Escalonado de Abastecimiento de Agua en Matucana

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Departamento Académico de Hidráulica e Hidrología

INTRODUCCIÓN

El presente informe esta realizado con el propósito de aplicar los conocimientos

adquiridos en clase acerca del abastecimiento de agua a diversos centros poblados,

teniendo en cuenta la metodología y los parámetros necesarios para desarrollar trabajos

de esta índole.

La elaboración de la red abierta de abastecimiento de agua se realizara de manera

práctica sobre el poblado de Matucana, distrito de Matucana en el departamento de

Lima. En éste trabajo se tomaron en cuenta aspectos básicos de la mecánica de fluidos y

de del abastecimiento de agua, también se tomo en cuenta las medidas comerciales para

los distintos diámetros de las tuberías y se obtuvieron muchos datos clave como

dotación y población de fuentes diversas.

De los resultados de este informe conoceremos de manera confiable cuanta agua

necesita y de que manera debería estar distribuida la red en el poblado de Matucana.

Es preciso resaltar que para fines prácticos se consideró una distribución del

abastecimiento por manzanas para facilitar el cálculo y seguir con el principio de red

abierta.

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO SA253-I



ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

PRIMER ESCALONADO

ABASTECIMIENTO DE AGUA EN LA LOCALIDAD DE MATUCANA

I. OBJETIVOS DEL PROYECTO

- El desarrollo del presente Proyecto de Abastecimiento de Agua Potable tiene

por objetivo principal dotar de este servicio a la Localidad de Matucana,

elevando así la calidad de vida de su población.

- Disminuir los riesgos latentes de enfermedades infecciosas de origen hídrico.

II. GENERALIDADES

UBICACIÓN GEOGRAFICA

Localidad : Matucana

Distrito : Matucana

Provincia : Huarochiri

Departamento : Lima

Altitud : 2375 m.s.n.m.

UBICACIÓN

GEOGRÁFICA




PLAZA DE ARAMAS DE MATUCANA

VIAS DE ACCESO

La ruta de acceso es través de la carretera Central, a la altura del Km 83, que es una

carretera asfaltada; el tiempo de viaje total es de 3 horas en ómnibus y 2 horas en auto.

Esta localidad se encuentra en la margen derecha del río Rímac y se accede a través de

la misma carretera central.

Los tipos de vías, distancias y tiempos aproximados de viaje son:

RUTA DISTANCIA VIA TIEMPOLima – Chosica 50 Km. Carretera Asfaltada 1.5 HorasChosica – Matucana 33 Km. Carretera Afirmada 0.5 Horas

TOPOGRAFÍA

La topografía de la Localidad de Matucana es ondulada propia de la región Yunga, con

zonas con pendientes pronunciadas en los alrededores.

El tipo de suelo predominante es normal y semi rocoso con presencia de botonería, el

mismo que se detalla en el estudio de suelos adjunto.

CLIMA




El clima de Matucana es seco, típico de la zona de sierra, por su ubicación en un valle,

presentándose temperaturas máximas de hasta 25°C en los meses de verano y 05°C en

las épocas de lluvias (Noviembre-Abril).

ACTIVIDADES ECONÓMICAS

La actividad principal es la agricultura para consumo propio y venta, así como la

ganadería en poca proporción y comercio. Los cultivos predominantes son: alfalfa,

maíz, papa, habas y avena.

La comercialización de sus productos los realizan a través de pequeños comerciantes, en

la ciudad de Chosica y Lima.

TIPOS DE VIVIENDA

Actualmente se han contabilizado 1224 viviendas, agrupadas en 90 manzanas de un

solo piso y dos pisos, con calles pavimentada y de tierra. Las que serán beneficiadas con

el proyecto.

Las viviendas son de adobe y material noble en su mayoría, con techo de calamina y

tejas.

SERVICIOS PUBLICOS EXISTENTES

Cuenta con los siguientes servicios públicos.

Municipalidad Provincial de Huarochiri

Gobernación

Hospital

Colegios

Iglesia

SALUD




Las enfermedades de mayor incidencia son las de origen hídrico, predominando las

gastrointestinales y la bronquitis.

POBLACIÓN

Calculamos la población de Matucana según el siguiente cuadro, donde con la ayuda

de la densidad poblacional de 4.30 hab/lote y la distribución de las manzanas en el

plano con el número de lotes por manzana, podemos obtener la población actual de la

Localidad de Matucana:

MANZANA Nº LOTES POBLACIÓN (hab)

1 28 120.402 34 146.203 22 94.604 2 8.605 19 81.706 9 38.707 14 60.208 15 64.509 3 12.90

10 3 12.9011 12 51.6012 16 68.8013 7 30.1014 6 25.8015 9 38.7016 16 68.8017 12 51.6018 7 30.1019 14 60.2020 14 60.2021 9 38.7022 37 159.1023 14 60.2024 15 64.5025 11 47.3026 7 30.1027 16 68.8028 10 43.0029 9 38.7030 29 124.7031 13 55.9032 9 38.7033 30 129.0034 15 64.5035 7 30.10




36 72 309.6037 9 38.7038 15 64.5039 11 47.3040 7 30.1041 7 30.1042 11 47.3043 6 25.8044 20 86.0045 16 68.8046 13 55.9047 23 98.9048 7 30.1049 7 30.1050 12 51.6051 26 111.8052 4 17.2053 2 8.6054 2 8.6055 10 43.0056 8 34.4057 8 34.40 TOTAL 3393

De donde la población actual de Matucana es 3393 habitantes, valor con el cual

calculamos la población dentro de 20 años:

El cálculo de la población de diseño se determino usando el Método Aritmético,

teniendo en consideración la tasa de crecimiento poblacional (r) según la siguiente

fórmula:

Pd = Pa ( 1 + r x T )

Donde:

Pd : Población de diseño

Pa : Población actual

r : Tasa de crecimiento poblacional real (1.1 %)

T : Periodo de diseño (20 años)

Obteniendo 4140 habitantes al año 2030 en la localidad de Matucana

III. SITUACIÓN ACTUAL (2010) DE LOS SERVICIOS DE

SANEAMIENTO

Agua Potable




El sistema de abastecimiento de Matucana pueblo, está conformado por un sistema

principal administrado por EMAPA MATUCANA y que abastece a la localidad de

Matucana, Monterrico y Puerto Nuevo.

Los sistemas independientes son las localidades de Cacachaqui y Huaripachi

administrado por la Juntas Administradoras.

El sistema principal de Matucana consta de una captación de agua subterráneas

procedentes según nos manifiestas los usuarios de la zona de un manantial antiguo que

fue canalizado mediante un drenaje con piedras y que ubica a 3 km de la población a la

altura del km 79 de la carretera central, al margen izquierdo del Río Rímac, en la cota

de 2,470 msnm, que actualmente tiene un rendimiento de 14 lps, es una estructura de

concreto armado en regular estado de conservación. La válvula de control se encuentra

malograda y no cuenta con sistema de rebose.

La Línea de conducción es de FF con más de 50 años de antigüedad, con algunos

sectores que han sido rehabilitados con tuberías de PVC en forma provisional.

El sistema de almacenamiento es un reservorio de concreto armado de 400 m3 de

capacidad, con más 50 años de antigüedad, donde presentan filtraciones por el mal

estado de las estructuras.

El servicio de suministro es deficiente en cuanto en cantidad y continuidad, la población

cuenta con servicio restringido de sólo de 06 horas diarias. Las pérdidas de agua potable

a través de las redes superan el 50%, ya que estas son muy antiguas de más de 50 años.

Dado que el sistema actual de agua potable ya cumplió su periodo de diseño y la

situación del servicio, se ha planteado la construcción de un sistema nuevo.

IV. PARAMETROS BASICOS DE DISEÑO




Los parámetros considerados para el diseño del Sistema de Abastecimiento de Agua

Potable de Matucana, se basarán en el Reglamente Nacional de Construcciones y en la

Norma para el abastecimiento para Localidades Rurales, del Ministerio de Salud.

Periodo de Diseño (T)

Un sistema de Abastecimiento de agua se proyecta de modo tal de atender las

necesidades de una comunidad durante un determinado periodo. El presente proyecto se

ha fijado un periodo de 20 años, en el que los distintos componentes funcionaran en

condiciones hidráulicas aceptables, al termino del cual, el sistema proyectado

funcionará en su máxima capacidad.

Dotación

La dotación de agua potable diaria por habitante está en función al consumo, el clima,

las costumbres y la ubicación de la población. Por lo que para el caso del presente

proyecto y zona rural de costa, se esta considerando una dotación de 150 l/hab./día.

Dotación = 150 l/h/d

Variaciones de Consumo

Las variaciones de consumo consideradas son:

El coeficiente de consumo máximo diario (K1) se considera el 130% del consumo

promedio anual.

El coeficiente de consumo, máximo horario (K2) se considera el 260% del consumo

promedio anual.

V. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

El sistema de abastecimiento de agua para el poblado de Matucana será un Sistema de

Agua Potable Abierto o Ramificado, en el cual el nivel de distribución que se alcanzará




será por lotes, debidamente especificados en el plano de desarrollo urbano así como el

plano topográfico.

Procedimiento para el cálculo

1. Cálculo de la población futura servida por tramos, para esto se usa el plano de

zonificación, la densidad poblacional y la fórmula de población de diseño.

2. Cálculo de las longitudes de tubería por tramo, de las principales y secundarias.

3. Consumo medio: Qm = Pob*Dot

4. Consumo máximo horario: Qmh = K2*Qm

5. El caudal de diseño (Qd) : Qd = Qmh

6. Caudal Unitario : qu = Qd / Pob futura

7. Caudal por tramo: q(tramo) = qu * Nº de hab por tramo

8. Seguidamente conseguiremos el caudal de diseño, haciendo una sumatoria desde

los tramos secundarios hacia los principales, para obtener el caudal necesario

para abastecer a toda la población.

9. Con la longitud por tramo y el caudal de diseño por tramo buscaremos el

diámetro adecuado, mediante un predimensionamiento:

Donde V es la velocidad óptima de Ritcher.




10. Los diámetros conseguidos se ajustarán a los comerciales y con estos últimos

conseguiremos la velocidad correcta para cada tramo:

11. Cálculo de la pendiente de energía:

12. Cálculo de la pérdida de carga:

13. Estos últimos cálculos nos servirán para calcular la cota piezométrica y la

presión inicial y final en las tuberías.

Resultados obtenidos

• Dotación = 150 l/hab/dia

• Plano de distribución de lotes y de curvas de nivel:




• Conteo de lotes y distribución de la red de abastecimiento de agua:




• Consumo Medio:

Qm = 4060hab*150 l/hab/dia = 7.048 l/s

• Caudal de diseño:

Qd = Qmh = K2*Qm = 1.5*7.048 = 10.572 l/s

• Caudal Unitario:

qu = Qdiseño / Pob futura

qu = 10.572/4060 = 0.002604 l/s*hab

• Cuadro para población y cálculo de caudal por tramos:

TRAMO

(m)

POBLACIÓ

N

(actual)

(hab)

POBLACIÓ

N (futura)

(hab)

CAUDAL POR

TRAMO

(l/s)

TUB 1 TUB 2 120.40 146.87 0.382TUB 3 0.00 0.000RAMAL A 0.00




A-A1 0.00 0.000A1-55 34.40 41.96 0.109A1-A2 0.00 0.000A2-54 43.00 52.45 0.137A2-A3 0.00 0.000A3-53 8.60 10.49 0.027A3-A4 0.00 0.000A4-42 47.30 57.70 0.150A4-33 129.00 157.36 0.410A4-A5 0.00 0.000A5-43 25.80 31.47 0.082A5-A6 0.00 0.000A6-41 30.10 36.72 0.096A6-A7 0.00 0.000A7-47 98.90 120.65 0.314RAMAL B 0.00 A-B 0.00 0.000B-B1 0.00 0.000B1-10 12.90 15.74 0.041B1-B2 0.00 0.000B2-14 25.80 31.47 0.082B2-B3 0.00 0.000B3-18 30.10 36.72 0.096B3-B4 0.00 0.000B4-21 38.70 47.21 0.123B4-B5 0.00 0.000B5-24 64.50 78.68 0.205B5-B6 0.00 0.000B6-27 68.80 83.93 0.219B6-B7 0.00 0.000B7-30 124.70 152.12 0.396B7-B8 0.00 0.000B8-29 38.70 47.21 0.123B8-B9 0.00 0.000B9-35 30.10 36.72 0.096B9-B10 0.00 0.000B10-38 64.50 78.68 0.205B10-B11 0.00 0.000B11-40 30.10 36.72 0.096B11-B12 0.00 0.000B12-51 17.20 20.98 0.055B12-46 55.90 68.19 0.178B-B13 0.00 0.000B13-9 12.90 15.74 0.041B13-B14 0.00 0.000B14-13 30.10 36.72 0.096B14-B15 0.00 0.000B15-17 51.60 62.95 0.164B15-B16 0.00 0.000B16-20 60.20 73.44 0.191B16-B17 0.00 0.000B17-23 60.20 73.44 0.191B17-B18 0.00 0.000B18-25 47.30 57.70 0.150




B18-B19 0.00 0.000B19-26 30.10 36.72 0.096B19-B20 0.00 0.000B20-52 8.60 10.49 0.027B20-B21 0.00 0.000B21-28 43.00 52.45 0.137B21-B22 0.00 0.000B22-32 38.70 47.21 0.123B22-31 55.90 68.19 0.178B22-B23 0.00 0.000B23-34 64.50 78.68 0.205B23-B24 0.00 0.000B24-B25 0.00 0.000B25-37 38.70 47.21 0.123B25-B26 0.00 0.000B26-39 47.30 57.70 0.150B26-B27 0.00 0.000B27-45 68.80 83.93 0.219B27-50 111.80 136.38 0.355B24-B28 0.00 0.000B28-36 309.60 377.67 0.983B28-B29 0.00 0.000B29-44 86.00 104.91 0.273B29-B30 0.00 0.000B30-48 30.10 36.72 0.096B30-49 51.60 62.95 0.164RAMAL C 0.00 A-C 0.00 0.000C-2 146.20 178.35 0.464C-C1 0.00 0.000C1-3 94.60 115.40 0.301C1-4 8.60 10.49 0.027C1-C2 0.00 0.000C2-5 81.70 99.66 0.260C2-6 38.70 47.21 0.123C2-C3 0.00 0.000C3-7 60.20 73.44 0.191C3-8 64.50 78.68 0.205C3-C4 0.00 0.000C4-11 51.60 62.95 0.164C4-12 68.80 83.93 0.219C4-C5 0.00 0.000C5-15 38.70 47.21 0.123C5-16 68.80 83.93 0.219C5-C6 0.00 0.000C6-19 60.20 73.44 0.191C6-22 159.10 194.08 0.505

3328.20 4060.00 10.572

• Cuadro de Predimensionamiento, asumiendo velocidad de diseño (Ritcher).




TRAMO (m)

CAUDAL VELODIDAD DE DISEÑO

DIAMETRO ECONOMICO

(m.)

DIAMETRO (pulg)

TUB 1 0.0106 1.5000 0.0947 4TUB 2 0.0004 1.5000 0.0180 1TUB 3 0.0102 1.5000 0.0930 4RAMAL A 0.0000 A-A1 0.0013 1.5000 0.0335 1 1/4A1-55 0.0001 1.0000 0.0118 1A1-A2 0.0012 1.5000 0.0321 1 1/4A2-54 0.0001 1.0000 0.0132 1A2-A3 0.0011 1.5000 0.0303 1 1/4A3-53 0.0000 1.0000 0.0059 1A3-A4 0.0011 1.5000 0.0299 1 1/4A4-42 0.0002 1.0000 0.0138 1A4-33 0.0004 1.5000 0.0187 1A4-A5 0.0005 1.0000 0.0250 1A5-43 0.0001 1.0000 0.0102 1A5-A6 0.0004 1.5000 0.0187 1A6-41 0.0001 1.0000 0.0110 1A6-A7 0.0003 1.5000 0.0163 1A7-47 0.0003 1.5000 0.0163 1RAMAL B 0.0000 A-B 0.0059 1.5000 0.0706 3B-B1 0.0019 1.5000 0.0403 1 1/2B1-10 0.0000 1.0000 0.0072 1B1-B2 0.0019 1.5000 0.0399 1 1/2B2-14 0.0001 1.0000 0.0102 1B2-B3 0.0018 1.5000 0.0390 1 1/4B3-18 0.0001 1.0000 0.0110 1B3-B4 0.0017 1.5000 0.0379 1 1/4B4-21 0.0001 1.0000 0.0125 1B4-B5 0.0016 1.5000 0.0365 1 1/4B5-24 0.0002 1.0000 0.0162 1B5-B6 0.0014 1.5000 0.0341 1 1/4B6-27 0.0002 1.0000 0.0167 1B6-B7 0.0011 1.5000 0.0312 1 1/4B7-30 0.0004 1.0000 0.0225 1B7-B8 0.0008 1.5000 0.0253 1 B8-29 0.0001 1.0000 0.0125 1B8-B9 0.0006 1.5000 0.0231 1 B9-35 0.0001 1.0000 0.0110 1B9-B10 0.0005 1.5000 0.0213 1 B10-38 0.0002 1.0000 0.0162 1




B10-B11 0.0003 1.5000 0.0167 1

B11-40 0.0001 1.0000 0.0110 1B11-B12 0.0002 1.5000 0.0140 1 B12-51 0.0001 1.5000 0.0068 1B12-46 0.0002 1.0000 0.0150 1 B-B13 0.0040 1.5000 0.0580 1B13-9 0.0000 1.0000 0.0072 1 B13-B14 0.0039 1.5000 0.0577 2 1/2B14-13 0.0001 1.0000 0.0110 1 B14-B15 0.0038 1.5000 0.0570 2 1/2B15-17 0.0002 1.0000 0.0144 1 B15-B16 0.0037 1.5000 0.0557 2 1/2B16-20 0.0002 1.0000 0.0156 1 B16-B17 0.0035 1.5000 0.0543 2 1/2B17-23 0.0002 1.0000 0.0156 1 B17-B18 0.0033 1.5000 0.0528 2 B18-25 0.0002 1.0000 0.0138 1 B18-B19 0.0031 1.5000 0.0515 2 B19-26 0.0001 1.0000 0.0110 1 B19-B20 0.0030 1.5000 0.0507 2 B20-52 0.0000 1.0000 0.0059 1 B20-B21 0.0030 1.5000 0.0505 2 B21-28 0.0001 1.0000 0.0132 1 B21-B22 0.0029 1.5000 0.0493 2 B22-32 0.0001 1.0000 0.0125 1 B22-31 0.0002 1.0000 0.0150 1 B22-B23 0.0026 1.5000 0.0467 2 B23-34 0.0002 1.0000 0.0162 1 B23-B24 0.0024 1.5000 0.0448 2 B24-B25 0.0008 1.5000 0.0268 1 B25-37 0.0001 1.0000 0.0125 1 B25-B26 0.0007 1.5000 0.0248 1 B26-39 0.0002 1.0000 0.0138 1 B26-B27 0.0006 1.5000 0.0221 1 B27-45 0.0002 1.0000 0.0167 1 B27-50 0.0004 1.5000 0.0174 1 B24-B28 0.0015 1.5000 0.0359 1 1/4B28-36 0.0010 1.0000 0.0354 1 1/4B28-B29 0.0005 1.5000 0.0213 1 B29-44 0.0003 1.0000 0.0187 1 B29-B30 0.0003 1.5000 0.0148 1 B30-48 0.0001 1.5000 0.0090 1 B30-49 0.0002 1.5000 0.0118 1 RAMAL C 0.0000 A-C 0.0030 1.5000 0.0504 2 C-2 0.0005 1.0000 0.0243 1




C-C1 0.0025 1.5000 0.0463 2 C1-3 0.0003 1.0000 0.0196 1 C1-4 0.0000 1.0000 0.0059 1 C1-C2 0.0022 1.5000 0.0432 1 1/2C2-5 0.0003 1.0000 0.0182 1 C2-6 0.0001 1.0000 0.0125 1 C2-C3 0.0018 1.5000 0.0393 1 1/2C3-7 0.0002 1.0000 0.0156 1 C3-8 0.0002 1.0000 0.0162 1 C3-C4 0.0014 1.5000 0.0347 1 1/4C4-11 0.0002 1.0000 0.0144 1 C4-12 0.0002 1.0000 0.0167 1 C4-C5 0.0010 1.5000 0.0297 1 1/4C5-15 0.0001 1.0000 0.0125 1 C5-16 0.0002 1.0000 0.0167 1 C5-C6 0.0007 1.5000 0.0243 1 C6-19 0.0002 1.5000 0.0127 1 C6-22 0.0005 1.5000 0.0207 1

• Cuadro de resultados finales:

Aki va lo ke falta : el cuadro!

VI. CONCLUSIONES

Se debe contar con la información y estudios necesarios para poder establecer un

proyecto de abastecimiento de agua para una determinada región, estudio

demográfico, plano topográfico, plano de distribución urbana, tipo de suelo de la

zona etc.

Es importante establecer una dotación adecuada para la población de la región a

proyectar, teniendo en cuenta factores como: ubicación (Costa, Sierra, Selva),

altitud sobre el nivel del mar, tipo de clima (frío, cálido), así como el caudal de

diseño que en nuestro caso corresponde al caudal máximo horario Qmh. (K2 =

1.5).




Es necesario conocer la distribución de la población en la región, cabe decir

distribuidas en cada manzana y sus respectivos lotes, para de esta manera poder

obtener un caudal necesario para cada manzana o lote de la región.

Al hacer la distribución de las tuberías en el terreno, es muy importante tener en

cuenta la topografía de la zona, ya que con esta podemos evitar tener tuberías

ascendentes y por consiguiente evitar el uso de bombas, de esta manera

economizamos el diseño del abastecimiento de la región, salvo que sea

inevitable debido a la topografía.

En es te proyecto no se necesito el uso de cámaras rompe presión debido a la

buena planificación del poblado al instalarse en una zona relativamente

homogénea respecto a la distribución de las pendientes naturales.

Para el diseño de la red de distribución también se debe tener en cuenta la

profundidad con respecto a la capa de rodadura para evitar problemas en el

momento de construir las carreteras.

En cuanto a la presión del agua, debe ser suficiente para que el agua pueda llega

todas las instalaciones de las viviendas más alejadas del sistema. La presión

máxima será aquella que no origine consumos excesivos por parte de los

usuarios y produzca daños a los componentes del sistema, por lo que la presión

dinámica cualquier punto de la red no será menor de 5m y la presión estática no

será mas de 50m.

Las redes de abastecimiento en una localidad deben hacerse teniendo en cuenta

todas las variables que podrían afectar nuestra estructura no solo concluyendo la

obra sino después de un tiempo determinado, por lo cual los materiales a usarse

son de vital importancia, por tanto debemos evitar el uso de materiales que no

cumplan con las especificaciones técnicas.


Escalonado de Abastecimiento de Agua en Matucana

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