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    ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

    ACUEDUCTOS

    TeoraRamces Condorena Teran

    01/08/2010

    Esta es la teora y diseo de un Sifon Invertido.

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    Construcciones Hidrulicas ACUEDUCTOS A PRESIN

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    INDICE

    OBJETIVOS Y DEFINICIONES 3

    COMPONENTES DE UN ACUEDUCTO A PRESIN 4

    OBRA DE TOMA 6TUBERAS 7EL CASO PARTICULAR DEL PRFV, PRESENTA UNA FLEXIBILIDAD TAL DE PRODUCCIN, QUE PERMITE LAADOPCIN DEL DIMETRO EXACTO QUE EL CLCULO HIDRULICO REQUIERE. 7ESTACIONES DE BOMBEO 8BOMBAS CENTRFUGAS AXIALES 11

    BOMBAS CENTRFUGAS HORIZONTALES 11BOMBAS CENTRFUGAS MIXTAS 11CMARAPARAVLVULAS DE AIRE 11CMARAPARAVLVULAS DE DESAGE 12VLVULAS SECCIONADORAS 12VLVULAS DE CONTROL (DE ALTA TECNOLOGA) 13CMARAS COMPENSADORAS 14DEPSITOS DE DESCARGA 14CISTERNAS 15

    PASOS BSICOS A SEGUIR EN EL DISEO DE UN ACUEDUCTO A PRESIN 15

    1-ESTUDIOS PRELIMINARES 152- DETERMINACIN DE LOS CAUDALES A ABASTECER POR LA OBRA 163-PLANTEO DE TRAZAS ALTERNATIVAS 184-ELABORACIN DE VARIANTES PARA CADA TRAZA 185-ESTUDIO ECONMICO DE CADA ALTERNATIVA (MTODO DEL MENOR V.A.N.) 197-SELECCIN DE BOMBAS PARA LA ALTERNATIVA SELECCIONADA 198-ESTUDIO DE LOS ASPECTOS HIDRULICOS DE LA ALTERNATIVA 20REGULACIN DEL ACUEDUCTO 20CLCULOS EN RGIMEN PERMANENTE 20CLCULOS EN RGIMEN IMPERMANENTE 209-CLCULO Y/O VERIFICACIN ESTRUCTURAL DE TUBERAS 21

    10- DISEO Y VERIFICACIN ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS CIVILES 21

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    ACUEDUCTOS A PRESINPautas Generales para su Diseo

    OOOBBBJJJEEETTTIIIVVVOOOSSS YYY DDDEEEFFFIIINNNIIICCCIIIOOONNNEEESSS

    Es el objetivo central del presente captulo, la descripcin de los distintos componentes de unacueducto, como as tambin la enumeracin y comentarios sobre las pautas de clculo y diseonecesarias.

    En realidad, el presente constiyuye un texto introductorio, que posibilitar la visin integraldel conjunto del proyecto y sobre todo, la gua de referencia para el tratamiento de los temsconstitutivos del mismo, con la profundidad necesaria prevista para la asignatura que nos ocupa.

    Un ACUEDUCTO es toda aquella obra destinada al transporte de agua entre dos o mspuntos. Esta obra incluye tanto al medio fsico a travs del cual el fluido ser transportado (tuberas,canales, etc.) como a todas las obras adicionales necesarias para lograr un funcionamiento adecuadode la instalacin (Estaciones de Bombeo, Vlvulas de todo tipo, Compuertas, Reservas,Transmisin de energa, etc.).

    Por lo general, la idea de construir un Acueducto surge ante la necesidad de proveer de agua asitios o poblaciones que no disponen en abundancia de la misma, o en caso de disponer, que sucalidad sea deficiente, con todas las consecuencias ingenieriles que esto implica. Por estartransportando un recurso de primera necesidad para el desarrollo humano y por estar involucrada en

    general una cantidad importante de personas, de recursos de la Ingeniera e importantes recursoseconmicos, es que el diseo correcto de esta obra se hace especialmente importante, sobre todoteniendo en cuenta la trascendencia social de la obra en consideracin.

    Los Acueductos pueden funcionar A PRESIN (en tuberas cerradas) o bien ASUPERFICIE LIBRE (a travs de canales o tuberas parcialmente llenas). Los primeros tienen lalimitacin impuesta por la tecnologa actual de tuberas, por lo que se usan por lo general paracaudales menores a los 4 m3/s. Cuando los caudales son muy grandes, resulta mucho ms cmodo yeconmico el transporte a superficie libre. En el rango de caudales medios, habr que analizar lasituacin de la zona, sobretodo la topografa, para decidir cul sera la alternativa ms conveniente.

    ACUEDUCTOS

    A PRESIN A SUPERFICIE LIBRE

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    En algunas ocasiones, los acueductos tienen como misin la conduccin tanto de lquidos

    cloacales como pluviales, formando en ese caso parte de lo que podramos denominar un proyectode drenaje. No obstante, todo lo que aqu mencionaremos es absolutamente aplicable en tanto y encuanto se conduzca el mismo fluido, o sea Agua. En todos los casos, la determinacin del caudal aconducir forma parte de un captulo fundamental al que nos referiremos ms adelante.

    En lo que sigue, y debido a que el propsito principal de nuestra materia son las tuberas, nosreferiremos exclusivamente a los Acueductos a Presin.

    CCCOOOMMMPPPOOONNNEEENNNTTTEEESSS DDDEEE UUUNNN AAACCCUUUEEEDDDUUUCCCTTTOOO AAA PPPRRREEESSSIIINNN

    En la Figura 1 podemos ver un dibujo esquemtico del corte longitudinal de un Acueducto aPresin, con las correspondientes lneas de energa dinmica y esttica.

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    CMARA PARAVLVULA DE

    AIRE

    CMARA PARA

    VLVULA DEDESAGUE

    DEPSITODE

    DESCARGADISPOSITIVOANTIARIETE

    TOMA YESTACIN

    DEBOMBEO B

    ESTACINDE

    BOMBEO

    B

    DISPOSITIVOANTIARIETE

    CMARACOMPENSADORA

    CMSECCION

    CMARAREGULADORA

    DEPRESIN

    Figura 1Componentes Principales de un Acueducto a Presin

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    OBRA DE TOMA

    La Obra de Toma forma un conjunto de estructuras y sus auxiliares que permiten extraer aguadel curso de un ro o de algn tipo de embalse (natural o artificial) en condiciones satisfactorias deflujo y con un control adecuado.

    El diseo de la misma vara mucho de acuerdo con las condiciones geolgicas y topogrficas,el lugar de donde se realiza la extraccin y las variaciones del caudal a extraer. En grandes ros o engrandes presas, incluso, se puede requerir de varias tomas, o bien una toma con varios pasajes oconductos.

    En general, una obra de toma consiste en una estructura de entrada, conductos, mecanismosde regulacin y emergencia con su equipo de operacin y dispositivos para disipacin de energa.

    En la Figura 2 se pueden apreciar algunos diseos comunes para este tipo de obra.

    Figura 2Obras de Toma

    Blo ue de hormi n

    Rejilla

    Junta flexible

    Toma de Agua Sumergida

    Embalse

    Presa

    Tubera

    Vlvula

    Toma de Agua en Presas

    Conducto deextraccin

    Mecanismos demandos y caseta deoperacin

    Orificios de acceso

    Compuerta decilindro

    Torre de Toma

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    TUBERAS

    Constituyen la componente indispensable en las obras de Acueductos a Presin ya que sernlas encargadas de conducir el agua entre la obra de toma y la reserva final. Por lo general,

    constituyen no menos del 60% del costo total de la obra, por lo que es muy importante su estudioprofundo si se quiere hacer un buen proyecto.

    Es indispensable una adecuada seleccin de las mismas (ver Seleccin de Tuberas en base alconcepto de Prestaciones Equivalentes) y el correspondiente dimensionamiento de acuerdo a loscaudales a transportar, la topografa de la traza elegida y a las solicitaciones (internas y externas)que debern soportar (presin de trabajo, sobrepresin por transitorios, cargas por el relleno de lazanja y por el trnsito, etc.).

    Los materiales ms frecuentes de tuberas en la oferta local son:

    - Poliester Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV)- Policloruro de Vinilo (PVC)- Hormigones Armados y Pretensados o Postesados, con alma de acero o sin ella.- Fundicin Dctil- Acero- Poliester de Alta Densidad (PEAD)

    En la seleccin del material de las tuberas, deben tenerse en cuenta todos los conceptosdescriptos en el tema Prestaciones Equivalente de Tuberas deDistintos Materiales.

    En apretada sntesis, se recuerda que aquellas tuberas que se comportan como flexibles unavez instalada en la zanja, estn caracterizadas por una elevadsima resistencia a la traccin, lo quelas hace sumamente resistentes a las solicitaciones debidas a la presin interna, requiriendo paraello pequeos espesores. Pero justamente esta propiedad es la que implica una baja resistencia a lascargas externas o de aplastamiento, puesto que frente a las mismas la tubera tiende a ovalizarsecon facilidad, dando lugar a reacciones laterales que deben ser resistidas por los prismas laterales dela zanja con el correspondiente compactado.

    Por otra parte, dos caractersticas distintivas y destacables de las tuberas plsticas en generalson, su inercia qumica al ataque corrosivo de los suelos y que posibilitan un gran atenuamiento

    para las ondas positivas por Golpe de Ariete, debida a la baja celeridad de transmisin de las ondas

    de sobrepresin y depresin, que presentan como consecuencia de su elasticidad.

    El caso particular del PRFV, presenta una flexibilidad tal de produccin, que permite laadopcin del dimetro exacto que el clculo hidrulico requiere.

    Dentro de las tuberas plsticas, las tuberas de PVC por lo general constituyen una alternativade muy buena resistencia muy econmica, siempre y cuando se trabaje en el rango de dimetrosentre 63 y 500 mm.

    Una caracterstica importante a tener en cuenta es que, para un dimetro nominal dado, eldimetro real de clculo hidrulico de estas tuberas (PVC) es menor cuanto mayor es la resistenciade las mismas. Esto se debe a que, debido al proceso de fabricacin, el incremento de espesor de las

    paredes de la tubera, que se hace para aumentar su resistencia, se realiza hacia adentro y no hacia

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    afuera como en el resto de los materiales del mercado. Por lo tanto, para las tuberas de PVC, eldimetro real depender de la clase.

    Adems, su bajo peso, y consecuente facilidad de transporte y manipuleo en obra, constituyenuna importante propiedad a ser evaluada en los anlisis de costos.

    Las tuberas con comportamiento rgido frente al suelo de apoyo, permiten un diseo dezanjas menos exigente, puesto que no deben evitar la ovalizacin en base a un compactado muyespecial de los prismas laterales,

    Si bien la celeridad de la onda de sobrepresiones es del orden de los 1000 m por segundo y,por lo tanto, sus magnitudes son mayores y ms expuestas a las sobrepresiones, no presentanpeligro de aplastamiento por depresiones sumadas a la accin de las cargas externas.

    Obviamente, su resistencia elevada al aplastamiento les dar ventaja relativa en el rango de las

    bajas presiones, cuando se hace importante la accin de las cargas externas.Como puede observarse con algunas de las ventajas y desventajas relativas (a veces

    contradictorias) enunciadas, la seleccin del material requiere de un cuidadoso estudio comparativo,tal como se indica en el texto relativo a Prestaciones Equivalentes. El mismo implica elconocimiento profundo de las propiedades de las tuberas de los distintos materiales que se ofertanen el mercado.

    ESTACIONES DE BOMBEO

    Las Estaciones de Bombeo, dispuestas convenientemente a lo largo de la traza del Acueducto,son las encargadas de proveer al caudal, la energa necesaria para poder sortear los obstculos dados

    por la topografa y para compensar las prdidas de energa ocurridas en la conduccin (prdidas porfriccin y localizadas).

    El estudio detallado del nmero y localizacin de estas estaciones de bombeo posibilitar laoptimizacin del sistema y, sobretodo, de la seleccin y dimensionamiento de las tuberas.

    Las Estaciones de Bombeo estn integradas por un conjunto de equipos e instalacioneselectromecnicas montadas en una obra civil. Entre los equipos e instalaciones electromecnicas

    cabe mencionar:

    Bombas Motores Instalaciones de la Fuente de Energa. Instalaciones auxiliares de comandos, control y seguridad.

    Debe tenerse en cuenta, adems, la colocacin de vlvulas seccionadoras (aguas arriba y abajode cada bomba) y de una vlvula de retencin a la salida que cumple la funcin de evitar que elfluido retorne (en caso de una detencin total o parcial del equipo), haciendo que el rotor gire en

    sentido inverso. Esta ltima deber colocarse entre la bomba y la vlvula seccionadora aguas abajo

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    de la misma, de manera tal que, en caso de desarme, no ser necesario vaciar la caera deimpulsin.

    El diseo de la obra civil de estas estaciones se compone de dos partes bien diferenciadas:

    A)El dimensionamiento hidrulico, tanto de las conducciones como de lasestructuras, que depende de las funciones de la estacin y del tamao y tipode bombas empleadas.

    B) El diseo arquitectnico y estructural.Con respecto a la ubicacin de las bombas dentro de las estaciones, pueden darse dos

    posibilidades:

    1.- EMPLAZAMIENTO INDIRECTO ( CMARA SECA): En este caso las bombas y

    los respectivos motores se colocan en un recinto independiente o a la intemperie. Lasbombas y la cmara seca, si existe, pueden adosarse a la obra de toma o pozo de bombeo,lo que se conoce como emplazamiento lateral o colocarse en la parte superior de losmismos, que corresponde a un emplazamiento superior.

    Figura 3Estaciones de Bombeo con Cmara Seca

    POZO DEBOMBEO

    VlvulaSeccionadora

    Vlvula deRetencin

    Bomba yMotor

    CMARASECA

    CMARAHMEDA

    Bomba yMotor

    VlvulasSeccionadoras

    Vlvula deRetencin

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    2.- EMPLAZAMIENTO DIRECTO ( CMARA HMEDA): En este segundo caso, las

    bombas estn dentro de la masa lquida de la obra de toma o pozo de bombeo. Losmotores, por su parte pueden hallarse junto a la bomba en la cmara hmeda o en unacmara seca superior o a la intemperie.

    Figura 4Estacin de Bombeo con Cmara Hmeda

    La mejor alternativa para la instalacin electromecnica depende de la necesidad,conveniencia, ubicacin y seguridad del sistema de bombeo, tanto como de los costos relativos delas diversas soluciones desde el punto de vista electromecnico, hidrulico y civil.

    En general, la cmara seca implica mayores inversiones puesto que la estructura resultamucho mayor. Adems, en este caso, debe se debe tener especial cuidado con la ubicacin de las

    POZODE

    BOMBEO

    Bomba yMotor

    Bomba

    Motor

    POZO DEBOMBEO

    CMARASECA

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    bombas debido a la posibilidad de cavitacin que puede ocurrir en los rotores en caso de unemplazamiento inadecuado (ver Seleccin Fina de Bombas).

    Dependiendo de los requerimientos del sistema las bombas pueden ser ms de una, dispuestasen serie o en paralelo (ver Seleccin Fina de Bombas).

    Con respecto a la tecnologa de las bombas, hay que aclarar que, en Acueductos a Presin, seutilizan las conocidas como Bombas Centrfugas, que son aquellas compuestas por un elementorotatorio que es el que imparte energa al agua. En el mercado existen muchos tipos de bombascentrfugas y se que se pueden diferenciar, en primera aproximacin, como:

    Bombas Centrfugas Axiales

    Bombas Centrfugas Horizontales

    Bombas Centrfugas Mixtas

    CMARA PARA VLVULAS DE AIRE

    La funcin de las vlvulas de aire es la de controlar el aire en el interior de las conducciones,posibilitando ingresos y egresos, de acuerdo a las necesidades y tratando de evitar, o al menos

    minimizar, la posibilidad de que quede atrapado en algn sector alto de la misma, con lasconsecuencias que esto implica (ver El Aire en las Conducciones a Presin). Deben disponerse entodos los puntos altos o picos de la conduccin y espaciadas en no ms 1000 m entre s. En laFigura 6 puede verse un esquema de estas cmaras.

    Figura 6Cmara para Vlvula de Aire

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    CMARA PARA VLVULAS DE DESAGE

    Estas cmaras se disponen en los puntos bajos (distanciadas unas de otras en no ms de3000m) con el fin de permitir el desagote de la tubera en cada sector, en caso de tener que vaciar

    algn tramo del acueducto (ya sea por razones de limpieza, operativas o por alguna rotura sufrida enalgn sector). La Figura 7 muestra un esquema de estas cmaras.

    Figura 7Cmaras de Desage

    VLVULAS SECCIONADORAS

    Las vlvulas seccionadoras son las encargadas de posibilitar la divisin del acueducto entramos independientes. De esta manera, en caso de hacerse necesaria la reparacin de algn sector

    de tubera, o de algn otro accesorio, no hace falta el vaciado del acueducto, slo se aisla el tramoen problemas,cerrando las vlvulas seccionadoras al comienzo y al final del mismo.

    La cantidad, tipo y distribucin de estas vlvulas en la instalacin depender, de laconfiguracin de cada problema en particular y de la decisin del proyectista.

    En la Figura 8 puede apreciarse un esquema de cmara para estas vlvulas.

    Figura 8

    Cmara para Vlvula Seccionadora

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    Asimismo, todos los componentes mecnicos de la obra (bombas, vlvulas, etc.) debencolocarse entre dos de estas vlvulas con el mismo fin (permitir el reemplazo de los mismos sinsacar de funcionamiento el tramo entero).

    VLVULAS DE CONTROL (DE ALTA TECNOLOGA)

    Las vlvulas de control, como su nombre lo dice, se encargan de controlar la presin o elcaudal, en el lugar donde estn emplazadas, en valores especificados por el operador del sistema. Enla Figura 9 se muestra un esquema de una cmara tipo para estas vlvulas.

    Figura 9Cmara para Vlvula de Control

    Por lo general, existen cuatro tipos de vlvulas de control:

    1. Vlvulas Reductoras de Presin: Estas vlvulas mantienen una presin de control(especificada por el operador) constante aguas abajo del lugar de su emplazamiento,siempre y cuando sta sea menor que el valor de la presin aguas arriba (en caso contrario,la habilidad de control se pierde).

    2. Vlvulas Sostenedoras de Presin: Estas vlvulas son similares a las anteriores en cuanto aque controlan la presin en el lugar. Pero, en este caso, la presin de control se mantieneaguas arriba del lugar de emplazamiento de la vlvula. Si la presin aguas abajo de la

    misma es superior a la de control, la habilidad de mantener esta presin se pierde.

    3. Vlvulas para Cada de Presin Constante: Estas mantienen una cada de presinconstante en el lugar de emplazamiento.

    4. Vlvulas Controladoras de Caudal: Estas vlvulas mantienen el caudal fijo en el valor decontrol especificado por el operador del sistema. Estas vlvulas pierden, por lo general, sucapacidad de control cuando no existe prdida de carga a travs de las mismas o cuando seencuentran con un flujo en reversa.

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    CMARAS COMPENSADORAS

    Estas cmaras consisten en tanques conectados al acueducto que mantienen un flujobidireccional con el mismo. Debido a esta conexin permanente, el nivel de agua en estas cmaras,para cada instante, se mantiene fluctuante en correspondencia con la cota de la lnea piezomtricadada por el funcionamiento del sistema en ese punto. En la Figura 10 puede observarse un esquemade este tipo de tanques.

    Figura 10Cmara Compensadora

    Su funcin primordial consiste en brindar un nivel de energa esttica adecuado (en caso dedetenimiento del sistema). No obstante, si est correctamente dimensionado, pueden ayudar enacotar las ondas de sobrepresin durante un transitorio.

    DEPSITOS DE DESCARGA

    Estos son tambin tanques conectados al acueducto, pero esta vez no en forma permanente.La conexin posee una vlvula de retencin que slo permite el flujo desde el depsito en direccinhacia la tubera principal. No existe el ingreso de agua proveniente del acueducto en el tanque.

    El propsito de este tipo de dispositivo es el de proveer de agua al acueducto durante lasondas de depresin que ocurren durante los transitorios y minimizar as sus efectos indeseables.Producida la descarga, su recarga posterior, se realiza mediante una conexin especial provenientedel mismo acueducto.

    Existen otros tipos de instalacin antiariete, pero a stos los estudiaremos en profundidad enel captulo correspondiente.

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    CISTERNAS

    Consisten tambin en reservas de agua, de flujo bidireccional como en las cmarascompensadoras. Sin embargo, a diferencia de stas, las cisternas son generalmente capaces decontener volmenes de agua mucho mayores, suficientes como para poder considerarla, a los fines

    prcticos, como un reservorio infinito (es decir que el nivel del pelo del agua en el interior de lascisternas se mantiene prcticamente constante, an durante los transitorios).

    Se utilizan generalmente para imponer condiciones de borde al sistema (el nivel de agua enese punto) y, sobretodo, cuando se necesita almacenar gran cantidad de agua (para provisin deagua potable de una localidad cercana, por ejemplo).

    PPPAAASSSOOOSSS BBBSSSIIICCCOOOSSS AAA SSSEEEGGGUUUIIIRRR EEENNN EEELLL DDDIIISSSEEEOOO DDDEEE UUUNNN AAACCCUUUEEEDDDUUUCCCTTTOOO AAA PPPRRREEESSSIIINNN

    1 - ESTUDIOS PRELIMINARES

    Estos estudios tienen como objetivo establecer las bases y reunir informacin mediante la cualse fundamentar el Proyecto. Los Estudios Preliminares proveen los elementos bsicos para lasdecisiones esenciales en la etapa de diseo.

    En general, comprenden:

    A) Reconocimiento preliminar

    Donde se recogen los elementos auxiliares necesarios para el Estudio, a los efectos deidentificar las caractersticas del rea. Son fuentes de informacin las cartas satelitales,topogrficas, geolgicas e hidrogrficas del rea en estudio.

    Una vez identificadas las zonas en los documentos, se debe efectuar una inspeccin visual

    para un mejor conocimiento del rea en estudio.

    B) Recopilacin de Datos y Antecedentes, Anlisis de los mismos y Elaboracin de datos

    La informacin a obtener se relaciona con los siguientes aspectos:

    Localizacin y delimitacin del rea afectada Reconocimiento areo y terrestre Estudio de mapas satelitales existentes

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    Topografa de la zona Geologa, Geomorfologa local e Hidrogeologa

    Clima y vegetacin local Hidrografa local y zonal Caracterizacin de la Fuente y su eventual variacin de niveles. Informe

    general sobre la calidad de sus aguas y aspectos de inters para el proyecto.

    Problemas ambientales del rea Aspectos jurdicos e institucionales Opinin e intereses de la comunidad Estudios de la Poblacin afectada Disponibilidad de fuentes de energa en la zona

    C) Ordenamiento y Anlisis de la Informacin Recogida

    Una vez obtenidas las informaciones en los organismos nacionales, provinciales y

    comunales competentes, adems de los estudios propio realizados, se procede al anlisisexhaustivo de los mismos, las conclusiones que de l surjan y la elaboracin de los datosnecesarios para el clculo y diseo de los distintos componentes del sistema a proyectar.

    El anlisis comprende los trabajos necesarios para definir la configuracin del sistema enestudio y la Economicidad del Proyecto. Se abordan los estudios con la informacinaportada por el Reconocimiento preliminar, la Recopilacin de Datos y verificacionesexpeditivas.

    2 - DETERMINACIN DE LOS CAUDALES A ABASTECER POR LA OBRA

    Los caudales se determinarn a partir del anlisis de la demanda de agua que se producir enla zona durante la vida til de la obra.

    Esta demanda, como es lgico, es directamente proporcional a la cantidad de poblacinafectada, por lo que se hace necesario, antes que nada, un anlisis profundo de la misma y delcrecimiento demogrfico esperado.

    El anlisis del crecimiento demogrfico se realiza en base a mtodos de proyeccin, loscuales se encargan de estimar cmo habr de ser la evolucin de la zona en el futuro, teniendo en

    cuenta, para ello, cmo ha sido su evolucin en el pasado. El perodo de proyeccin se establece, engeneral, en base al perodo de diseo o vida til de las instalaciones, a partir del momento de su

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    habilitacin. La poblacin inicial, correspondiente a la fecha prevista para la habilitacin de cadasistema se calcula utilizando como perodo de proyeccin el que media entre la fecha del ltimocenso nacional y la de dicha habilitacin. Los mtodos ms frecuentemente utilizados son:

    Ajuste Lineal de Tendencia Histrica Tasa de Crecimiento Medio Anual Constante Tasas de Crecimiento Medio Anual Decrecientes Curva Logstica Relacin - Tendencia Crecimiento Urbano

    Mediante estos mtodos, entonces, podr elaborarse una tabla informando, ao a ao, lapoblacin estimada que tendr cada lugar durante toda la vida til de la obra.

    Ahora, tomando esta informacin podemos calcular fcilmente los caudales si asignamos un

    gasto de agua aproximado por habitante en el ao. Este es el concepto de Dotacin, que seexpresa en [litros/seg x hab] (litros por segundo por habitante).

    De esta forma, el caudal deber calcularse como:

    Qi = Pi . di

    Donde:- Qi : Caudal a abastecer en el ao i- Pi : Poblacin en el ao i- di : Dotacin en el ao i

    El valor, para cada ao, de la dotacin se podr estimar de dos maneras:

    a) Si la poblacin a abastecer por el Acueducto ya posee un sistema de provisin de agua(proveniente de otra fuente), podrn analizarse los registros de consumo por habitante delos ltimos aos y extrapolar los valores para el perodo de vida til de la obra de manerasimilar a como se hizo con los registros de poblacin.

    b) Si la poblacin en estudio no posee sistema de provisin de agua, la dotacin deberestimarse en base a los registros tomados en poblaciones de caractersticas similares.

    En todos los casos, estas dotaciones estimadas constituyen valores medios. Por lo tanto,como el caudal de diseo del sistema deber ser el mximo posible que pueda darse durante la vidatil de la obra (es decir el mximo caudal del da de mayor consumo del ltimo ao de la vida til),ser necesario afectar al caudal de un coeficiente de pico () que convierta los caudales mediosen caudales mximos. Entonces, la expresin anterior queda:

    Qi = . Pi . di

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    3 - PLANTEO DE TRAZAS ALTERNATIVAS

    El planteo de trazas, como es lgico, se debe realizar luego de un estudio profundo de latopografa de la zona.

    Una traza adecuada debera tener elevaciones tenues, debe ser lo ms lisa posible y con undeclive apropiado en direccin a la zona de destino de la obra. Idealmente, este declive debera serdel orden de la pendiente de la lnea de energa del sistema (dada por las prdidas unitarias porfriccin en la tubera).

    Por supuesto, las condiciones antes expuestas seran ideales. En la prctica, por lo general esdifcil encontrar trazas con semejantes caractersticas.

    Tambin es importante tener en cuenta la economicidad de la obra. Con esto nos referimos alhecho de que, muchas veces, el proyectista, en su bsqueda por una traza que tenga una topografa

    ideal, quizs elige un recorrido muy largo (rodeando colinas, por ejemplo) que demandar costosmuy grandes en instalacin de tuberas, y no nos olvidemos que stas constituyen no menos del60% del monto total de la obra. A veces conviene elegir trazas ms cortas y ms desfavorables, aexpensas de un mayor gasto de energa (habr que elevar ms en las Estaciones de Bombeo oagregar nuevas) ya que, muchas veces, este gasto adicional es menor que el que supondra lainstalacin de una cantidad mayor de tuberas. Como en todos los rdenes, se debe llegar a unequilibrio y elegir trazas que equilibren aproximadamente estos aspectos.

    Por supuesto, todo esto no puede ser conocido de antemano, no podemos saber qu traza serms econmica antes de plantear, en cada una, un proyecto preliminar. Sin embargo, con un pocode experiencia en el tema, podemos intuir cules sern las ms adecuadas. De esta manera, lo

    ideal es elegir un conjunto de trazas que intuitivamente nos parezca que pueden funcionar yanalizar luego cada una hasta encontrar la ms adecuada.

    4 - ELABORACIN DE VARIANTES PARA CADA TRAZA

    En el paso anterior seleccionamos un grupo de trazas alternativas (por lo general, se eligen 2 3 para analizar en profundidad). Ahora deberamos plantear distintas alternativas o variantes de

    proyecto para cada una de estas trazas.

    Estas variantes se diferenciarn en:

    Material de la tuberas. Nmero, distribucin y potencia de las Estaciones de Bombeo. Nmero y distribucin de las Cmaras compensadoras, Cmaras reguladoras de Presin,

    Cisternas, etc. Dimetro y espesor de las tuberas (que surgir del clculo a partir de todas las

    condiciones anteriores).

    Estas variantes en las distintas trazas elegidas constituirn las distintas ALTERNATIVAS de

    Proyecto para analizar.

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    5 - ESTUDIO ECONMICO DE CADA ALTERNATIVA (Mtodo del Menor V.A.N.)

    Una vez definidas las Alternativas, deber realizarse, entonces, un estudio econmico (con unenfoque totalmente preliminar) para determinar cul ser la alternativa ms conveniente.

    Esta alternativa, no necesariamente ser aquella que signifique un costo menor de obra yaque, a pesar de ser una alternativa BARATA, puede no ser la ms ECONMICA. La distincin esten que la alternativa ms econmica tiene en cuenta, adems del costo de obra, todos los demscostos que supondr la instalacin a lo largo de su vida til (energa, operacin y mantenimiento,etc.). Y stos tienen mucho que ver con la configuracin adoptada. Por ejemplo, una obra conmuchas estaciones de bombeo puede ser muy barata por el ahorro en tuberas instaladas pero no sereconmica por los grandes costos de consumo de energa que demandar durante sufuncionamiento.

    Para realizar la seleccin, entonces, es ideal utilizar algn mtodo que tenga en cuenta todosestos parmetros e incluya, adems, el factor TIEMPO, ya que muchos de estos costos serndiferidos a lo largo de la vida til de la obra.

    Una opcin recomendable para realizar el anlisis es el Mtodo del Menor Valor ActualNeto ya que fue especialmente diseado para el caso que nos ocupa, es decir la EvaluacinEconmica de Proyectos de Acueductos a Presin con el fin de seleccionar alternativas.

    Este mtodo implica estudiar tanto los costos de inversin inicial como aquellos que sesucedern a lo largo de la vida til de la obra para cada alternativa en consideracin. Luego, con

    todos estos datos, el mtodo calcula el VALOR ACTUAL NETO, que no es ms que la suma decostos que implicar la construccin y operacin de la obra en cada ao y llevados al ao cero (parapoder hacerlos comparables) a travs de una tasa de inters adecuada.

    La obra ms econmica ser, entonces, aquella alternativa cuyo VALOR ACTUAL NETO(V.A.N.) sea mnimo.

    Para una mayor informacin acerca del mtodo, recomendamos la lectura del apunteSeleccin de Alternativas en Base al Menor Valor Actual Neto.

    7 - SELECCIN DE BOMBAS PARA LA ALTERNATIVA SELECCIONADA

    En los pasos anteriores nos dedicamos a la seleccin de la alternativa ms adecuada. Ahoranos toca comenzar a definirla en profundidad.

    El primer paso ser la seleccin de los equipos mecnicos de las estaciones de bombeo ya queel funcionamiento de los mismos constituye una importante condicin de borde en todos losclculos hidrulicos posteriores.

    En la prctica, la seleccin de bombas la realiza por lo general el proveedor. Sin embargo, essiempre conveniente que el proyectista verifique el punto de funcionamiento de la instalacin con

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    las bombas seleccionadas. El proceso de verificacin puede verse claramente en el apunteSeleccin Fina de Bombas.

    8 - ESTUDIO DE LOS ASPECTOS HIDRULICOS DE LA ALTERNATIVA

    Regulacin del Acueducto

    Con regulacin del acueducto nos referimos a la ubicacin y forma de funcionamiento deposibles cmaras compensadoras, cisternas y cmaras reguladoras de presin. stas, como es fcilpresumir, impondrn condiciones de borde al sistema que limitarn los clculos hidrulicosposteriores, por lo tanto su implementacin debera disearse antes que nada.

    Clculos en Rgimen Permanente

    Para plantear las alternativas, debieron esbozarse los clculos en rgimen permanentepreliminares. En esta etapa, entonces, corresponder afinar dichos clculos. Para hacerlo, serecomienda utilizar ms de un mtodo (frmula de Hazen y Williams, frmula de Darcy-Weisbach,etc.), y contrastarlos para evitar resultados errneos.

    Clculos en Rgimen Impermanente

    Antes que nada, debern plantearse alternativas de dispositivos antiariete que puedanamortiguar lo suficiente las ondas de sobrepresin dadas por el transitorio, de manera tal que las

    presiones resultantes puedan ser soportadas, sin inconvenientes, por las tuberas (no nos olvidemosque las tuberas son diseadas de forma tal que soporten 1.5 veces el valor de presin dado por laclase). A continuacin, entonces, deber verificarse el sistema para cada alternativa haciendo losclculos correspondientes.

    Estos son los clculos ms complicados ya que implican simulaciones del comportamiento delsistema en el tiempo, por lo que la cantidad de variables es apreciable.

    Actualmente, existen softwares de ltima generacin que nos resuelven el problema, pero esimportante conocer el tema en profundidad para poder ingresar los datos correctos al programa yanalizar sus resultados.

    Por ello, se recomienda realizar un primer clculo a mano utilizando los mtodos deacotamiento conocidos (que nos informarn los valores mximos y mnimos posibles de presin queocurrirn en las tuberas). De esta forma, conociendo estos valores, podremos analizar con mayorcriterio los resultados que nos puede dar el programa.

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    Ahora... Para que usar un software tan complejo si con un par de cuentas resolvemos elproblema? La respuesta es simple: porque somos Ingenieros y nuestra misin es encontrarsoluciones que funcionen y econmicas. El diagrama envolvente que nos dan los mtodos deacotamiento son los mximos posibles, valores a los que nuestro sistema en particular puede nollegar nunca. Por lo tanto, si nos quedamos nicamente con esta envolvente disearemos un sistemaque funcionar bien, pero que estar sobredimensionado y, por lo tanto, no ser econmico.

    Por lo tanto, es importante la realizacin de los clculos por ambos mtodos: uno, msrudimentario, para corroborar los resultados (para saber qu esperar) del otro, ms sofisticado y

    preciso. Con ste ltimo, por supuesto, verificaremos la bondad del sistema para cada alternativa.

    Por ltimo, entre las alternativas que verifican se elegir la solucin tcnica yeconmicamente ms adecuada para el caso.

    9 - CLCULO Y/O VERIFICACIN ESTRUCTURAL DE TUBERAS

    La determinacin del espesor y la verificacin estructural de tuberas es realizada, en laprctica, por el proveedor de las mismas. Sin embargo, del mismo modo que con los equiposelectrobombas, es conveniente que el proyectista verifique los clculos. Los procedimientos parahacerlo dependern de las Normas que competan al material de la tubera en cuestin ( ver ClculoEstructural de Tuberas).

    10 - DISEO Y VERIFICACIN ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS CIVILES

    Este ltimo paso comprende el diseo, dimensionado y verificacin de las estructuras en todaslas obras civiles que deban hacerse para el acueducto. Estas obras incluyen:

    Edificio para las Estaciones de Bombeo. Cmaras para Vlvulas de aire, de Desage, Seccionadoras, de Retencin, etc. Cmaras para Vlvulas de Control. Depsitos (Cmaras Compensadoras, Depsitos de Descarga, Cisternas, etc.). Instalaciones necesarias para el Telecontrol y encargados de Operacin y Mantenimiento. De existir, las instalaciones de la Planta Potabilizadora.