000 < Pob. < 2000 100 a 110 Lt/hab/da. Para Zonas Urbanas: Clima Fro Clima Templado 1) Para Pob. > 2 000 Hab. 120 150 2) 10 000 < Pob. < 50 000 150 200 3) Pob. > 50,000 200 250

VARIACIONES DE CONSUMO.- El consumo puede ser medido en forma horaria, diaria, mensual, etc, tiene mayor importancia la medicin horaria y diaria. Variacin diaria: Esta referido al coeficiente de variacin diaria K1 y es un factor del caudal promedio anual QP. Sirve para disear la lnea de conduccin, plantas de tratamiento, reservorio, etc.

ao. mismo al relativo diario medio Consumo deVolumen

ao.un en Registrado consumo Mximo de da delVolumen 1 K

Por lo general se recomienda K1 = 1.30

Con K1 obtenido: Qmd = K1 QP 1.2 < K1 < 1.5 Donde:

Qmd = caudal Mximo diario. QP = Caudal Promedio. K1 = Coeficiente de Variacin diario.

Variacin Horaria: Es el factor que sirve para disear la lnea de aduccin, red de distribucin, reservorio y otros de un sistema de agua potable.

da. del Horario Medio Consumo deVolumen

da.un en Consumo Mximo de Hora la deVolumen 2 K

Da de max. Consumo

Consumo Promedio

Anual

Volumen

Das

365



K2 = se puede calcular diariamente o anualmente.

1.8 < K2 < 2.5 Por lo general se recomienda: K = 1.8 2.0 para Pob. < 2 000 Hab. Tambin :

Qmh = K2 QP Donde:

Qmh = Caudal Mximo horario. K2 = Coeficiente de Variacin horaria. QP = Caudal Promedio.

Coeficiente de Refuerzo : K = K1 x K2 Es un coeficiente que se aplica al caudal promedio para aumentar el factor de seguridad en el diseo.

Qmm = K1 K2 QP Donde:

Qmm = Caudal mximo Maximorum K = Coeficiente de Refuerzo. QP = Caudal Promedio.

2.3 ESTUDIO DE DEMANDAS Se han identificado dos tipos de demandas adicionales al consumo normal:

- Contra Incendios. - Industrial. Demanda contra Incendios :

En casos de incendios la demanda de agua depende de la potencia de las instalaciones extintoras que sean precisas, generalmente estn en funcin a la poblacin:

Habitantes Especificacin Pob. < 10,000 No se considera demandas contra incendio, salvo en casos especiales debidamente

justificado. 10,000 < Pob. < 100,000 Se debe considerar un incendio como mximo en cualquier punto de la red. Pob. > 100,000 Debe considerar la ocurrencia de dos incendios simultneos, como en zona residencial

y otro en la zona comercial e industrial. Demanda Industrial: La demanda industrial se calcula por predio, de acuerdo al tipo de industria y tamao del mismo, segn el RNE. Contribucin al Sistema de Alcantarillado:

Generalmente se considera como contribucin a los sistemas de alcantarillado al 80% del consumo de Agua Potable. Tambin contribuirn por concepto de infiltracin en funcin de los terrenos saturados de los niveles freti cos, la sensibilidad suelo y la clase de tubera a emplearse.

En caso de tenerse un sistema de alcantarillado mixto, se debe considerar la contribucin de las aguas pluviales.

Hora y Volumen mximo consumo

Consumo Promedio

Horario

Volumen

Hora

6 12 18 24



2.4 ESTUDIO DE POBLACIN

El estudio de la poblacin a beneficiar en un proyecto de Agua Potable es muy importante, pues nos sirve para calcular el caudal que requiera la poblacin futura. La poblacin futura depender del periodo de vida til del proyecto y para su clculo existen mtodos matemticos y mtodos grficos. A) Mtodo Comparativo:

Consiste en calcular la poblacin de una ciudad con respecto a otros que tengan las mismas caractersticas y es un procedimiento grfico.

B) Mtodo Racional: Se basa principalmente en estudios socioeconmicos de la poblacin, toman en cuenta el vegetativo que es en funcin de las defunciones, inmigraciones, emigraciones y poblacin flotante.

P = (N + I) (D + E) + Pf Donde:

P = Poblacin a Calcular. N = Cantidad de Nacimientos. D = Cantidad de Defunciones. I = Inmigraciones, cantidad de personas que se han trasladado a vivir a la regin estudiada. E = Emigraciones, cantidad de personas que dejan de residir en la regin estudiada, trasladndose a otra

regin distinta. Pf = Poblacin flotante o temporal, cantidad de personas que no residen en la regin estudiada pero que ocasionalmente habitan en esta.

C) Mtodos Analticos :

Supone que la poblacin de un lugar dado, se puede ajustar a una curva matemtica, entre estos tenemos: - Mtodo Aritmtico, de inters simple. - Mtodo Geomtrico o de inters compuesto. - Mtodo de incrementos variables, mtodo de la parbola de 2do grado. - Mtodo de la curva Normal Logstica o Brasilera o Mtodo de Saturacin.

MTODO ARITMTICO Se asume que el crecimiento de la poblacin vara linealmente.

trPP af

Donde:

Pf = Poblacin Futura. Pa = Poblacin Actual o del ltimo censo r = Razn de crecimiento promedio. t = Tiempo entre Pf y Pa

EJEMPLO 2.2

Para los datos mostrados de ltimos censos de una poblacin X, calcular la poblacin futura para una vida til de 10 aos y 20 aos.

Censos Poblacin 1959 9970 1965 11986 1973 15300 1984 26703 1993 33840

Solucin:

Ao Censo Hab. Variacin Tiempo r = Variacin/t

1959 1965 1973 1984 1993

9970 11986 15300 20703 33840

2016 3314

11403 7137

6 8 11 9

336.00 414.25

1036.64 793.00

.97.6444

79364.103025.414336aoHabr

.#,

1

1

rdenn

rr

tt

PPr

ii

ii



Pf = Pa + r t = 33840 + 644.97 (t) t = 2022 1993 = 29 aos.

52544)2022( fP Habitantes

MTODO DE INTERS SIMPLE

Es el ms usado por los diseadores. Y es el mtodo recomendado por el INEI

)1( trPP af

Pf = Poblacin Futura. Pa = Poblacin Actual.

t = Intervalo de tiempo entre P f y Pa

iiiii

ttP

PPr

1

1 = Razn de crecimiento,

erresN

rr

EJEMPLO 2.3 Con los mismos datos del ejemplo anterior, calcular las Poblacin Del ao 2022 y 2032

Ao Censo Hab. Variacin 1959 1965 1973 1984 1993

9970 11986 15300 20703 33840

r1 = 0.034 r2 = 0.035 r3 = 0.032 r4 = 0.071

Pf = 33840 (1 + 0.043*29) Pf 2022 = 76 038 habitantes Si estamos en el 2012 y diseo para dentro de 20 aos: t= (2012+20)-1993=2032-1993=39 aos

Pf = 33840 (1 + 0.043*39) Pf 2022 = 90 590 habitantes Por lo general cuando no se tienen datos estadsticos de ltimos censos el INEI, proporciona valores de r

Pf = Pa (1 + r t), r en y t = 20 aos. MTODO GEOMTRICO O DE INTERS COMPUESTO

Por lo general se emplea en poblaciones que estn en su iniciacin o en saturacin y sus resultados son

bastante conservadores.

0)1(tt

af rPP

Pa = Poblacin actual o inicial. t = Tiempo en el que se calcula la poblacin. to = Tiempo inicial.

r = Factor de cambio de la poblacin.

nttttttttttt rrrrrrr1

21.....

1

4321 ....**...****21

43214321

n = N de ts n = N de rs

EJEMPLO 2.4

De clculo con los mismos datos del ejemplo anterior. ?? 20322022 ff PyP

Ao Censal Pob. t r 1959 1965 1973 1984 1993

9970 11986 15300 20703 33840

6 8

11 9

0.031 0.031 0.028 0.056

aostt o 2919932022

Pf = 33840 (1 + 0.0351)29 = 92 027 habitantes

Habitantes 939 129

39199320322012,20

2032

f

o

P

aosttelendiseaseaosPdSi

11 1 ii tt

i

i

P

Pr

Si diseo el ao 2012 Para un Periodo diseo=20aos tf=2012+20=2032

habitantes 994 58

3919932032

?

2032

f

f

P

aost

P

034.0)19591965(9970

9970119861

r

t = 2022 1993=29 aos

r = 0.043

0351.0

)056.0*028.0*031.0*031.0( 341

91186

r

r



MTODO LOS INCREMENTOS VARIABLES

)(2

)1()( 21 P

mmPmPP af

Pf = Poblacin Futura. Pa = Poblacin Del ultimo dato. m = # de intervalos entre Pf y Pa expresado en dcadas. Para aplicar este mtodo se debe cumplir: - Tener cuatro datos de censos consecutivos. - La diferencia entre aos de los censos debe ser un nmero de dcadas constante.

EJEMPLO 2.5 Halla la Poblacin del 2020.

310

19902020

m

Habitantes 655653*2

)13(3473*34819

)2020(

fP

MTODO DE PARBOLA DE SEGUNDO GRADO

Se calcula solamente con tres datos censales y generalmente se emplea cuando los periodos de censos son

muy separados. 2CXBXAPf

Pf = Poblacin Futura. X = Diferencia de aos entre Pf y ao del censo. A, B y C = Constantes. EJEMPLO 2.6 Hallar la poblacin del 2020.

Ao Pob. 1960 1970 1980 1990

3400 3796 4317 4819

Resolviendo 1 y 2 A = 3796 B = 53.05 C = - 0.095 Pf = 3796 + 53.05 X - 0.095X

2 , X = 2020 1970 = 50 aos

Para el ao 2020 Pf = 3796 + 53.05 (50) 0.095 (50)2

Habitantes 6211fP

Ao Pob. 1P 2P 1960 1970 1980 1990

3400 3796 4317 4819

396 521 502

125 -19

532

19125

4733

502521396

2

1

P

P

T = X = 0 3796 = A + B(0) + C(0)2 A = 3796

T = X = 10 4317 = A + B(10) + C(10)2 1

T = X = 20 4819 = A + B(20) + C(20)2 2



MTODO LOGSTICO BRASILERO Se debe tener como dato 3 puntos equidistantes y en poblaciones que estn cerca del periodo de saturacin.

Este mtodo para poblaciones mayores a 100,000 habitantes.

bta

Sf

e

PP

1

Ps = Poblacin de Saturacin. Pf = Poblacin futura. a y b = Constantes.

2

120

20

2

12102

PPP

PPPPPPPS

Condiciones a cumplir:

P0 Pob. en T0 T = 0 P1 Pob. en T1 T1 = d P0 P2 < P1

2 P2 Pob. en T2 T2 = 2d P0 + P2 < 2 P1 EJEMPLO 2.7 Pf(2 020) = ?

1973 120 000 P0 1983 198 000 P1 1993 272 000 P2 Primero verificamos si cumple las condiciones siguientes:

P0 P2 < P1 120 000*272 000 < 198 0002 OK!

P0 + P2 < 2 P1 120 000 + 272 000 < 2(198 000) OK!

2

120

20

2

12102

PPP

PPPPPPPS

Reemplazando datos Ps = 372 110 Habitantes

742.01120000

372100

Lna

7.410

19732020

d

01

101

PPP

PPPLn

db

S

S

120000372110198000

19800037211012000

7.4

1Lnb

b = -0.185 t =2020-1973=47 aos.

tba

sf

e

PP

*1

47*)185.0(742.01

372110

e

Pf , Pf = 371 981 habitantes

Tiempo

Pob.

P1Sat.

0

0

P

PPLna S

01

101

PPP

PPPLn

db

S

S



2.5 CAUDALES DE DISEO 2.5.1. Calculo de Caudales de Diseo Son aquellos caudales que intervienen directamente en el diseo de las diferentes partes de un proyecto de abastecimiento de Agua Potable, bsicamente son:

- Caudal promedio = QP - Caudal mximo diario = Qmd - Caudal mximo horario = Qmh

Qmd y Qmh se calculan a partir de QP

DxPQ fP

diahablten percpitaDotacin

futuraPoblacion

D

Pf

PQ resulta en lt/da, pero debe expresar en lt/seg, 1 da = 86 400 seg.

SegLtDxP

Qf

P400 86

Pmd QKQ 1 DiariaVaracion de eCoeficient1 K

Pmh QKQ 2 horariaVaracion de eCoeficient2 K

Qmd se usa para disear la L.C. y todas las estructuras que se encuentran en l. Qmh se usa para disear todas las estructuras y tuberas aguas abajo del reservorio. Qf Caudal de la fuente.



CAPITULO III:

OBRAS DE CAPTACIN

3.1 TIPOS DE FUENTES DE ABASTECIMIENTO Existen diversos tipos de abastecimiento y pueden ser: 1) Aguas Superficiales.

- Ros. - Lagos, lagunas. - Embalses.

2) Aguas Subterrneas. - Manantiales. - Pozos. - Galeras filtrantes.

3) Aguas Atmosfricas. - Granizo. - Lluvias, etc.

3.2 CAPTACIN DE AGUAS SUPERFICIALES Captacin de Aguas de Ros. Se debe tener en cuenta lo siguiente:

- Realizar un riguroso anlisis de la composicin Qumica del Agua. - Volumen disponible o caudal del curso de Agua. - Seleccin del punto o lugar de captacin o de la toma. - Construccin de la toma o de las obras de cabecera.

Caudal del curso del Agua:

Para el diseo debe comprobar siempre que el caudal de la fuente debe ser mayor al Qmd, y Qfuente debe ser el caudal de estiaje.

Seleccin del Lugar de Captacin:

- Siempre se debe ubicar aguas arriba de la poblacin beneficiara de tal forma que la conduccin sea por gravedad, si fuera aguas abajo se requerira equipo de bombeo.

- Se debe ubicar en zonas donde el cause sea inalterable o se debe estudiar la posibilidad de fijarlo por medio de obras de encauzamiento.

Clases de Toma o Bocatoma:

Pueden darse los siguientes sistemas de captacin practicas. 1) Toma a la orilla de un ro:

Para Ros de Aguas Normales.

Concreto f'c210 kg/cm2

Aguas Mximas

Estiaje

Aguas Ordinarias

Aguas de

Estiaje

Malla Fina

Grava Seleccionada Ros de Aguas limpias

Rieles

A Lnea de Conduccin



2) Toma en el Lecho de un Ro: 3) Captacin Tpica

Buzn de Inspeccin

Vlvula de Control



Captacin de las Aguas de Lagos:

Caractersticas de las aguas: - por lo general son de composicin qumica mas uniforme que la de los ros. - Por lo general son bastante limpias debido a que las sustancias ms dainas que puede contener el agua son

las bacterias patgenas y estas se encuentran en suspensin, entonces en los lagos mediante la sedimentacin natural se purifiquen.

Obras de Toma:

En los lagos deben ubicarse lo ms alejado en lo posible de los lugares donde descargan los ros. Las obras de captacin pueden ser visibles o sumergidas. La captacin de los lagos es poco frecuente, debido a que se encuentran muy alejados de las zonas pobladas.

3.3 CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS Lo constituyen: - Manantiales. - Galeras filtrantes. - Pozo fretico artesiano, etc. Manantiales: Son aquellos que por condiciones de la naturaleza el agua emana o aflora a la superficie terrestre. Existen manantiales de laderas, manantiales de fondo. Manantiales de Ladera.- Afloran por gravedad. Se puede definir un manantial como un lugar donde se produce un afloramiento natural de agua subterrnea. El agua del manantial fluye por lo general a travs de una formacin de estratos con grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, stos bloquean el flujo subterrneo del agua que aflore a la superficie. El agua del manantial es pura, por lo general, se la puede usar sin tratamiento, a condicin de que el manantial est adecuadamente protegido con una estructura que impida la contaminacin del agua. Se debe asegurar que el agua provenga realmente de un acufero y que no se trate de un arroyo que se ha sumergido a corta distancia. En el pas, el Ministerio de Salud, clasifica los manantiales por su ubicacin y su afloramiento. De acue rdo a lo primero, pueden ser de ladera o de fondo, y de acuerdo a los segundo, de afloramiento concentrado o difuso. Los manantiales generalmente se localizan en las laderas de las colinas y los valles ribereos. En los de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie. Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un rea pequea, es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un rea mayor, es un manantial difuso, tal como puede apreciarse en la figura.



Manantiales de Fondo.- Son producidos por a presin de un estrato acufero aprisionado, el agua aflora en condiciones anlogas a la de un pozo artesiano. Captacin Tpica de un Manantial de Ladera:

Captacin de Galeras Filtrantes: Vienen a ser zanjas de conductos perforados (porosos) colocados a travs de un estrato acufero, de tal forma que el agua ingrese por un lado de la zanja.

GRAVA SELECCIONADA

Caja de Reunin



Pozos: Pueden ser: - Fretico. - Artesiano.

Pozo Fretico Son aquellos que penetran hasta las aguas freticas y para su extraccin requieren bombeo. Pozo Artesiano Son los pozos freticos en los cuales el agua se encuentra confinada por estratos de baja permeabilidad, haciendo de este modo que se comporten como tuberas.

En la mayora de los pozos la captacin se lleva a cabo a travs de sistema de bombeo, que consiste en

instalar bombas con la finalidad de extraer el agua. El comportamiento de los niveles de agua en los pozos se estudia al detalle en la Hidrulica de Pozos.

3.4 CAPTACIN DE AGUAS ATMOSFRICAS Se refiere exclusivamente a las aguas de las lluvias y su empleo es muy restringido debido a que las lluvias son no constantes y su uso se da cuando no es posible contar con una mejor fuente de abastecimiento. Una aplicacin prctica se da en la ciudad de Iquitos, en la cual los techos reciben el agua, se conducen a travs de una tubera a reservorios de apreciable capacidad.

Acufero Artesiano

Estrato Confinante

Pozo en el Nivel Fretico

Pozo Artesiano

No Surgente

Superficie de Terreno

Nivel

Piezomtrico Pozo Artesiano

Surgente

Pozo en el Nivel

Fretico

N.F.



Se coloca la llave by-pass para eliminar el agua de la primera lluvia, que arrastra una gran cantidad de

sustancias nocivas que se encuentran en los tejados. La vlvula se abre durante el tiempo que haya seguridad de que el agua que ingresa al reservorio sea limpia. En caso que los reservorios sean cerrados deben tener tuberas de ventilacin. El agua de las lluvias puede ser tratado mediante filtros sencillos que estn constituidos por una caja de arena de unos 0.45 m de espesor colocada sobre otra de cascajo o grava de 0.30 m.

El agua de las lluvias es muy blanda y por consiguiente muy ventajosa para la preparacin de alimento y

lavado de ropas, pero no es agradable al paladar.

0.30 m

0.45 m

Filtros pequeos que tratan de 2200 a 3000 litros por

da por m2 de superficie filtrante.



CAPITULO IV:

OBRAS DE CONDUCCIN

4.1. SISTEMAS DE CONDUCCIN Son aquellas estructuras que transportan agua desde la captacin, hasta el reservorio de regulacin, segn sean las caractersticas del proyecto. El diseo de la capacidad de conduccin debe ser de tal forma que permita conducir el Qmd. La conduccin puede ser por gravedad o bombeo. L.C. POR GRAVEDAD Son aquellos que conduce exclusivamente usando la gravedad y pueden ser tuberas o canales. 1. Canales.-

Se disearan con una velocidad tal que no produzca erosiones ni sedimentacin, las paredes sern revestidas y todo el diseo se debe realizar usando la frmula de Manning Chezy.

Se recomienda el uso de canales solamente cuando se tengan planta de tratamiento Fsico Qumico. 2. Tuberas.-

Se disearn empleando la frmula de Hazen Willians para la cual se debe asumir los siguientes valores para

segpieCH por la formula de Darcy.

140,

120,

100,

100 HHHH

CSAPPVC

CAcero

Cconcreto

CFF

Las velocidades lmites segn el R.N.E., deben ser dependiendo del material del que esta hecho el tubo:

Material del Tubo Velocidad

- Concreto V 3 m/s - PVC, Acero, Hierro Dctil, HDPE V 5 m/s Se recomienda: 1.0 < V < 1.5 m/s

4.2. CONDICIONES IMPORTANTES PARA EL DISEO DE LA L.C. POR GRAVEDAD

EN TUBERAS 1) FRMULAS

HAZEN WILLIAMS

87.485.1

85.17

813.5

10

ijij

ijij

ijf DCH

QLh

54.063.2000246.0 ijijjiHji SDCQ

KmmL

hSij

Donde: hfij = Prdida por funcin en el tramo ij (m). Lij = Longitud en el tramo i-j (Km). Qij = Caudal en el tramo i-j (Lit/seg). Dij = Dimetro del tramo en i-j, (en pulgadas). Es dimetro interior CHij = Coeficiente de Hazen Williams, que depende del tipo de material. Sij = Pendiente piezomtrico del tramo i-j. Tambin, en unidades del S.I:

87.485.1

85.1674.10

ijijH

iji

ijf DC

QLh

Donde: hfij = m Lij = m Qij = m

3/seg Dij = m. Dimetro interior CHij = Coeficiente de Hazen Williams, que depende del tipo de material.

DARCY

mg

V

D

Lfh

ijf 2

2

L en metros V en m/s D en metros g en m/s2 f adimensional



2) TIPOS DE TUBERAS COMERCIALES DE PVC O POLIETILENO. TUBERA PVC-SAP En el mundo generalmente se encuentra la siguiente tubera PVC: - Tubo PVC SAP Clase 5 Clase 75 [(Resiste hasta 75 lib/pulg2) = 53 m.c.a. ] - Tubo PVC - SAP Clase 7.5 Clase 105 [(Resiste hasta 105 lib/pulg2) = 74 m.c.a ] - Tubo PVC SAP Clase 10 CL = 150 [(Resiste hasta 150 lib/pulg2) = 106 m.c.a. ]

Adicionalmente a pedido del interesado a mayores precios se pueden fabricar tuberas clases 12.5 y CL = 15.

La tubera de PVC de Unin Flexible UNION RIEBER, es una tubera que a diferencia de los sistemas tradicionales

de Unin Flexible, cuento con un anillo de caucho con alma de acero instalado en la campana, mediante un sistema de pre-compresin durante el proceso de fabricacin de la tubera quedando completamente integrado y fijo en la campana lo que brinda un 100% de hermeticidad en las uniones ensambladas.

Los fabricantes ofrecen al mercado la Lnea de Tubosistemas para Presin con anillo incorporado RIEBER. Este

revolucionado anillo elimina por completo los problemas de instalacin por una mala colocacin del anillo, reduciendo adems el tiempo de ensamble en un 25%, con las consiguientes economas en los costos de instalacin.

De esta manera los fabricantes ofrecen al mercado peruano un producto de vanguardia acorde a las modernas exigencias y tendencias del mercado con la ms alta calidad.

Tipos de Empalme

RIGIDEZ CLASIFICACIN

Dimensiones de los Tubos (Norma ISO 4422 Para tuberas PVC: D=De)

DIAMETO LOG. DIAMETRO

NOMINAL TOTAL EXTERIOR e PESO TUBO e PESO TUBO e PESO TUBO e PESO TUBO

(mm) (m) (mm) (mm) (KG) (mm) (KG) (mm) (KG) (mm) (KG)

63 6.00 63 1.6 2.77 2.3 3.94 3.0 5.08 4.4 7.28

75 6.00 75 1.9 3.92 2.8 5.71 3.6 7.26 5.3 10.43

90 6.00 90 2.2 5.45 3.3 8.07 4.3 10.4 6.3 14.88

110 6.00 110 2.7 8.18 4.0 11.97 5.3 15.66 7.7 22.24

160 6.00 160 4.0 13.48 5.8 19.42 7.7 25.21 11.2 36.02

200 6.00 200 4.9 17.61 7.3 25.24 9.6 33.09 14.0 47.03

250 6.00 250 6.2 26.97 9.1 39.69 11.9 57.58 17.5 73.48

315 6.00 315 7.7 42.85 11.4 61.86 15.0 79.96 22.0 114.82

SERIE 20 CLASE 5 SERIE 13.3 CLASE 7.5 SERIE 10 CLASE 10 SERIE 6.6 CLASE 15

Union Rieber (Anillo incorporado) Unin Flexible (Anillo 3S)

Hasta 315 mm

Ps=F/Ay=Rigidez de la Tubera NORMA DE FABRICACIN

NTP - ISO 4422

SERIE CLASE Pres. Litro Servicio

20 5 5.0 Kg/cm2

13.3 7.5 7.5 Kg/cm2

10 10 10.0 Kg/cm2

6.6 15 15.0 Kg/cm2



TUBERAS DE POLIETILENO

Las tuberas de polietileno (HDPE) son fabricadas con la ms avanzada tecnologa y el ms estricto control de calidad que nos permite asegurar y garantizar una larga vida til mayor a 50 aos.

La gran versatilidad de sus caractersticas tcnicas as como su diseo permite plantear una diversidad de soluciones para propsitos generales en la industria, minera, pesquera, riego tecnificado, saneamiento, (Agua Potable, Alcantarillado), as como proteccin de cables elctricos y de telecomunicaciones (fibra ptica), entre otros. Duracin

El tiempo de vida til estimado para las tuberas en redes subterrneas que conducen agua a 23C es 50 aos, lo que supera con creces a la de materiales tradicionales. Resistencia al Impacto

No se tienen el riesgo de prdidas de material por fracturas debidas a golpes en el manejo de carga, almacenamiento o instalacin. Esto evita hacer gastos para excedentes por desperdicios. Uniones por Termofusin

Las uniones de tuberas y conexiones HDPE se llevan a cabo por termofusin, esto es calentado simultneamente, las dos partes por unir hasta alcanzar el grado de difusin necesario para que despus, con una presin controlada sobre ambos elementos, se logre una unin monoltica ms resistente que la tubera misma y 100% hermtica.

Cuando sea necesario hacer una transicin entre los sistemas Norma ISO o ITINTEC y otro tipo de materiales se dispone de uniones mecnicas como los adaptadores bridados y de compresin. Mantenimiento Nulo

Las caractersticas de Uniones por termofusin, factores de flujo, resistencia qumica y durabilidad, eliminan la necesidad de mantenimiento en las redes instaladas por el fabricante y lo que es ms importante no se tienen los problemas de prdidas constantes de agua por las uniones o por fracturas de material, que afectan los pavimentos, como puede suceder con otras tuberas. Resistencia en Zonas Difciles

La tubera HDPE polietileno, se flexiona ajustndose al contorno natural del terreno y absorbe esfuerzo por impacto, por lo que no requiere de zanjas profundas. Solo en terreno rocoso se recomienda proteger la tubera del contacto directo de pierdas agudas.

Absorbe esfuerzos por oleaje, vibracin o movimientos de terreno, por lo que su aplicacin resulta la opcin ideal en cruce de ros, lagos, pantanos o donde el terreno sea arenoso o inestable, absorbiendo con eficiencia esfuerzos provocados por movimientos ssmicos de mediana y baja intensidad. Control de Calidad

Las tuberas de HDPE fabricadas por el fabricante son probadas en nuestro laboratorio de control de calidad, el nico en el Per que cuenta con equipos especializados para realizar pruebas hidrulicas. El control de calidad se realiza desde las materias primas, el proceso productivo, el producto final y hasta despus de la instalacin. Antes de iniciar el servicio del sistema, el fabricante realiza una prueba hidrosttica normalmente 1.5 veces la presin de operacin de la lnea o del componente de menor resistencia. El tiempo oscila entre 2 a 3 horas, despus de la cual se verifica que no existan fugas o variaciones significativas de presin. Con todo lo anterior el fabricante garantiza la ms alta calidad de sus productos y servicios.



Diseo Contamos con una red internacional de ingenieros especializados en hidrulica, con vasta experiencia en

pequeos y megaproyectos de Tubosistemas. Adicionalmente tenemos sofisticados sistemas de la ms avanzada tecnologa para el diseo asistido por

computadora, as como equipos de Soldadura por Termofusin para tuberas de PE y Geomembranas.



3) ANLISIS DE LA LNEA PIEZOMTRICA O GRADIENTE HIDRULICA

Se pueden presentar los siguientes casos: a) Cuando todo el perfil pasa por debajo de la lnea Piezomtrica.

No existe problemas tiene flujo normal y permanente.

X

XX

Ph

hCGCP

,

aguadecargametrospresiondealturah

GeometricaCotaCG

aPizometricCotaCP

b) El perfil de la tubera pasa por debajo de la horizontal de origen y por encima de L.P.

c) El perfil de la tubera pasa por debajo de la horizontal de origen y corta a la lnea de carga absoluta.

Para reanudar el flujo se debe instalar una vlvula de aire o ubicar un volumen de almacenamiento de paso. d) Parte del perfil de la tubera esta por encima de la horizontal de origen y corta a la lnea de carga

absoluta.

El flujo es normal y permanente pero el caudal depender de h', aunque no

considerablemente.

Cuando esto sucede queda aire atrapado en el tramo M N y el gasto que circula es muchsimo menor que el normal y depende directamente de h'.

10.33

L.C.A.

10.33

H

h' L.P.

10.33

10.33

Q'

N

L.P. L.C.A. h'

M

h

L.C.

10.33

10.33

L.C.A.

H

H.O.



En este caso el flujo se puede dar o no, se dar por gravedad si h < 10.33 y primero se bombea y luego se apaga el motor, es decir requiere este impulso hasta que contine el agua aunque en forma irregular. Si h > 10.33, definitivamente no hay flujo de agua y requiere bombeo permanente.

4.3. ACCESORIOS Vlvulas de Aire y Vlvulas de Purga En los casos analizados anteriormente en las zonas ms altas de se deben ubicar vlvulas de aire con la finalidad de eliminar el aire atrapado, en las zonas bajas de la lnea de conduccin se deben ubicar las vlvulas de Purga. Vlvulas de Aire o Ventosas Son accesorios que se ubican en la parte ms alta de las lneas de conduccin y cada 2.5 Km como mximo. De ser necesario en zonas que pueda existir peligro de colapso de la tubera a causa del material de misma se colocan vlvulas de doble accin (Admisin y Expulsin). El dimensionamiento de la vlvula se determinar en funcin del caudal y presin de la tubera.

Funciones:

1) Expeler el aire dentro de la tubera durante su funcionamiento 2) Expulsar aire que tiende a acumularse en los puntos altos. 3) Admitir aire en caso de operacin de una vlvula de purga que pueda crear presiones negativas en la tubera.



Vlvula de Purga

Se instalaran en los puntos ms bajos, teniendo en consideracin la calidad de agua a conducir.

- La finalidad es que a cierto tiempo de inspecciones para mantenimiento a travs de ellos y eliminar las salidas que pueden haberse reunido en los puntos ms bajos.

- Estas vlvulas por lo general no estn instaladas en las mismas tuberas y se encuentran lateralmente o en el extremo.



Recomendaciones: Dimetro de la Tubera Dimetro de la Vlvula de Purga < 4 Mismo de la tubera 4 < < 16 4 16 < Tubera/4

en los extremos de la tubera



Vlvulas de Cierre y Control: Van ubicadas a la salida de captacin y en cualquier punto de la red donde se requiera controlar el ingreso del agua. Por lo general se ubican C/1000 m., para aislar tramos de tubera en caso de rotura de esta. Vlvulas Reductoras de Presin: Son aquellas que disminuyen la presin e un punto determinado. Vlvula Check: Son aquellos que permiten el flujo en un solo sentido. Es ms ideal para lneas de impulsin. EJEMPLO DE DISEO N 01 Determinada la poblacin registra los siguientes censos oficiales, los mismos que se llevaron a cabo luego de varios aos considerados muy separados.

Censo Poblacin 1940 1961 1981

625 824 1316

Disear la L.C. con tubos PVC-SAP para una vida til de 15 aos nicamente si solamente se dispone de tuberas de 3" y 4", adems tenga en cuenta que el ao es que se esta diseando es 2010. La captacin esta en la cota 3181.70 m.s.n.m. y el reservorio se halla en la cota de 3148.20, L= 2435 m. Solucin: Aplicamos el mtodo de la parbola de 2do grado (Por tenerse datos muy distantes).

Pf = A + BX + CX2 1940 T = X = 0 625 = A+B (0) + C(0)2 A= 625.

1961 T = X = 21 824 = 625 + B (21) + C(21)2 (1). 1981 T = X = 41 1316 = 625 + B (41) + C(41)2 (2).

De (1) y (2) B = 1.730 y C = 0.369 Ao 2010 + 15 = 2025 T = 2025 1940 = 85.

Pf = 625 + 1.73 X + 0.389 X2 Pf = 625 + 1.73 (85) + 0.369 (85)

2 = 3438 Habitantes.

sLQQ

sLQQ

sLDPQ

Pmh

Pmd

fP

/88.78.1

69.53.1

38.4400 86

1104383*

"30.3140813.5

69.5435.2105.33

87.485.1

85.17

DD

h f

Como solo se dispone de Tubera de 3 y 4, debemos instalar en serie.

87.485.1

85.17

87.485.1

85.17

4140813.5

69.5435.210

3140813.5

69.5105.33

21

XXhh ff

Resolviendo: X = 1.243 km de 3" y 1.192 km de 4" Verificamos velocidades:

OKsmsmV

OKsmsmV

/5.129.14075.0

00569.0"3

./5.172.0410.0

00569.0"4

2

2

3181.70

3148.20 33.5 m

L = 2435 m

Calcular la poblacin futura si D = 110 L/Hab/da, Qmd y Qmh si K1 = 1.3 y K2 = 1.8.



4.4. LNEAS DE IMPULSIN O LNEA DE CONDUCCIN POR BOMBEO: El dimensionamiento de las lneas de Impulsin se determina, teniendo en cuenta el costo inicial de las instalaciones ms el costo anual de operaciones incluyendo el Equipo de Bombeo y su respectiva casita.

Los clculos hidrulicos se realizaran con la frmula de Hazen Willians.

Valores que intervienen: - Q (L/S) caudal del da mximo consumo Qmd Qbombeo. - Longitud: L. - Hg desnivel geomtrico. - Prdidas de carga por friccin y locales. - Coeficiente de Rugosidad. - Altura manomtrica de bombeo : Ht

Para hallar el dimetro se emplea la frmula de Bresse:

QKD 1.1 < K < 1.3 , Q en m3/s. K = Coeficiente que depende del lquido que bombea y el tipo de tubera. Procedimiento para Elegir el Dimetro Optimo de la lnea de Impulsin: - Aplicar la frmula de Bresse. - Tomar 2 3 dimetros ms prximos al encontrado. - Determinar Ht (Altura de Bombeo). - Conocer los consumos anuales de energa, su costo de instalacin anual (expresado en amortizacin ms

intereses). - Realizar el grfico de costos de instalacin y sus costos de mantenimiento (consumos anuales de Energa).

Se suman las dos curvas y se halla la curva c y se escoge el punto ms bajo que da el ptimo.

Hg

B

Donde: Ht = Altura Total

= Peso especfico. Q = Caudal de Bombeo n = Eficiencia 0.60 a 0.80 n1 = Constante que depende de las unidades de

potencia que se desee obtener: n1 = 1 Potencia Kgf.m/s n1 = 75 Potencia en CV n1 = 76 Potencia en Hp n1 = 102 en Kw

Hg = Desnivel geomtrico.

1*

**.

nn

HQBPot t

C

econmico

escogido

Costos de Instalacin + Mantenimiento

Instalacin (Costo de Amortizacin Anual con Intereses)

Mantenimiento (Gasto Anual de Energa)



EJEMPLO DE APLICACIN N 02: Hallar el ms econmico de una lnea de impulsin de 1800 m, si Q = 32 L/S y debe salvar un desnivel geomtrico de 37 m. Adems tener en cuenta que: - Las prdidas de carga locales suman 16 V2/2g - Los costos de instalacin de las tuberas y equipos son los mismos para cada dimetro. - Factor de amortizacin anual = 0.186.

Costos de tubera Costo de Equipo $./ml $.

6 10.80 12 000 8 24.30 8 000 10 40.50 6 000 12 62.80 4 200

- El costo de la energa es de $ 0.17 cada Kw. Hora.

Solucin:

1) Aplicamos la frmula de Bresse "5.8032.02.120.1 QD

2) Elegimos dimetro 6, 8, 10 y 12. 3) Segn datos del problema, los costos de instalacin (mano de obra y otros) son los mismos para tuberas y

equipos. 4) El factor de amortizacin dato es 0.186. 5) Prdidas de cargas locales = 16 V2/2g

6) Potencia (Kw) del motor de la bomba es 70.0,102

** n

n

HQPot t

7) Costo de la tubera segn dato. 8) Costo de la energa $ 0.17 Kw-hora. 9) Costo del equipo, segn dato. 10) Los clculos se muestran en el cuadro adjunto en la cual se calculan del siguiente modo:

1. Velocidad: A

Q

2. hf (prdida por friccin) 87.485.1

85.17

813.5

10

DC

QL

H

3. prdidas locales 42

2

*128

2

16

D

Q

gg

VhL

4. Prdidas totales = Hf = hL + hf 5. Altura de Bombeo = Ht = Hg + Hf

6. Potencia de consumo 7.0102

tHQPot

7. Potencia diaria = Potencia de consumo*24 horas.

8. Gasto anual de la energa = Potencia Diaria*365*$ 0.17 = Gasto de Mantenimiento.

9. Costo total de las tuberas = ml x precio.

10. Costo del equipo, segn dato.

11. Costo total (tuberas y equipos).

12. Amortizacin anual con intereses = (11) (0.186) = Gasto de Instalacin.

13. Gasto anual total = (8) + (12).

L = 1800 B

Hg = 37 m



DIMETRO \ ITEM 6 8 10 12

1) 1) Velocidad (m/s) 2) 2) Prdida por friccin hf (m) 3) 3) Perdidas locales (hL (m) 4) 4) Perdidas totales Hf (m) 5) 5) Altura de Bombeo Ht = Hg + Hf 6) 6) Potencia de consumo (n = 0.70) 7) 7) Potencia diaria = Pot. Consumo x 24 (kw-h) 8) 8) Gasto anual de energa = Potencia Diaria * 365 * $ 0.17.

1.81 32.77 2.67 35.44 72.44 32.47 779.28 48 354.32

1.02 8.07 0.85 8.92 45.92 20.58 493.92 30 647.74

0.65 2.72 0.34 3.06 40.06 17.95 430.80 26 731.14

0.45 1.12 0.17 1.29 38.29 17.16 411.84 25 554.67

9) 9) Costo de tuberas 10) 10) Costo de equipo 11) 11) Costo total ( tubera + Equipo) 12) 12) Amortizacin anual con intereses

19 440.00 12 000 31 440 5 847.84

43 740.00 8 000 51 740 9 623.64

72 900.00 6 800 79 700 14 824.20

113 040 4 200 117 240 21 806.64

13) 13) Gasto Anual (8) + (12) 54 202.16 40 271.38 41 555.34 47 361.31

Del cuadro escogen econmico 8. En general para adquirir un sistema de bombeo se debe tener en cuenta: a) Naturaleza del lquido a bombear. b) Caudal necesario a bombear. c) Carga total. d) Periodo de funcionamiento de la bomba. e) Energa elctrica disponible en la ciudad.

4.5. OBRAS COMPLEMENTARIAS: 1) Anclajes:

Son dados de concreto o diseos especiales que eliminan los esfuerzos que se presentan en la Lnea de Conduccin, debido a los cambios de direccin o instalacin de accesorios; estos anclajes pueden ser: - Bloques de concreto. - Tirantes.

2) Cajas Intermedias:

Pueden ser: a) Cmaras Rompe Presin:

Son estructuras por lo general de concreto armado que tiene la funcin de Romper la presin en donde se le ubique. Por lo general se las ubica cada 50 m de desnivel geomtrico y pueden en la L.C. Red de distribucin, cuando esta en la L.C. generalmente son CPR-6 y cuando esta en la Red son CPR-7.

Entrada

Salida

Variable

0.05

0.30 0.05

0.15

N.A.

Entrada Salida

Rebose

0.10 0.60 0.10

A A

H - hfAB

hfAB

R

CAPTACIN

A L.G.H2

L.G.H1

L.G.H2

CPR

H>120 m

B



b) Volumen de Almacenamiento Intermedio Se emplea en los puntos ms altos de L.C. con la finalidad de levantar la L.P. para evitar que corte el perfil de la tubera. c) Chimeneas.

Son reservorios en transicin, generalmente son usadas en las lneas de impulsin, con la finalidad de almacenar agua y luego pasar al reservorio son tambin llamadas STAND-PIPES. Chimenea R d) Otros.

Puente Ducto.

Pilares.

De C A o Madera. Tneles.

L.C. Sifones

Trasbase

Se emplea en el caso de Mayores luces.

L.G.H2

L.G.H1

L.G.H2



RIO

TUBERIA

TORRE DE CONCRETO

TORRE DE CONCRETO

SOLADO

VISTA LATERAL

SOLADO

TUBERIA HDPE

VISTA FRONTAL

ESC: 1/75

250 MM 250 MMTUBERIA HDPE

VISTA FRONTAL

ESC: 1/75

VISTA LATERAL

SOLADO SOLADO

TORRE DERECHA TORRE IZQUIERDA



4.6. ESFUERZOS A LOS QUE ENCUENTRAN SOMETIDOS LOS CONDUCTOS A PRESIN:

a) Presin Interna del Lquido:

Se encuentra hallando la distancia vertical en cada punto de la lnea Piezomtrica hasta la altura del tubo, en base a esto se recomienda el tipo de tubera a usarse. El esfuerzo interno o esfuerzo unitario de traccin o tensin en las paredes del tubo ser:

t

DPST

2

tubodelEspesort

tubodelDimetroD

aguadelinternaPresionP

b) Tensiones Longitudinales por Accin de la Variacin de la Temperatura:

Estos trminos se producen generalmente en tuberas que estn en contacto con el medio ambiente y en aquellas cuyas uniones son muy rgidas. Se calcula segn: S = ETC Donde: S = Tensin unitaria por variacin de temperatura. E = Mdulo de elasticidad del material que esta fabricado el tubo. T = Variacin de temperatura. C = Coef. de dilatacin lineal del material de la tubera. Para evitar rajaduras o colapsos de tuberas, disear juntas de dilatacin capaces de soportar las tuberas obtenidas segn la frmula anterior. Las juntas de dilatacin deben ir ubicadas segn el espaciamiento calculado segn la frmula: M = L.C.T. Donde: M = Cambio de long. De tubera. L = Long. Total de la tubera. T = Condicin de temperatura. C = Coef. de dilatacin lineal. c) Esfuerzos Resultantes de la Energa del Movimiento:

Son producidos por la energa del movimiento.

ESPQVR cos12.8 Donde:

R = Resultado en kgf. = Peso especfico del lquido, 3

10002 m

kgfOH

g = Aceleracin de a gravedad., Q = Caudal del Sistema. V = Velocidad media del flujo., P = Presin interna del lquido (Kgf/cm2). S = rea interna del tubo (m2), E = Curvatura en Grados sexagesimales.

2..90

SPQV

gRESi

E

P

Q R

Se usar: Clase 5, ningn trazo Clase 10, Tramo AB, CD, DE y FG Clase 15, Tramo BC y EF

A

B

C

D

E

F G

50 m

50 m

50 m



Ejemplo de Aplicacin (N 1): Se tiene la L.C. segn muestra en las vistas, planta y perfil; para los datos que se muestran se pide disear el anclaje necesario para los cambios de direccin en los puntos B y C, si se sabe que todo el tendido era el descubrimiento.

Qmd = 20 Lps = 8 , F.S = 1.60 concreto = 2400 Kgf/m3, CH = 140 para todo Tubera considerar solo la fuerza debido a la energa del movimiento. PLANTA Solucin:

22

323

16.3144

,"8,637.0

02.0,81.9,1000

cos12..

cmD

SdsmA

QV

smQsmgmk

ESPQVg

R

Clculo de PB :

Primero debemos hallar hfAB =

.52.78120813.5

2041087.485.1

85.17

m

CPB = CPA hfAB = 20 -7.52 = 12.48 Presin en B = CPB CTB = 12.48 5 = 7.48 m = 0.748 kg/cm2.

Clculo de PC :

HfC = 87.485.1

85.17

8140813.5

20210 = 3.76 m CPC = CPB 3.76 = 8.72 m

Presin C = 8.72 5 = 3.72 m , 0.37 kg/cm2.

3

3

11.02400

4.2674.267

22.02400

7.5347.5346.1.:

0.1672159.314372.0637.002.081.9

1000

16.3342159.314748.0637.002.081.9

1000

mkgR

mkgRSFComo

kgxxR

kgxxR

CONCRETOC

CONCRETOB

C

B

Ejemplo de Aplicacin (N 2): Disear el anclaje necesario en una curva de 90, cuyo dimetro interior es de 12 ( C H = 100) si por recomendaciones tcnicas no ser enterrada. Adems se conoce el caudal = 73 Lps y a 1000 m. aguas arriba existe una presin

disponible de 2.2 kg/m2, F.S = 1.5, c = 2400 kg/m3. Solucin:

ESPQVR cos12.. Debemos hallar la presin p en el punto de entrada a la curva.

.67.1633.52233.512100813.5

73110 287.485.1

85.17

12 mP

hf

1000 m

.1 2. Q=0.073m3/s

B 4 km

A'

8"

8" 2 km

D C

A

CH = 120

D

0.00

B.C

5.0 m

CHBC = 140

20



.7.730,1266.729667.11073.081.9

1000

1073.0/073.0

667.166.7294/)48.30(488.301416.3

34.121644.7

2

2

2

kgxxxR

smA

QV

mkgPcmA

Si F.S. = 1.5 R = 1730.7 x 1.5 = 2596 kg. = 2.596 Tn.

Si se usa concreto el anclaje ser de 308.1400.2

596.2m

Se requiere 1.08 m3 de concreto para absorber dicha resultante. Ejemplo de Diseo N 02: Se tiene una Lnea de Conduccin como se muestra en el siguiente croquis, la misma que ha sido elegida como la mejor opcin para su construccin; se tienen los siguientes datos:

MANANTIAL

90 m

0.5 km

180 m

1.5 km

60 mRESERVORIO

CT=3326 m.s.n.m.

A

B

0.74 km

Ao del Censo Poblacin

K1=1.3 K2=2.0

1978 1993 2002 2008

6428 7824 8786

11,746

Se disponen solamente de tuberas PVC-SAP, CL=5 y CL=15, Considerar la presin de llegada al reservorio de 10

m.c.a. y el periodo de diseo de 15 aos. Adems con los conceptos tericos dados en clases, el RNE, disear completamente el Sistema de Conduccin,

incluyendo los anclajes en los cambios de direccin A y B, si el factor de seguridad es 1.20. Dibujar tambin la Lnea de Gradiente Hidrulica. Solucin: Con los datos censales, calculamos la poblacin futura por el mtodo de inters simple, que es el ms usado.

t)r +(1 P=P af

0.0145=15 * 6428

1396 =

1978)-(1993 6428

6428-7824 =

) t-(t P

P -P =r

197819931978

197819931

0.0176=(7)9 7824

962 =

1993) -(2002 7824

7824 -8786 =r2

0.0561=(6) 8786

2960 =

2002) -(2008 8786

8786 -11746 =r3

)294.01(17461P0.0294 =3

0.0561+0.0176+0.0145 =r f



Para un periodo de diseo de 15 aos:

tf

( ) ( ( )) ( )

Y la dotacin segn el RNE, para zona fra (3326 m.s.n.m.) D = 150 lit/hab/da

( )

Primero verificamos el dimetro aproximado que tendra el sistema si fuera de un solo tramo, del manantial al reservorio.

( )( )

( ) ( )

Elegimos un dimetro comercial de 6", pero como tenemos tuberas que soportarn la presin mxima de 180 + 60

= 240 m, se debe dividir en varios tramos la conduccin. Segn el perfil elegido en el croquis, por normas de RNE, el desnivel elegido entre CRPs es de 50 mts, debido a que se tendran presiones muy altas en las zonas de mayor presin.

0.5 km

180 m0.5 km

60 m

0.7 km

CRP-01

CRP-020.5 km

0.5 km

1

2

3

50 m

50 m

50 m

30 m10 m

70 m

150 m

L.G.H.

Tramo 01

( )( )

( ) ( )

Elegimos el mayor comercial de 6" 160 mm. Y re calculamos la presin de llegada antes de ingresar a la CRP 01

( ) ( )

( ) ( )

la llegada a CRP01 = 50 - 13.60 = 36.40 m.c.a.

La velocidad

( )

Se usaran tuberas clase 5. Tramo 02 Por tener las mismas dimensiones en longitud, desnivel y caudal es idntico al tramo 01. Tramo 03

( )( )

( ) ( )

Elegimos el dimetro comercial de 6" 160 mm.



Y como soportaran presiones hidrostticas de hasta 80 + 60 = 140 m.c.a. en el tramo AB, se usaran tuberas clase 15.

Velocidad

( )

La presin real de llegada al reservorio ( )( )

( ) ( )

a reservorio = 70 51.40 = 18.60 m.c.a. > 10 m.c.a. OK!

Clculo de la presin A y Volumen de Anclaje de Concreto

( )( )

( ) ( )

(

) ( )

( )

(

( )( ) )

Asumiendo un factor de seguridad de 1.2 ( )

Clculo de la presin y volumen de anclaje en B

( )( )

( ) ( )

(

( )( ) )

( )

d) Esfuerzos Resultantes Producidos por Cargas Externas

P = P0 + P1 + P2 Donde: P = Peso total P0 = Peso del material de relleno P1 = Cargas externas fijas P2 = Cargas externas mviles. Puede darse el caso que no necesariamente acten todas las cargas simultneamente. 1) Peso del Material de Relleno (P0)

Va a depender de: - Profundidad de la zanja (H). - Tipo de material de relleno - Ancho de la zanja de influencia, mximo a considerarse = 1.5 De.

2

10 BCP

= Peso especfico del material de relleno (Kg/m3) B = Ancho de influencia de la zanja 1.5 D.

C1 = Coef. de la frmula que depende de la relacin B

H

P H

De

B'



P0 = Carga resultante en Kgf/ml.

H/B 1 tipo suelo 1 2 4 6 8 10

Tierra ordinaria 0.80 1.50 2.20 2.6 2.8 2.9

Arena Grava 0.8 1.5 2.6 2.8 3.1 3.2 Arcilla Saturada 0.8 1.5 2.6 3.3 3.8 4

Existe otra frmula que nos permite hallar P0

HBHP 08.00 en Kgf/ml Donde:

= Peso especfico de la tierra. H = altura de recubrimiento.

B = Ancho del fondo de la zanja = ancho de influencia mDe 20.03

4

2) Por la Accin de Cargas Exteriores Fijas: (P1)

121 WBCP Donde:

P1 = Fuerza resultante (K/ml) B = Ancho de influencia de la zanja. W = Carga exterior fija.

C2 = Coef. de la frmula que depende del material de relleno y relacin H/B, se encuentra tabulado para s tipo de material de relleno. 3) Por la Accin de Cargas Exteriores Mviles (P2)

cxIWC

P3

232

P2 = Fuerza resultante en Kgf/ml W2 = Carga exterior mvil (Kg) C3 = Coef. de la frmula que depende del dimetro exterior y de la profundidad de la zanja.

IC = Coef. de Impacto de Velocidad

1.5 IC 2 , donde: IC = 1.5 cuando V = 20 millas/h IC = 2.0 cuando V = 80 millas/h 4.6.1. Tipos de Asentamiento o Instalacin de las Tuberas: Va a depender directamente del dimetro de las tuberas, material, pendiente etc, y segn los reglamentos se han definido tres tipos de asentamientos, asentamiento Ordinario, Asentamiento de Primera Clase y Asentamiento con Cama de Concreto, la eleccin de cualquiera de ellos depender de Factor de Carga: Factores de Carga: Los tipos de asentamientos han sido estudiados por la prueba de los tres filos, que establece que la carga de Rotura al ser multiplicada por los factores respectivos, se puede esperar que la tubera resista las cargas resultantes de dicho producto. F.C

- Asentamiento Ordinario 1.5 - Asentamiento de primera Clase 1.5 - 1.87

- Asentamiento con cama en concreto 1.87

PRC = (F.C) PRL PRC = Carga de Rotura admitida en el campo. PRL = Carga de Rotura establecida por la prueba de los 3 filos. F.C = Factor de carga fijada por el tipo de asentamiento. Factor de Seguridad (F.S): Es el factor solicitado por el fabricante.

PRC = (F.S) PTR

PTR = Carga de trabajo real.

Material F.S - Arcilla Verificada 1.5 - Concreto Simple 1.5 - Concreto Reforzado 1.25 - Acero y FF 1.0



- PVC_SAP 1.5 a) Asentamiento Ordinario:

Se emplear este asentamiento cuando el factor de carga resulte 1.5. Se rellena con el mismo material extrado de la zanja y compactar por etapas de 15cm c/u.

0.10 m Cama de Apoyo

Malla N 4

1" 6

Se da al terreno la forma de la tubera, compactando por etapas c/15 cm



b) Asentamiento de Primera Clase:

Se emplea cuando el factor de carga esta entre 1.5 y 1.87. - Se realiza la limpieza total de las piedras. - Utilizar capas de 6 hasta por lo menos 12 encima del tubo de puro material escogido (< malla N 4 ). - Para la parte superior se utiliza el mismo material extrado.

Cama de Apoyo15 cm

Material seleccionado< malla N 04

Material extrado, compactadopor etapas < 4"

6"

6"

c) Asentamiento con Cama de Concreto :

Cuando FC est entre 1.87 y mayores.

- Se vacea un solado de concreto de espesor 4

1 del dimetro (De)

- Se orienta el tubo y se vacea otra capa de concreto de 4

1 De

- Se rellena de forma similar al mtodo de asentamiento de primera clase.

Concreto f'c=100 kg/cm2

Cama de Apoyo

Material compactadopor etapas

6"

6"Material seleccionado< malla N 04

14 De

14 De



CAPITULO V:

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO (RESERVORIOS) U OBRAS

DE REGULACIN

5.1. GENERALIDADES

Un reservorio ser requerido en base a las necesidades del Sistema de Abastecimiento de Agua Potable y siendo importante para garantizar el funcionamiento hidrulico del mismo, se clasifica como una Estructura Hidrulica de Abastecimiento y Regulacin.

El diseo hidrulico del reservorio consistir en la determinacin del Volumen de Almacenamiento, la seleccin del tipo de reservorio que se requiere, las dimensiones iniciales de sus componentes, su ub icacin, la proyeccin de su caseta de vlvulas, su operacin inicial, y la eleccin de algunos componentes adicionales que pudiera requerir.

El diseo hidrulico se desarrolla en base a las normas del Reglamento Nacional de EDIFICACIONES, Instituto de la Construccin y Gerencia, y textos especializados indicados en la Bibliografa.

5.2. CAPACIDAD DEL RESERVORIO La capacidad del reservorio o volumen de almacenamiento, es funcin de varios factores como son: - Requerimientos del Sistema y compensacin de variaciones horarias: Volumen de Regulacin. - Previsiones contra incendios: Volumen contra incendios. - Previsiones de Reserva: Volumen de Reserva.

En resumen: .INCENDIOSCRESREGALM 5.2.1. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA

Un sistema de Abastecimiento de Agua Potable requerir de un reservorio en dos casos: - Cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el caudal mximo horario (Qmh), lo

cual es comn cuando se realiza una captacin de aguas subterrneas o atmosfricas. - Cuando el rendimiento admisible de la fuente es mayor que el caudal mximo horario (Qmh), pero

resulta ms econmico usar tuberas de menor dimetro en la Lnea de Conduccin y construir un reservorio. Lo cual es comn cuando se hace una captacin de aguas super ficiales, y se requiere grandes dimetros de conduccin o cuando para la distribucin se requieren grandes dimetros de aduccin.

El reservorio debe permitir que las demandas mximas que se producen sean satisfechas totalmente, as como cualquier variacin del consumo durante las 24 horas del da. A) VOLUMEN DE REGULACIN

Es el volumen para compensar las variaciones horarias de consumo, y se obtiene mediante el Diagrama Masa, el cual considera volmenes acumulados obtenidos de la Curva de Variacin Horaria del da de mximo consumo, y se elabora de la siguiente manera: a) Se cuenta con los datos de variaciones horarias de consumo durante un ao o ms, para una

determinada poblacin. b) Se determina el da mximo de consumo, por ejemplo con los datos del da de mximo

consumo de la poblacin X.

EJEMPLO 5.1

Cuadro 2.1: Datos del da de mximo consumo (ejemplo)

Hora Consumo

(lps) Hora

Consumo (lps)

0 22.00 13 44.00 1 21.00 14 49.50

2 20.00 15 49.85

3 23.88 16 48.00 4 38.19 17 38.19

5 60.00 18 35.00

6 62.33 19 29.00 7 53.00 20 24.00

8 50.00 21 23.00 9 49.50 22 22.00

10 47.00 23 20.00

11 48.50 24 22.00 12 50.00

c) Se elabora la Curva de Variacin Horaria, par el da de mximo consumo, por ejemplo:



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0.00

K

HORAS

LP

S

Fig. 2.1: Curva de Variacin Horaria (Ejemplo)

d) En base a estos datos, se elabora el siguiente cuadro: Cuadro 2.2: Clculo de Volmenes Acumulados (ejemplo)

Hora Caudal

consumido Volumen

consumido Volumen

acumulado (1) (2) (3) (4) 0 22.00 0.00 0.00 1 21.00 77.40 77.40 2 20.00 73.80 151.20 3 23.88 78.98 230.18 4 38.19 111.73 341.91 5 60.00 176.74 518.65 6 62.33 220.19 738.85 7 53.00 207.59 946.44 8 50.00 185.40 1131.84 9 49.50 179.10 1310.94

10 47.00 173.70 1484.64 11 48.50 171.90 1656.54 12 50.00 177.30 1833.84 13 44.00 169.20 2003.04 14 49.50 168.30 2171.34 15 49.85 178.83 2350.17 16 48.00 176.13 2526.30 17 38.19 155.14 2681.44 18 35.00 131.74 2813.18 19 29.00 115.20 2928.38 20 24.00 95.40 3023.78 21 23.00 84.60 3108.38 22 22.00 81.00 3189.38 23 20.00 75.60 3264.98 24 22.00 75.60 3340.58

Donde: (1): Hora de registro de caudal (Hrs) (2): Caudal consumido (lps) (3): Volumen consumido en el internalo de tiempo t (m3).

Segt

mt

iii

iii

i

3600*11

1000

1**

2

223

1

31

(4): Volumen acumulado hasta la hora i.

1

34i

ii

Y se obtiene el grfico: Volumen acumulado (m3) vs t (Hrs), denominado Curva Masa.



Fig. 2.2: Curva Masa

e) Anlisis de la Curva de Masa:

- Sabiendo que el rea bajo la Curva de Variacin Horaria, es el volumen de agua

consumido en el intervalo (t1, t2).

2

1

t

ti Qdt

Normalmente se considera rectngulos para hallar las reas bajo la Curva de variacin Horaria. La Curva Masa, se elabora con las sumas acumuladas de los volmenes consumidos en intervalos de tiempo definidos (cada hora para el ejemplo dado). Analizando la frmula dada anteriormente para el volumen consumido en el intervalo de

tiempo it :

1000

1**

2

223 1 tiii , se tiene como trminos:

(rea rectangular) (Conversin a m3).

- En la Curva Masa, la pendiente de la tangente en un punto representa el consumo en ese instante.

- La pendiente de la recta OO, representa el promedio de los consumos del da mximo consumo (Qmd).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

m3

Horas O

O

A

B

D

C



Para el ejemplo dado se tiene: QP = 23.88 lps Qmd = (3340.76/24) / (3600) = 38.67 lps Qmd = (38.67/23.88) x QP = 1.62 QP

- Las tangentes trazadas en los puntos B y C de la curva, representan las horas coincidentes con el consumo promedio del da de mximo consumo, en las cuales el consumo de la poblacin es igual al caudal de llegada al reservorio (Qmd), a travs de la lnea de Conduccin.

- Desde la hora 0 hasta la hora del primer punto de tangencia B, el agua que llega al

reservorio es mayor que el consumo, permitiendo que se almacene la cantidad determinada por la ordenada AB.

- A partir de B, el consumo aumenta siendo mayor que el caudal de ingreso, hasta el

segundo punto de tangencia C, teniendo que considerar tambin el almacenamiento de la cantidad determinada por la ordenada CD.

- Por lo tanto, grficamente se puede calcular el Volumen de regulacin como:

3 mCDABREG Donde: AB : Ordenada que presenta agua almacenada durante horas de bajo consumo (m 3). CD : Ordenada que representa cantidad de agua que se requiere almacenar para cubrir

horas de alto consumo (m3). Para el ejemplo dado:

3

3

3

23.206340.8688.2340.86

400 86*1000

*88.23

13.53000.236962.268618.34169.553

mxQV

seglit

m

seg

litV

mV

PP

REG

REG

Se puede determinar que porcentaje representa el volumen de regulacin respecto del volumen determinado del caudal promedio diario anual PQ :

%69.2523.206313.530% PV f) En forma simplificada en base a deducciones hechas de la curva masa, similares a las

anteriores, el volumen de regulacin se puede obtener con cierto factor de seguridad (Ref. 3) como:

diamQaV PREG 3 40.86%30 25 Donde:

REGV : Volumen de Regulacin (m3)

86.4 : Factor de conversin de das a segundos, que en este caso incluye tambin la conversin de Litros a m3.

PQ : Caudal promedio Anual (lps).

5.2.2. PROVISIONES ANTE INCENDIOS O VOLUMEN CONTRA INCENDIOS De acuerdo al RNE y Normas de Saneamiento, se tiene:

- Para reas destinadas netamente a viviendas: 350mVCINCENDIO

- Para reas destinadas a uso comercial e industrial, se calcula mediante un grfico adjunto a las Normas, considerando un volumen aparente de incendio de 3000 m3, y el Factor de apilamiento respectivo, obteniendo:

Factor de Apilamiento = 0.10 poco compacto: 3145mVCINCENDIO

Factor de Apilamiento = 0.50, medio: 3195mVCINCENDIO

Factor de Apilamiento = 0.90, compacto: 3280mVCINCENDIO

Indicando que independientemente de este volumen, los locales industriales y comerciales debern tener su propia reserva contra incendios.(R.N.E.) Adems de lo indicado anteriormente existen otros criterios basados en la poblacin, y se indican a continuacin:



Cuadro 2.3: Volumen Contra Incendio en base a Poblacin Poblacin Extincin VC.INCENDIO (m

3)

Poblacin 100 000 habitantes

1 Zona Residencial 2 grifos, durante un tiempo mnimo de 2 horas, con Q = 15 lps 1 Zona Industrial 3 grifos, durante un tiempo mnimo de 2 horas, con Q = 15 lps

216

324

5.2.3. PROVISIONES DE RESERVA (VOLUMEN DE RESERVA)

Ante la eventualidad de que en la lnea de Conduccin puedan ocurrir daos que mantendran una situacin de dficit en el suministro de agua, mientras se hacen las reparaciones pertinentes, es aconsejable un volumen adicional que de oportunidad de restablecer la conduccin de agua hasta el reservorio. Se recomienda, considerar un periodo de interrupcin de 2 a 4 horas y el gasto promedio de consumo anual para la determinacin del volumen de Reserva; adicionalmente se aaden otros criterios, tales como:

CINCENDIOREGRESERVAENTOALMACENAMIRESERVA

RESERVA

VVV

VV

HorasattQPV

%33

%25

42,*

Debiendo tomarse el mayor.

5.2.4. VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO El volumen de almacenamiento o capacidad del Reservorio estar dado por:

diamVVVV RESERVACINCENDIOREGENTOALMACENAMI 3

5.3. SELECCIN DEL TIPO DE RESERVORIO A) TIPO DE RESERVORIO

El tipo se define en base a varios criterios como: el lugar de requerimiento, el volumen de excavacin, las condiciones existentes y otros.

Si se va ha proyectar en una zona con topografa plana, para cumplir con los requerimientos de presin, se elegir un reservorio elevado.

Si la topografa es accidentada con pendiente favorable, que facilite cumplir con los requerimientos de presin, se elegir un reservorio apoyado o enterrado.

Si el volumen de almacenamiento es grande, el volumen de excavacin ser tambin grande, por lo tanto ser ms factible elegir un reservorio apoyado, un reservorio enterrado.

As mismo, si se tiene un Sistema de Agua Potable existente, en el cual se requiere un reservorio para mantener la presin requerida, an si se tiene una topografa con pendiente favorable, y solo se dispone de espacio en un sitio plano, se tendr que elegir un reservorio elevado.

B) FORMA DEL RESERVORIO

La forma del reservorio se define en base al Volumen del almacenamiento de la siguiente manera:

CircularSeccion100

rrectangulaocuadradaSeccion100

3

3

mV

mV

ALM

ALM

C) MATERIAL DE CONSTRUCCIN

Un reservorio se puede construir utilizando diferentes materiales tales como: mampostera de concreto, acero, plstico, concreto simple, concreto armado, metlicos, etc. Se recomienda el uso del Concreto Armado como material de construccin debido al mayor conocimiento de sus propiedades. En general el concreto armado presenta las siguientes ventajas con respecto a otros materiales:

- Se le puede dar la forma circular. - Es resistente al efecto del agua. - Resiste ptimamente cargas laterales. - Es durable. - Tiene gran resistencia a la compresin. - Es un material econmico con respecto a otros materiales como el acero, el cual tendr que ser

inoxidable para su aplicacin al agua potable. - Su desventaja en el encofrado circular es compensado con la menor cantidad de material requerido que

en el caso de reservorios cuadrados o rectangulares.

5.4. PREDIMENSIONAMIENTO HIDRULICO

El predimensionamiento hidrulico consistir en la determinacin de las dimensiones del reservorio para poder almacenar el volumen requerido.



A) ALTURA DE CARGA (H) La altura de agua sobre la pared de reservorios circulares se determina utilizando el siguiente grfico:

Figura. 2.3: Altura Econmica del Reservorio

Obtenido de Prestresed Concrete Cylindrical Tanks (L.R. Gressy 1961). Del cual se deduce la siguiente ecuacin con la cual se puede aproximar los valores de forma analtica:

40.46926.00141.00001.0 2 VVVH

Donde: H : Altura de Agua sobre la pared cilndrica (m) V : volumen de almacenamiento (en miles de m3).

Formula utilizada para el predimensionamiento de los reservorios circulares, excepto los de volumen de almacenamiento menor a 500 m3, para los que se obtuvo alturas excesivas, por lo cual se utiliz el criterio del Factor de Forma: H = D/2 Donde: D: Dimetro del reservorio (m)

B) DIMETRO DEL RESERVORIO (D) Una vez obtenida la altura econmica de la pared cilndrica, el dimetro del reservorio se obtiene como:

mH

VD

4

C) BORDE LIBRE (BL)

La altura debe ser incrementada previniendo el posible movimiento del agua que puede causar problemas, sobre todo en reservorios abiertos. El borde libre se determina aproximadamente, como: BL = (0.05-0.10)H o BLmin =0.10 (m)

D) ALTURA DE LA PARED (HT) La altura de la pared de cara al agua ser:

mBLHHT

E) CONTRA FLECHA DE LA CPULA ESFRICA (f) La contra flecha, de la cpula esfrica se determina, mediante el grfico Relacin Optima f/D (ACI SP-28 Concrete Thin Shells).



D(m)

Fig. 2.4: Relacin ptima f/D para Domos Esfricos

Por lo general: 10

Df

F) PREDIMENSIONAMIENTO HIDRULICO

Fig. 2.5: Predimensionamiento Hidrulico

5.5. UBICACIN DEL RESERVORIO APOYADO

La ubicacin del reservorio apoyado esta determinada principalmente por la necesidad y Conveniencia de mantener las presiones en la red dentro de los lmites de servicio, garantizando presiones mnimas en las viviendas ms elevadas y presiones mximas en las viviendas ms bajas.

Las presiones mximas y mnimas, son determinadas por normas, las ms importantes son:



Cuadro 2.4: Presiones Admisibles de servicio Presin m.c.a.

Presin esttica mxima permisible (depende de la tubera) 70

Presin mxima en la red de distribucin 50 Presin mnima en la red de distribucin (4 a 6 pisos) 35

Presin mnima en la red de distribucin (3 o menos pisos) 25

Presin mnima del punto ms alto 15 Presin mnima en casos justificados 10

Agua en piletas pblicas 3.5

Presin mnima de llegada al reservorio 15 Si se dispone de lugar y condiciones topogrficas favorables, la ubicacin central es la mas ptima, para

reducir las perdidas de carga. Verificando las presiones mximas y mnimas, se decidir si es factible la proyeccin de otros reservorios,

para definir otras zonas de presin.

5.6. CASETA DE VLVULAS

Todo reservorio debe ser provedo de los accesorios necesarios para su adecuado funcionamiento y operacin, como son: tubera de llegada, tubera de salida, tubera de rebose, tubera de limpieza, y tuberas de ventilacin~ as como vlvulas, y medidores de caudal. Como mnimo debe haber 4 vlvulas. A) TUBERA DE LLEGADA

Es la tubera que provee el agua al reservorio, y su dimetro esta definido por el dimetro de la Lnea de Conduccin, debiendo estar provista de una vlvula de compuerta de igual dimetro antes de la entrada al reservorio, y un by-pass para atender situaciones de emergencia y limpieza total del reservorio. El tiempo de llenado del reservorio debe ser mayor de 2.5 horas, y menor de 6 horas, debiendo verificarse en base al Caudal mximo diario.

hrsQmd

thrs ENTOALMACENAMILLENADO

CONDUCCIONLLEGADA

6.5.2

B) TUBERA DE SALIDA

Es la tubera que provee agua a la red de distribucin, y su dimetro esta definido por el dimetro de la Lnea de Aduccin, debiendo estar provista de una vlvula de compuerta de igual dimetro que permita regular el abastecimiento de agua a la poblacin.

ADUCCIONSALIDA

C) TUBERA DE LIMPIEZA La tubera de limpieza deber tener un dimetro tal que facilite la limpieza del Reservorio en un periodo no mayor de 2 horas, debiendo estar provista de una vlvula de compuerta de igual dimetro, con una pendiente en el fondo no menor de 1% hacia la salida. No debe descargar directamente al colector de desage, debiendo prevenirse el riesgo de contaminacin.

.2hrstVACIADOLIMPIEZA

D) TUBERA DE REBOSE La tubera de rebose se debe conect

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