Agua Potable Para Poblaciones Rurales Sistemas de Abastecim[1]

8/2/2019 Agua Potable Para Poblaciones Rurales Sistemas de Abastecim[1]

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AGUAPOTABLEPARA

POBLACIOhRURALESsistemas deabastecimiento

por gravedadsin tratamiento

Roger Aguero Pittman

SER


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La publicacion de este libro ha sido posible graciasal apoyo de ManosUnidasde Espana.

Fecha de Ingreso:,No- de ingreso :,---- m-

O De esta edicion: Asociacion Servicios Educativos Rurales (SER)Jr. Pezet y Monel (antes Tupac Amaru) 1870, Lince.Lima, 14 ,Peru. Telefono: 472-7950. Telefax: 472-7937Caratulay diagramacion: Cecilia DiazFoto Caratula: Roger Aguero P.


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AGRADECIMIENTOS

Deseo expresar en primer termino mi agradecimiento a la Ing. RosaMiglio Toledo, profesora d e Saneamiento Rural d e la Universidad Na-cional Agraria, por su apo rte en la revision del presente docum ento. AlIng. Nicanor Vidalon Quijada, mi especial agrad ecimientopor su valio-sa colaboracion para la realizacion de este libro.A los pob ladores de las diferentes localidades donde SE R implemen tolas obras de abastecimiento d e agua potable, gracias a cuyo apo yo segano en experiencia.A Roxana Garcia-B edoya, Directora de Servicios Educativos R urales(SER), mi reconocimiento por su apoy o en la revision del manu scritoasi como por su interes y dedicacion para la cuidada edicion del pre-sente texto. A SER q ue apoyo esta obra en todos sus aspectos y per-mitio su publicacion.Muchas personas animaron, y aportaron con su s buenas ideas, en for-ma directa o indirecta para hacer posible esta publicacion. A todasellas mi sincero agradecimiento, con la seguridad de q ue el esfuerzoque conjuntamente hemo s realizado constituye una valiosa contribu-cion para todo los profesionales y tecnicos ligados al trabajo d e sanea-miento basico rural.

Lima, setiembre de 1997Roger Aguero Pittman


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INFORMACION SOCIALA) PoblacionB) Nivel de organizacion de la poblacionC) Actividad economicaI N F O R M A C I ~ N ECNICAA) Investigacion de la fuenteB) TopografiaC) Tipo de sueloD) ClimaINFORMACION COMPLEMENTARIAPOBLACION DE DISENO Y DEMANDA DE AGUAPOBLACION FUTURAA) Periodo de disenoB) Metodos de calculoDEMANDA DE AGUAA) Factores que afectan el consumoB) Demanda de dotacionesC) Variaciones periodicasFUENT ES DE ABASTECIMIENTOTIPOS DE FUENTES DE AGUAA) Aguas de lluviaB) Aguas superficialesC) Aguas subterraneasSELECCION DEL TIPO DE FUENTEA) ManantialesCANTIDAD DE AGUAA) Metodo volumetricoB) Metodo de velocidad - areaCALIDAD DE AGUAASPECTOS LEGALES


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CAMARA DE CAPTACIONTIPOS DE CAPTACIONDISENOHIDRAULICO Y DIMENSIONAMIENTOA) Captacion de un m anantial de ladera y concentradoB) Captacion de un manantial de fondo y concentradoDISENO ESTRUCTURAL

CRITERIOS DE DISENOA) Carga disponibleB) Gasto de disenoC) Clases de tuberiaD) DiametrosE) Estructuras complementariasLINEA DE GRADIENTE HIDRAULICAPERDIDA DE CARGAA) Perdida de carga unitariaB) Perdida d e carga por tramoPRESIONC O M B I N A C I ~ N E TUBERIASPERFILES EN "U"DISENO HIDRAULICO DE LA CAMA RAROMPE PRESIONRESERVORIO DE ALMACENAMIENTOCONSIDERACIONES BASICASA) Capacidad del reservorioB) Tipos de reservoriosC) Ubicacio n del reservorioCASETA DE VALVULASA) Tuberia de llegadaB) Tuberia de salidaC ) Tuberia de limpiaD) Tuberia de reboseE) By-passCALCULO DE LA CAPACIDAD DEL RESERVORIODISENO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIOA) Calculo de momentos y espesorB) Distribucion de la armaduraC ) Chequeo por esfuerzo cortante y adherencia

CONSIDERACIONES BASICAS DE DISENOTIPOS DE REDESA) Sistema abierto o ramificadoB) Sistema cerradoCONEXIONES DE SERV ICIO


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8. PRESENTA CION DE PLANO S Y EXPEDIENTE TECNICO 1178.1 PLANOS8.2 EXPEDIEN TE TECNICO

ANEXOSA. CAPTACIONES ESPECIALES1. Diseno de una captacion con instalacion de hipoclorador 123

2. Diseno de una captacion en un m anantial de fondo y difuso 125B. ESTRUCTURAS DE ALB ANILERIA 132C. RECOMENDACIONES PARA LA I N S T A L A C I ~ N PRUEBA

HIDRAULICA DE T UB E R ~AS 1341. Instalacion de tuberias 1342. Prueba hidraulica 135

D. DESINFECCION DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE 136

F. MORTERO Y CONC RETO1. Mortero2. Concreto

G. ENCOFRADOS, RECUBRIMIENTOS Y PRUEBAS DEFUGAS 1421. Encofrados 1422. Recubrirnientos 1423. Pruebas de fugas 142

1. PROG RAM AS EN BASIC 146J. FORMATO DE R ECOLECC ION DE DATOS BASICOSPARA LA ELABORACION DE PROYECTOS DE AGUAPOTABLE 159


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PRESENTACION

Me es grato presentar a consideracion de las instituciones y profesio-nales vinculados al desarrollo de programas de abastecimiento de aguapotable el libro titulado "Agua po table para poblaciones rurales-Siste-mas de abastecimiento por gravedad sin tratamiento", el cual ha sidopreparado con gran entusiasm o y dedicacion por el ingeniero agricolaRoger A guero Pittman.El autor, excelente profesional egresado de la Universidad N acionalAgraria La M olina ha tenido la capacidad de revisar y sistematizar eneste libro la informacion obtenida de distintas publicaciones y entida-des del Peru y del extranjero, asi com o su experiencia durante variosanos en la elaboracion y ejecucion de proyectos de abastecimiento d eagua potable por gravedad en diversas zon as rurales del pais, realiza-da en la institucion Servicios Educativos Rurales - SER.Esta experiencia y las tecnicas aplicadas han sido volcadas en estapublicacion y son explicadas de manera sencilla y clara para qu e pue-dan servir de texto a los estudiantes un iversitarios, de consulta a losprofesionales y de guia a las personas interesadas en efec tuar accio-nes vinculadas con el abastecimiento de agua.El libro que se presenta cubre todos los aspectos relacionados con eltema, desde la recopilacion de la inform acion basica de campo, pasan-do por el estudio de las fuentes de abstecirniento y culminando con eldiseno de cada uno d e los componentes de un sistema d e abasteci-miento de agua potable por gravedad.

Ing. Rosa Miglio T.Profesora Aso ciadaUniversidad Nacional Agraria


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Adicionalm ente a esta actividad, se recomienda recopilar informacionde los censos y encuestas anteriormente realizados y en algunos casosrecu mr al municipio a cuya jurisdiccion pertenece el centro poblado.Dicha informacion permitira obtener registros de nacimientos,defunciones y crecim iento vegetativo de la poblacion.

Mo delo de registro - padron de habitantesNOMBRE DEL JEFE DE MIEMBROSFAMILIA EDAD L.E. PO RFAMILIA

Julian O sorio G. 56 05675210 6Francisco Lara T. 08000907Antonia Reyes A. 080997 61

Pedro Torres T. 49 08077 566Pedro Rosales L. 60 08066 543 1OJuana C arbajal G. 55 08088897 5

T O T A L 4 5

Para realizar un proyecto de abastecimiento de agua po table es indis-pensable conocer e l entus iasmo, mot ivacion y capacidad decooperacion de la poblacion. Para form amos una idea del nivel deorganizacion de la po blacion es necesario recopilar informacion sobreanteriores experiencias de participacion de la com unidad en la solucionde sus necesidades. Por ejemplo, en la construccion de escuelas,iglesias, caminos, canales de riego, etc. Asi como evaluar los patronesde liderazgo, identificando a las personas cuy a opinion es respetada yque tengan la capacidad de organizar y estimular la participacion d ela poblacion.

Es importante conocer la ocupacion de los habitantes asi como ladisponibilidad de recursos (valor de la propiedad, agro industrias,etc). Aprovechando la perm anencia en la zona de estudio, se recopilaratambien informacion sobre los jornales promedio, la mano d e obradisponible: maestros de obra, albaniles, peones, etc. Ademas, sesolicitara informacion sobre la m anera en que la poblacion contribuiraen la ejecucion de la obra, tanto con aporte economico, material o enmano de obra.


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Para realizar con exito esta actividad se debe recopilar inform acionsobre consumo actual, reconocimiento y seleccion de l a fuente.

- Consumo actualEn la mayoria de las poblaciones rurales del pais s e consume ag uaproveniente de los rios, quebradas, canales de regadio y manantiales,que sin proteccion ni tratamiento adecuado, no ofrecen ningunagarantia y representan mas bien focos de contaminacion q ue generanenfermedad es y epidemias.A esta situacion se suma qu e en las epocasde sequia disminuye o desaparece e l agua y los habitantes se tienenque trasladar a fuentes distantes; tarea generalm ente realizada p or lasmujeres y los ninos.Las enfermedades mas comunes derivadas del consumo de aguacontaminada son las resp iratorias,gastrointestinalesy d e la piel; siendonecesario investigar y tener una informacion precisa que permitaestablecer en que medida m ejoraria la salud d e la poblacion con laimplementacion del proyecto de agua potable.Es importante conocer de q ue fuentes de agua se abastece actualmentela poblacion (rios, canales, quebradas, manantiales, etc.), examinarlos usos que se le dan (consumo humano, riego, etc.), determinar lasnecesidades promedio de agua por persona ; y realizar una descripcionque permita conocer la distancia de la fuente al centro poblado, suubicacion (por encima o por debajo del centro poblado), y la calidady cantidad de agua d e la misma.Esta informacion permitira tener una idea para estimar la deman dade la poblacion futura y ver la necesidad o no d e implem entar unsistema d e abastecimiento d e agua potable.- Reconocimiento y seleccion de la fuenteLos man antiales, ojos de ag ua o puq uios son las fuentes mas deseablespara los sistemas de abastecimiento de agua potable por gravedad sintratamiento, por lo que es necesario hacer una investigacion sobre losmanantiales existentes en la comun idad. Para realizar la selecc ion sedebera visitar todas las fuentes posibles, determinandose la calidad ycantidad d e agua en cada una.Se analiza la calidad considerando q ue el agua sea inodo ra, incolora yde sabor agradable. Luego de haber determ inado la calidad del agua,necesitamos conocer la cantidad existente en relacion a la voblacionque q ueremos abastecer, es decir, determinar los requerim ientos diariosde agua con la finalidad de verificar el caudal minimo que s e requierecaptar. Si la fuente no puede cubrir las necesidades diarias de lapoblacion se debe buscar otra fuente o plantear un sistema queconsidere varias fuentes.


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Se evalua la con veniencia de la fuente, segun las posibilidades decontaminacion, el potencial para la expansion futura, facilidades paraconstruir la captacion y la necesidad de proteger la estructura,asimism o se investiga los derechos sobre el agua. Ademas esimportante conocer la distancia y la ubicacion de la fuente respecto alcentro poblado.Es necesario hacer participar a los pobladores, de p referencia mayoresde edad, en esta tarea, porque conocen por experiencia propia si elagua de una determ inada fuente se puede o no tomar y si la cantidadde agua varia segun las epocas del ano; por tanto deben serconsultados.La calidad, cantidad, derecho de terceros y ubicacion d e la fuente sedesarrolla en forma detallada en el capitulo sobre fuentes deabastecimiento (Capitulo 3).

Esta pued e ser plana, accidentada o muy accidentada. Para lograr lainformacion topografica es necesario realizar actividades que permitanpresen tar en planos los levantamientos especiales, la franja del trazode la linea de conduccion y aduccion y el trazo de la red de distribucion.Dich a inform acion es utilizada para realizar los disenos hidraulicosde las partes o componentes de i sistema de abastecimiento de aguapotable; para d eterminar la longitud total d e la tuberia, para establecerla ubicacion exac ta de las estructuras y para cubicar el volum en demovimiento d e tierras. Siendo importante que luego de observar elterreno, se seleccione la ruta mas cercana y10 favorable entre elmanantial y el poblado, para facilitar la construccion y economizarmateriales en la linea de conduccion y adu ccion.Para el cas o de la red de distribucion e s necesario considerar el areadonde se localizan las construcciones (viviendas y locales publicos) yla zona de expansion futura, con la finalidad de considerar losrequerimientos de consumo para el ultimo ano del periodo de diseno.Existen diferentes instrumentos para efectuar un estudio topograficosiendo el altimetro, el eclimetro y el teodolito los mas utilizados.Discutiremos a continuacion el empleo de cada uno de estosinstrumentos, enfatizando en el uso del altimetro y del eclimetro, porser tecnicas m as sencillas.- AltimetroEste instru men to es utilizado para realizar estudios preliminares queposteriormente requieren un replanteo para definir la ubicacion precisade las obras civiles (captacion, rompe-presion, reservorio, etc.) y p aradeterm inar la ruta definitiva de la linea de conduccion y aduccion.

Para realizar el levantamiento con el altimetro ademas de esteinstrumento se requiere d e una wincha o cordel de 20 m., estacas ypintura. Se inicia la medicion d esde el origen del manantial hasta elcentro poblado, d e preferencia realizando mediciones cada 20metros.Se recom ienda registrar lecturas d e altitud cada 100metros o en los


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puntos que a lo largo de la ruta seleccionada presenten cam bios d ependiente, tramos rocosos, terrenos deleznables, etc.En e l centro poblado se mediran las posibles rutas por las que pasarala red d e distribucion. Adem as, co n el altimetro se registraran lasalturas correspondientes a los puntos extremo s y finales de la red dedistribucion. Se mediran las distancias desde los ramales principalesde la red d e distribucion hacia los domicilios y locales publicos con lafinalidad de disponer de la totalidad de la informacion n ecesaria paraelaborar el croquis.En la Figura 1.2se identifican los puntos de registro qu e se m uestranen el Cuadro 1.2.

CRUCE DE OUEBRADA

D E O t o 2 0 - m 6 8 0

a ) C R O QU I S D E L T R A Z O

M A N A N T I A L

M A N A N T I A L

L x 6 0 m

INICIO DE VIVIENDAS

b ) PE RF IL LONOlTUDlNAL

Figura 1.2 : Trazo y perfil de la linea de conduccion


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PUNTOVISADO

Para proseguir con el levantamiento, el operador ubica su estacion enla estaca en la qu e anteriormente se estaciono el jalon objetivo y realizala lectura del angulo vertical considerando una nueva estaca, y asisucesivamente hasta llegar a la ultima estaca considerada en el trazo.La distancia vertical (h) sera determinada mediante la siguenterelacion:

h = S e n @ x DDonde: $ =An gulo medido.D= D istancia del terreno.

En el Cua dro 1.3 se presenta un ejemp lo para el calculo del trazo dela linea de conduccion usando el eclimetro:

CUADRO.3Levantamiento topografico con eclimetro

DIST.D

(m.)

- Teodolito

DESNIVELh

(m.)COTA

(m.s.n.m.)OBSERVA-

CIONES

manantialsueloarcilloso

sueloarenoso

suelorocoso

El equipo minimo necesario que se c onsidera es un teodolito, un tripode,dos miras, una winch a, una libreta de cam po, pintura y estacas. Lue gode verificar la perfecta operatividad del instmm ento s e realizaran lassiguientes actividades:


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En la zona d e la captacion se ubicaran puntos sobre un radio de 50m.alrededor del punto d e afloramiento del manantial, con la finalidad deejecutar las labores de proteccion contra danos causados por losdeslizamientos, inu ndacio nes, huaycos, etc. A lo largo de la ruta queseguira la linea de conduccion y aduccion se localizaran los puntosque corresponden a una franja minima de 100m. y con ayu da de uncroquis s e anotara en la libreta de campo los tipos de suelos, lugaresdonde existan depresiones (queb radas, riachuelos,etc.) y obras de arte(carreteras, puentes, etc.).En la zona del futuro reservorio, se detallara la mayor cantidad posiblede puntos y se tipificara el terreno. En l a zoiia del poblado s e anotaraen el croquis el numero d e viviendas por frente de calle (manzana) yse precisaran los lugares donde la poblacion esta concentrada comoes el caso de la ubicacion d e los centros educativos, locales comunales,etc.

Los datos referentes a los tipos de suelos seran necerarios para estimarlos costos de excavacion. Dichos costos s eran diferentes para los suelosarenosos, arcillosos, gravosos, rocosos y otros. Adem as, es necesarioconsiderar si en la poblacion se han realizado obras de pavimentaciony emp edrado d e las calles, con la finalidad de determinar el costo derotura y reposicion.Es necerario conocer la resistencia admisible del terreno paraconsiderar las precauciones necesarias en el diseno de las obras civiles.

Es importante registrar la informacion climatica que permitira unaadecuada planificacion de las actividades y mayor eficiencia en elaspecto constnictivo.Se recomienda registrar las temperaturas m aximas y m inimas y, siexiste congelacion o no ya que dependiendo del tipo de clima sedeberan tom ar precauciones durante la elaboracion del concreto. Paralos climas frios, con temperaturas m enores de 4 C e recomiendausar agua caliente y aun en caso s extremos calentar la arena y grava;y proteger el concreto fresco de las heladas, usando encofrados ocober turas aislantes. En climas calidos con temperaturas mayores a32C s preferible vaciar el concreto durante la noche, recomendandoseenfriar los agregados y utilizar agua enfriada artificialme nteu).Finalmente es necesario recopilar la informacion d e los meses contemporadas d e lluvia y epocas d e estiaje con la finalidad de programary realizar las actividades de ejecuc ion de las obras en los meses masfavorables.

(1) Especificaciones ecnicas de las Normas Generales del Ministerio de Salud.


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Se debera recopilar informacion adicional com o:- Nombre completo de la localidad y su ubicacion polit ica(departamento, prov incia, distrito y caserio).- Mercados abastecedores d e materiales, indican do los costos d emateriales, las distancias en kilometros y tiemp o en las dive rsasvias de comunicacion, servicios de transportes tanto de pasajeroscomo d e carga, y costos de transporte por kilo.- Localizar fuentes de materiales locales de con struccion tales com oarena, grava, madera, etc.- Otra informacion necesaria sobre caracteristicas particulares d ela localidad.En el Anexo J se presenta un formato d e recoleccion d e datos basicospara proyectos d e agua potable, cuyo con tenido fue elaborado por elMinisterio de Salud.


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Fuenteriesgo

a g u co nco~zturni~~ucicin


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POBLACIONDE DISENOYDEMANDA DE AGUA

Las obras de agua potable no se disenan para satisfacer solo unanecesidad del momento actual sino qu e deben prever el crecim ientode la poblacion en un periodo d e tiempo prudencial q ue varia entre 1 0y 4 0 anos; siendo necesario estimar cual sera la poblacion futura alfinal de este periodo. Con la poblacion futura se determina la dem andade agua para el final del periodo d e diseno.La dotacion o la demanda per capita, es la cantidad de agua querequiere cada persona d e la poblacion, expresada en litr oska bitan teldia. Conocida la dotacion, es necesario estimar el consum o prom ediodiario anual, el consumo maxim o diario y el consumo m aximo horario.El consum o promedio diario anual servira para el calculo del volumendel reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo maxim odiario y horario.El valor del consumo maximo diario es utilizado para el calculohidraulico de la linea de cond uccion; mientras que el consum o maxim ohorario, es utilizado para e l calculo hidraulico de la linea d e aducciony red de distribucion.En este capitulo se presenta la forma d e calculo de la poblacion futura,la demanda y las variaciones periodicas de consumo.

En la determinacion del tiempo para el cual s e considera funcional elsistema, intervienen una serie de variables que d eben ser ev aluadaspara lograr un proyecto economicam ente viable. Por lo tanto el periodode diseno puede definirse como el tiempo en e l cual el sistema sera100% eficiente, ya sea por capacidad en la conduccion del gastodeseado o por la existencia fisica d e las instalaciones.Para determinar el periodo de diseno se consideran factores como:durabilidad o vida util d e las instalaciones, factibilidad de construcciony posibilidades de ampliacion o sustitucion, tendencias de crecimientode la poblacion y posibilidades de financiamiento.


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Tomand o en consideracion lo s factores senalados se debe establecerpara cad a caso el periodo d e diseno aconsejable. A continuacion, seindican algunos rangos de valores asignados para los diversoscompon entes d e los sistemas de abastecimiento de agua potable parapoblaciones rurales:- Obras de captacion : 20 anos.- Conduccion : 1 0 a 2 0 a n o s .- Reservorio : 20anos.- Redes : 10 a 20 anos (tuberia principal 20 ano s,secundaria 10 anos).Para todos los comp onen tes, las normas generales para proyectos deabastecimiento de agua potable en el medio rural del Ministerio deSalud recomiendan un periodo de diseno d e 20 anos.

Los metodo s mas utilizados e n la estimacion d e la poblacion futurason:- Metodos analiticosPresuponen que e l calculo de la poblacion para una region dada esajustable a una curva matematica. Es evidente que este ajustedependera d e las caracteristicas de lo s valores de poblacion censada,asi como de los intervalos de tiempo en que estos se han medido.Den tro de los metodos analiticos tenemos el aritmetico, geometrico,de la curva normal, logistico, de la ecuacion de segundo grado, elexponencial, de los increm entos y de los minimos cuadrados.- Metodos comparativosSon aquellos que mediante procedim ientos graficos estiman valoresde poblacion , ya sea en funcion de d atos censales anteriores de laregion o considerando los datos d e poblaciones de crecimiento simi-lar a la q ue se esta estudiando.- Metodo racionalEn e ste caso para determinar la poblacion, se realiza un estudio socio-econom ico del lugar considerando el crecimiento vegetativo qu e esfuncion d e los nacim ientos, defunciones, inmigraciones, emigracionesy poblacion flotante.El m etodo mas utilizado para el calculo de la poblacion futura en laszona s rurales e s el analitico y con mas frecuencia el d e crecimientoaritmetico. Este metodo se utiliza para el calculo de poblaciones bajola consideracion de que estas van cambiando en la forma de unaprogresion arimetica y que s e encuentran cerca del limite de saturacion.


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La formula d e crecimiento aritmetico es:

Donde:Pf = Poblacion futura.P a = Poblacion actual.r = Coeficientede crecimiento anual por 1000habitantes.t = Tiempoenanos.

Para la aplicacion d e esta formula es necesario conocer el coeficientede crecimiento (r) pudiendose presentar 2 casos. En el primer c aso,ademas de contar con los datos recopilados en el estudio de camp o,se considera la informacion censal de periodos anteriores; un ejem plode calculo se presenta a continuacion:EJEMPLO:

Datos: Poblacion actual Pa ,,,,,, = 468 hab.Periodo de diseno (t) = 20 anos

Total r x t 0.77r = - - 0.041Total t 19r = 41 por cada 1000 habitantes (4l0 Iw )

r. t

-0.37-0.40-0.77

Co n el valor d e "r" y reemplazando e n la ecuacion 2.1, se determinala poblacion futura com o se indica a continuacion:

ANO

197219811991

TOTAL

r x t

Pa. t-2196-3340--

rP P a . t-0.041-0.040

-

~a(hab.)244334468-

t(anos)-9-10-19

PPf-Pa-

9 0-134--


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Reem plazando la informacion se tiene:

Pf ,,,,,, = 468 x (1 + ) = 852 hab.1O00En el segundo caso, cuand o no existe informacion consistente, seconsidera el valor (r) en base a los coeficientes de crecimiento linealpor departam ento que se presentan en el Cuadro 2.1Ejemp lo de aplicacion:Datos:

Poblacion Actual (Pa) = 65 1 hab.Coeficiente de crecimiento (r) = 25 por mil hab.(Dpto. de Lim a)Periodo de diseno (t) = 20 anos.

Reem plazando la inform acion en la ecuacion 2.1 se obtiene:25x20

Pf = 651 hab. (1 +----- 11O00

Pf = 977hab.CUADRO.1

Coeficiente de crecimiento lineal por departamento (r)DEPARTAMENTO

TumbesPiuraCajamarcaLambayequeLa LibertadAncashHuanucoJuninPascoLimaProv. Const. CallaoIcaHuancavelicaAyacuchocuscoApurimacArequipaPunoMoqueguaTacnaLoretoSan M artinAmazonasMadre de Dios

CRECIMIENTOANUAL P OR M LHABITAhTES (r)

Fuente: Ministerio de Salud (1962)


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2.2 DEMANDADEAGUA

Los principales factores qu e afectan el consum o de agua son: el tipode comunidad, factores economicos y sociales, factores climaticos ytamano d e la comunidad.Independientemente que la poblacion sea rural o urbana, se debeconsiderar el consumo dom estico, el industrial, el co mercial, el publicoy el consumo por perdidas.Las caracteristicas economicas y sociales de una poblacion puedenevidenciarse a traves del tipo de vivienda, siendo importante lavariacion de con sumo por el tipo y tamano d e la construcion.El consumo d e agua varia tambien en funcion al clima, de acuerd o ala temperatura y a la distribucion de las lluvias; mientras que elconsumo per capita, varia en relacion directa al tamano de lacomunidad.

Considerando los factores que determinan la variacion de la dema ndade consumo de agua en las diferentes localidades rurales; se asignanlas dotaciones en base al numero de habitantes (Cuadro 2.2) y a lasdiferentes regiones del pais (Cuadro 2.3).

Dotacion por numerode habitantesP O B L A C I ~ N

(habitantes)Hasta 500500 - 10001000 - 2000

Fuente: Ministerio de Salud (1962)

CUADRO.3Dotacion por region

SelvaCostaSierraFuente: M inisterio de S alud (1984)


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Para su ministrar eficientemente agua a la com unidad, es necesarioque cada una d e las partes qu e constituyen el sistema satisfaga lasnecesidades reales de la poblacion; disenando cada estructura de talforma que las cifras de consumo y variaciones de las mismas, nodesarticulen todo el sistem a, sino que permitan un servicio de aguaeficiente y continuo.La variacion del consum o esta influenciada por diversos factores talescomo: tipo de actividad, habitos de la poblacion,condicionesde clima, etc.- Consumo promedio diario anual (Qm)El co nsum o promedio diario anual, se define como el resultado d euna es timacion del consum o per capita para la poblacion futura delperiodo de diseno, expresada en litros por segundo (Vs) y s e determinamediante la siguiente relacion:

Pf x dotacion (d)Qm = 86,400 sldiaDonde:

Qm = Consum o prom edio diario (Vs).Pf = Poblacion futura (hab.).d = Dotacion (i/hab./dia).

Con la finalidad de calcular el consumo promedio diario anual (Qm),se presenta el siguiente ejemplo:

Datos: Poblacion Futura (Pf) = 977 hab.Dotacion (d) = 80uhab.ldia.Con la poblacion futura y la dotacion, estimada en base al numero dehabitantes (C uadro 2.2) s e obtiene:

977 hab. x 8 0 VhabldiaQm = 86,400 sldia

- Consumo maximo diario (Qmd) y horario (Qmh)El consumo m aximo diario se define como el dia de maximo consumode una serie de registros observados durante los 365 dias del ano;mientras qu e el consum o maximo horario, se define como la hora demaxim o consum o del dia de maximo consumo (Figura 2.1).Para el consum o maximo diario (Qmd) se considerara entre el 120 %y 150% del consumo promedio diario anual (Qm), recomendandose elvalor promedio de 130% .


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del caudal de aguado vol~inzerrico)


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ralmente en la superficie terrestre. Estas fuentes no son tandeseables, especialmente si existen zonas h abitadas o d e pastoreoanimal aguas am ba. Sin embargo a veces no existe otra fuentealternativa en la comunidad, siendo n ecesario para su utilizacion,contar con informacion detallada y completa que permitavisualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad d eagua (ver Figura 3.2).

Parte d e la precipitacion en la cuenca se infiltra en el suelo hastala zona de saturacion, formando a si las aguas subterraneas. Laexplotacion de estas depend era de las caracteristicashidrologicasy de la formacion geologica del acuifero.La captacion de aguas subterraneas sepuede realizar a traves de manantiales,galerias filtrantes y pozos (excavados ytubulares). En la Figura 3.3 se observau n a d e l a s m u c h a s f o r m a s d eaprovechamiento del agua subterraneacon fines de consumo humano.3.2 SELECC I ~NEL TIPO DEFUENTEEn l a mayoria de poblaciones rurales d e

Figura 3.2 : Captacion de agua superficial

Figura 3.3 : Captacion de agua subterraneanuestro pais, existen dos tipos de fuentes de agua: superficial y (manantial)subterranea. La prim era representada por las quebradas, riachuelos yrios, que generalmente conduce agua contaminada con la presenciade sedimentos y residuos organicos; siendo necesario plantear parasu captacion un sistema de tratamiento, que implica la construccionde obra s civiles com o bocatomas, desarenadores, camaras de filtros einstalacion de sistemas de cloracion. Plantear dicha alternativarepresenta un costo elevado y en la mayoria de centros poblados ruralesdel pais esta propuesta no tiene resultados satisfactorios debidoprincipalmente al mantenimiento qu e requiere el sistema.La seg unda alternativa representada por manantiales localizados enagua de buena calidad, y es el tipo de fuenteconsiderada en los sistemas de abastecimientode agua potable por gravedad sin tratamiento.Esta alternativa se ra desarrollada e n el presentecapitulo.

Se puede definir un manantial como un lugardonde se produce un afloramiento natural de aguasubterranea. El ag ua del manantial fluye por logeneral a traves de una formacion d e estratos congrava, arena o roca fisurada. En los lugares dondeexisten estratos impermeables, estos bloquean el Figura 3.4 : Recarga del manantial


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flujo subterraneo del agua y perm iten que aflore a la superficie. En l aFigura 3.4 se observa el proceso de recarga del manantial.El agua del m anantial e s pura y, por lo general, se la puede usar sintratamiento, a condicion de que el manantial este adecuadamenteprotegido con una estructura que impida la contaminacion del agu a.Se debe asegurar que el agua provenga realmente de un acu ifero yque no se trate de agua de un arroyo que se ha sumergido a cortadistancia.En el pais, el Ministerio d e Salud, clasifica lo s manantiales por s uubicacion y su afloramiento. De acuerdo a lo primero, pueden ser deladera o de fondo; y de acuerdo a lo segundo, de afloramientoconcentrado o difuso.Los manan tiales generalmen te se localizan en las laderas d e las colinasy los valles nberenos. En los de ladera el agua aflora en form a hori-zontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en form a ascendentehacia la superficie. Para ambos casos, si el afloramiento es por unsolo punto y sobre un area pequena, es un ma nantial concentrado ycuando aflora el agua por varios puntos en un area mayor, es unmanantial difuso, tal como puede apreciarse en la Figu ra 3.5.

o ) MANA NTIAL D E LADERA

/ APA IMPEMEABLE

CONCENTRADO

b ) MANANTIAL DE FONDO

DIFUSO

DIFUSO

Figura 3.5 : Tipos de manantiales


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3.3 CANTIDAD DE AGUALa ma yoria de sistemas de abastecimientos de agua potable en laspoblaciones rurales de nuestro pais, tiene como fuente los manantiales.La carencia de registros hidrologicos nos obliga a realizar unaconcienzuda inv estigacion de las fuentes. Lo ideal seria que los aforosse efectuaran en la temporada critica de rendimientos que correspondea los m eses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudalesminimos y maxim os. El valor del caudal minimo debe ser mayor que elconsumo maximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demandade ag ua de la poblacion futura.Se recomiend a preguntar a los pobladores d e mayor edad acerca delcom portamien to y las vaxiaciones de caudal que pueden existir en elmanantial, ya qu e ellos conocen con mayor certeza si la fuente deagua s e seca o no.Existen varios metodos para determinar el caudal de agua y los masutilizados en los proyectos de ab astecimiento de agua po table en zonasrurales, son los metodos volum etrico y de velocidad-area. El primeroes utilizado para calcular caudales hasta un maximo de 10 11%y elsegundo para caudales mayores a 1011s.

Para aplicar este metodo es necesario encauzar el aguagenerando una com ente del fluido de tal manera que sepueda provocar un chorro (ver Figura 3.6). Dichometodo consiste en tomar el tiempo que demora enl l e n a r s e u n r e c i p i e n te d e v o l u m e n c o n o c i d o .Posteriorm ente, se divide el volumen en litros entre eltiempo promedio en segundos, obteniendose el caudal( W .

donde:Q =Caud al en Vs.V =Volum en del recipiente en litros.t =Tiempo promedio en seg. Figura 3.6 : Aforo del agua por el metodo volumetrico

Con la finalidad de definir el tiempo prom edio, se recomienda realizarcomo minimo 5 mediciones. Para ilustrar el metodo se presenta unejemplo a continuacion:

Datos: Centro Poblado : Shiquish - AncashNombre de la fuente : ShiquishpuquioFecha : Setiembre 1989


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El t iempo promedio (t) = 4015 = 8 seg., resultando un caudal(Q) = 1.25 Vs.

Nro dePrueba

Con este metodo se mide la velocidad del agua sup erficial qu e discurredel manantial tomando el tiempo q ue demora un objeto flotante enllegar de un punto a otro en una seccion uniforme, habiendosepreviamente definido la distancia entre am bos puntos (ver Figura 3.7).Cuando la profundidad del agua es m enor a 1m., la velocidad prom ediodel flujo se considera el 80%de la velocidad superficial.

VOLUMEN(litros)

O M O IVIANO

TIEMPO(S&

MEDlClON DEL TIEMPOva ) ESQ U EMA DE UNA SECCION UNI FOR ME Y b ) SECCION DEL CANAL

LONOITUD DEFIN IDA DE UN CAN AL

Figura 3.7 : Aforo del agua por el metodo de velocidad - area

El caudal se determina de la siguiente mane ra:

donde:Q =Caudal en Vs.V =Velocidad superficial en mis.A =Area de seccion transversal en m 2.


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A continuacion se presentaun e jemplo de la aplicacion de este metodo :

Datos:Centro Poblado : Yurayaco - AncashNombre el m anantial : IshancaragraFecha : Setiembre 1993

Nro de LONG. TRAMOPrueba

El tiempo promedio (t) = 2015 =4 seg.La velocidad superficial (V ) =longitud/tiempopromedio

=1.3014=0.325 mls.El area de la seccion transversal (A) =ancho x altura= 4 x .17 = 0.068 m2.El valor del caudal resulta:

Q= 800x V x A = 17.68 Us.

5T O T A L

Al igual qu e en el metodo volumetrico, para determinar el tiempopromedio se recomienda realizar un m inimo de 5 pruebas.3.4 C A LID A D D E A G U A

1.30-

El agua potable es aquella que alconsumirla no dana el organismo delser human o ni dana los m ateriales a ser usados en la construccion delsistema.

520

Los requerimientos basicos para que el agua sea potable, son''):- Estar libre de organism os patogenos causantes d e enfermedades.- No c ontener compu estos que tengan un efecto adverso, agudo o

cronico sobre la salud humana.- Se r aceptablemente clara (por ejemplo: baja turbidez, poco color,etc.).

- Nosalina.(1) Centro In ternacional de Agua y Saneam iento. "Sistemas de Abastecimiento d e Agua P otable para PequenasComunidades". Holand a 1988, pp 32 .


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- Q u e n o c o n t e n g a c o m p u e s t o s q u e c a u s e n s a b o r y o l o rdesagradables.- Que no cause corrosion o incrustaciones en el s is tema deabastecimiento de agua, y que no m anche la ropa lavada con ella.

En cada pais existen reglamentos en los que se consideran lo s limitesde tolerancia en los requisitos que deb e satisfacer una fuente. Con lafinalidad de conocer la calidad de agua d e la fuente que se pretendeutilizar se deben realizar los analisis fisico, quimico y bacteriologico,siendo necesario tomar muestras de agua siguiendo las instruccionesque se dan a continuacion.Toma de m uestra para el an alisis fisico y quimico:- Limpiar el area cercana al manantial eliminando la vegetacion y

cuerpos extranos, en un radio mayor al afloramiento.- Ubicar el ojo del manantial y construir un embalse lo mas pequ enoposible utilizando para el efecto material libre de vegetacion ydotarlo, en su salida, de un salto hidraulico para l a obtencion d e lamuestra.- Retirar los cuerpos extranos que se encuentran dentro del em balse.- Dejar transcumr un minimo de 3 0 minutos entre el paso anterior yla toma de muestra.- Tomar la muestra en un en vase de vidrio d e boca ancha.- Enviar la muestra al laboratorio lo mas pronto po sible, con tiempolimite de 7 2 horas.

Toma de muestra para el ana lisis bactereologico:- Utilizar frascos de vidrio esterilizados proporcionados por el

laboratorio.- Si el agua de la muestra contiene cloro, solicitar un frasco paraeste proposito.- Durante el muestreo, sujetar el frasco por el fondo, no tocar elcuello ni la tapa.- Llenar el frasco sin enjuagarlo, dejando un espacio de un tercio(113)de aire.- Tapar y colocar el capuchon d e papel.- Etiquetar co n claridad los d atos del remitente, localidad, nomb rede la fuente, punto d e muestreo, el nombre el muestreador y lafecha de muestreo.- Enviar la muestra al laboratorio a la brevedad posible d e acuerdoa las siguientes condiciones:

1 a 6 horas sin refrigeracion.6 a 30 horas con refrigeracion.

En los Cuadros 3.1,3 .2 y 3.3 se presentan los rang os tolerables paralas caracteristicas fisico-quimicos de l agua y en el Cuad ro 3.4 se in-dican los requisitos bactereologicos; de acuerd o a las N ormas d e laOrganizacion Mundial de la Salud (OMS). Estos valores son losmismos que e stablece el Ministerio d e Salud.


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Limites provisionalesptoxicas en el agiSUSTANCIA

ARSENICO (en AS)CAD MIO (en Cd)CIANU RO (en Cn)MER CURIO TOTAL (en Hg)PLOM O (en Pb)SELENIO (en Se)

ira las sustanciasa potableC ON C ONC E NT R AC I ~N

MAXIMA

Fuente: OMS - Ministerio d e Salud (1972)

Concentraciones de fluoruros recomendadas para el agua potablePROMEDIO ANUALDE TEMPERATURASMAXIMAS DE AIRE

EN "C

L ~ M I T E S ECOMENDADOSPARA LOS FLUORURO S

(en F) (mgll)INFERIOR 1 MAXIMA


Normas de calidad baderiologica aplicables a los abastecimientos de agua potable1. EL AGUA EN LA RED DE D I S T R I B U C I ~ Na. En el curso del ano el 95% de las muestras no deben contener ningun gennen colifonne en 100m.].

b. Ninguna m uestra ha d e contener E. Coli en 100 m.].c. Ninguna muestra ha d e contener mas d e 1 0 germenes coliforme por 100 m.1.d. En ningun caso han de hallarse germenes en 100 m.]. de dos m uestras consecutivas

AGUA SIN DESINFECTAR ....Ningun agua que entre en la red de distribucion debe considerarse satisfactoriasi'en una muestra de 100 m.]. se halla E-Coli; en ausencia de este puede tolerarse hasta tres germenes coliform esen algunas muestras d e 100 m.1. de agua no desinfectada.



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3.5 ASPECTOS LEGALESLa fuen te de agua seleccionada puede estar ubicada en la propiedadd e una persona o pertenecer a otro pueblo siendo necesario resolverlos derechos del agua. A pesar de no ser responsabilidad delinvestigador, es importante aseg urarse que las disputas se resuelvansatisfactoriamente.El M inisterio d e Salud exige para aprobar los proyectos un certificadode la com unidad o de las personas afectadas como una constancia deque la fuente no tiene problema legal.


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Elegida la fuente de agua e identificada co mo el primer punto de lsistema de agua potable, en el lugar del afloramiento se construyeuna estructura d e captacion que permita recolectar el ag ua, para qu eluego pueda ser conducida med iante las tuberias de conduccion haciael r e s e ~ o r i o e almacenamiento.El diseno hidraulico y dimensionamiento d e la captacion d ependerade la topografia de la zona, de la textura del suelo y de la clase d emanantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura de l agua nimodificar la corriente y el caudal natural del manantial, ya quecualquier obstruccion puede tener consecuencias fatales; el agua creaotro cauce y el manantial desaparece.Es importante que se inco rporen caracteristicasde diseno que permitandesarrollar una estructura de captacion que considere un controladecuado del agua, oportunidad de sedimentacion, estabilidadestructural, prevencion de futura contaminacion y facilidad deinspeccion y operacion. Estas caracteristicas seran consideradas enel desarrollo del presente capitulo, donde ademas se presentan lostipos, diseno hidraulico y dimensionamiento de las estructuras d ecaptacion.

Com o la captacion depende del tipo de fuente y de la calidad y cantidadde agua, el disen o de cada estructura tendra caracteristicas tipicas.Cuando la fuente de agua es un m anantial de ladera y con centrado, lacaptacion constara de tres partes: la primera, corresponde a laproteccion del afloramiento; la segunda, a una camara hum eda q uesirve para regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cam ara secaque sirve para proteger la valvula de control (ver Figura 4.1). Elcompartimiento de proteccion de la fuente consta de una losa deconcreto que cubre toda la extension o area adyacente al afloramientode modo q ue no exista contacto con el am biente exterior, quedand oasi sellado para evitar la contaminacion. Junto a la pared d e la camaraexiste una cantidad de material granular clasificado, que tiene porfinalidad evitar el socavamiento del area adyacen te a la camara y d eaquietamiento de algun material en suspension. La camara humedatiene un accesorio (canastilla) de salida y un cono d e rebose qu e sirvepara eliminar el e xceso de produccion de la fuente.Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo yconcentrado, la estructura de captacion podra reducirse a una cam arasin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constara de do spartes: la primera, la camara humeda q ue sirve para almacenar el


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agua y regular el gasto a utilizarse, y la segunda, una cam ara seca qu esirve para proteger las valvulas de control de salida y desague. Lacamara hum eda estara provista de una canastilla de salida y tuberiasd e rebose y lim pia ( ~ i ~ i r a.2).

P L A NTA - CA P TA CIO N DE FO NDO

E L E V CO RTE L O NG ITUDINA L

Figura 4.2 : Captaci6n de un manantial de fondo y concentradoIigura 4.3 : Captacion de un m anantial de fondo y difuso.Figura 4 4 Flujo del agua en un orificio de pare

p e s a

Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podraconstruir varias camaras, de las que partan tubos o galeriashacia una camara de recoleccion de dond e se inicie la lineade conduccion. Adyacente a la camara colectora seconsidera la construccion d e la camara seca cuya funciones la de proteger la valvula de salida de agua. La cam aracolectora tiene una canastilla de salida, un cono d e rebose ytuberia de limpia (Figura 4.3).

A) PARA A CAPTAC I~N DE UN MANANTIAL DELADERA Y CONCENTRADO

Para el dimensionamiento d e la captacion e s necesario con ocer elcaudal maximo de la fuente, de modo que el diametro de los orificiosde entrada a la camara hum eda sea suficiente para captar este caudalo gasto. Conocido el gasto, se puede disenar el area de orificio en basea una velocidad de entrada no muy alta y al coeficiente de contraccionde los orificios.- Calculo de la distancia entre el afloramiento y lacamara humedaEs necesario conocer la velocidad de pase y la perdida de carga sobreel orificio de salida. En la Figura 4.4, aplicando la ecuacion d e Ber-noulli entre los puntos O y 1 , resulta:


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Consideran do los valores de Po,Vo,P, y h , igual a cero, s e tiene:

Donde:ho = Altura entre e l afloramiento y el orificio de

entrada (se recomiendan valores de 0.4 a 0.5 m.).V, = Velocidad teorica en mis.g = Aceleracion de l a gravedad (9.8 1 m/s2).

Med iante la ecuacion de continuidad considerando los puntos 1 y 2,se tiene:

Siendo A , =A,

Donde : V, = Velocidad de pase (se recomiendan valoresmeno res o iguales a 0.6 mis).

Cd = coeficiente d e descarga en el punto 1( se asum e 0.8).

Reemplazando el valor de V, de la ecuacion 4.2 en la ecuacion 4.1, setiene:

Para los calculos, ho es definida como la carga necesaria sobre elorificio de entrada qu e permite producir la velocidad d e pase.En la Figura 4.5 se observa:

donde H, es la perdida d e carga que servira para determinar ladistancia en tre el afloramiento y la caja d e captacion (L).

H, H - h,,H f = 0 . 3 0 x LL = H. 10.3 0 - Figura 4.5 : Carga disponible y perdida de carga


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IFigura 4.6 : Distribucionde los orificios - Pantalla frontal

Conocido el numero d e orificiosy el diametro d e la tuberia de entrada,se calcula el ancho d e la pantalla (b) mediante la siguiente ecuacion:

Donde:b =An cho de la pantalla.D =Diam etro del orificio.NA =Nu mero de orificios.

- Altura de la camara humedaEn ba se a los elementos identificados en la Figura 4.7, la altura totalde la camara humeda se calcula mediante la siguiente ecuacion:


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Donde:A: Se considera una altura minima de 1 0 cm. quepermite la sedimentacion d e la arena.B: Se considera la mitad del d iametro de la canastilla desalida.H: Altura de agua.D: Desnivel minimo entre el nivel de ingreso del agua de

afloramiento y el nivel de agua de la camara humed a(minimo 3 cm.).E: Borde libre (de 10 a 30 cms.).

Para determinar la altura de la captacion, es necesario conocer la cargarequerida para que el gasto de salida de la captacion pued a fluir porla tuben a de conduccion. La carga requerida es determinada mediantela ecuacion 4.3.

Donde:H =Carga requerida en m.V =Velocidad promedio en la salida de la tuberia d e la

linea de conduccion en mis.g =Aceleracion de la gravedad igual 9.81 m/s2.Se recomienda una altura minima de H = 30 cm.- Dirnensionamiento de la canastilla

TAMAUO DEL ORlflClO

cm.+ -4Y

Figura 4.8 : Canastilla de salida

Para el dimensionamiento seconsidera que el diametro de lacanastilla debe ser 2 veces eldiametro de la tuberia de salidaa la linea de conduccion (Dc)(ver Figura 4.8); que el areatotal de las ranuras (A t) sea eldoble del area de la tuberia d ela linea de conduccion; y que la

longitud de la canastilla (L ) sea mayor a 3 Dc y menor a 6Dc.

donde:

Conocidos los valores del area total de ranuras y el area de cada ranurase determina el numero de ranuras:

Area total de ranurasNo de ranuras =Area de ranuras


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- Tuberia d e rebose y limpiezaEn la tuberia d e rebose y de limpia s e recomiendan pendientes de 1 a1.5% y considerando el caudal maximo de aforo, se determina eldiametro mediante la ecuacion de Hazen y W illiams (para C=140):

0.7 1 x Q0.38D = hf 0.21

donde: D = Diametro en pulg.Q = Gasto m aximo d e la fuente en Vs.hf = Perdida d e carga unitaria en m/m.

Datos: S e tiene un manantial de ladera y concentrado cuyorendimiento es el siguiente:Caudal maximo = 1.30 Vs.Caudal minimo = 1.25 Vs.Gasto maximo diario = 1.18 Vs.

1 . Calculo d e la distancia entre el punto d e afloramientoy la camara humeda (1).De la ecuacion 4.3 el valor de la velocidad (V ) es:

Para un valor asumido de h = 0.40 m. y considerando la aceleracionde la gravedad g = 9.81 m/s2 se obtiene una velocidad de paseV = 2.24 m/s. Dicho valor es mayor que la velocidad maximarecomendada de 0.6 m/s por lo que se asume para el diseno unavelocidad d e 0.5 mis.Med iante la ecuacion 4 .3 y la velocidad d e 0.5 m/s se determina laperdida d e carga en el orificio, resultando ho=0.02 m. Con el valor deho se calcula el valor de Hf mediante la ecuacion 4.4, siendo:

El valor deL se define mediante la ecuacion 4.5.

2. Ancho de la pantalla (b)Calculo del diametro de la tuberia de entrada (D)Para determinar el diame tro del orificio se utilizara la ecuacion 4 .8donde e l valor del area sera definida como:


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QmaxA = -C d x V

Considerando un caudal maximo de la fuente (Qmax.) de 1.30Ys, navelocidad d e pase (V ) de 0.50 m/s y un coeficiente de descarg a (Cd)de 0.8; resulta un area (A ) igual a 3 . 25 ~1 0'm2.El diametro del orificio sera definido mediante:

D = 6.43 cm. = 2 112".Calculo del numero de orificios (NA)Como el diametro calculado de 2 112" es mayor que el diam etro maximorecomendado de 2", en el diseno se asume un diametro de 1 112" qu esera utilizado para determinar el numero d e orificios (NA).

(6.35cm)=NA = + 1 = 3.78, asumiendose NA =4(3.81cm)'

Calculo del ancho de la pantalla (b)Conocido el diametro del orificio (D) de 1 112"y el numero d eagujeros (NA) igual a 4, el ancho d e la pantalla (b) s e determinamediante la ecuacion 4.11.

b = 2(6D) +NA D + 3D (NA -1) = 37.5 pulg

Para el diseno se asume unaseccion interna d e la camarahumeda de 1 m. por 1 m.En l a Figura 4.9 se presentala distribucion final de losorificios.


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3. Altura de la camara humeda (Ht)Para determinar a altura de la camara humeda (Ht) se utiliza la ecuacion4.12.

Donde: A = 10cm.B = 3.81 cm. (1 112").D = 3 c m .E = 30 cm.

El valor de la carga requerida (H) se define mediante la ecuacion 4.3.

Donde: Qmd = Gasto m aximo d iario en m3/s (0.00118).A = Area d e la tuberia d e salida en m2(0.001 1401).g = Aceleracion gravitacional(9.8 1 rn/s2).

Resulta: H= 0.0852 m. = 8.52 cm.Para facilitar el paso del agua s e asume una altura minima deH = 30 cm.Reemplazando los valores identificados, la altura total Ht es76.81 cm. En el diseno se considera una altura de 1.00 m.4. Dimensionamiento de la canastillaEl diam etro de la tuberia de salida a la linea de conduccion (Dc), esde 1 112". Para el diseno se estima qu e el diametro de la canastilladebe ser 2 veces el "Dc" por consiguiente:

D canastilla = 2 x 1S " = 3" .Se recomienda que la longitud d e la canastilla (L) sea mayor a 3 Dc.y menor a 6Dc

L = 3 x 1 . 5 = 11 .43 = 1 2c m .L = 6 x 1.5 = 22.86 = 23 cm.L asumido = 20 cm.Ancho d e la ranura =5 mm.Largo de la ranura = 7 mm.

Siendo el area de la ranura (A r) = 7 x 5 = 35 mm2.


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Area total de ranuras (At) = 2 Ac, considerado Ac como el areatransversal de la tuberia de la linea d e conduccion.


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Para determinar la altura total de la camara humeda (Ht) se consideran' los elementos identificados, los cuales se muestran en la Figura 4.10.

Donde:A : Altura del filtro de 10 a 20 cm.B : Se considera una altura minima de 10 cm.C : Se considera la m itad del diametro de la canastillade salida.H : Altura de agua.E : Bordo libre d e 10 a 30 cm.

Para determ inar la altura de agua requerida (H), el dimensionarnientode la canastilla de salida y calculo de l diametro de la tuberia de rebosey lim pia, se utilizan los mismos procedimientos d e calculo en base alas ecuacion es presentadas para el diseno de una captacion d e unmanantial d e ladera y concentrado.

REBOSE Y LIMPIA....- ~

ENTACION~-.-Datos: s e tiene un manantial de fondo y concentrado cuyorendimiento es el siguiente:

Caudal maximo = 2.05 Vs.Caudal m'nimo = 1.89Vs.Gasto maximo diario = 1.35 Vs.Ancho d e la pantalla = 1.00 m.


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1 . Altura de la camara humedaPara determinar la altura de la camara humeda (Ht) se utiliza laecuacion 4.15.

Donde: A = 20 cm.B = 1 0 c m .C = 5.08 cm. (2")E = 30 cm.

El valor de la carga requerida (H) se define mediante la ecuacion 4.3.

Donde:Qmd =Gasto maximo diario en m 3/s (0.00135).A = Area de la tuberia de salida en m 2(0.0020268).g = Aceleracion gravitacional(9.81 m/s2).

Resulta: H= 0.0353 m. = 3.53 cm.Se asume una altura minima de H = 30 cm.El valor de Ht = 95.08 cm. , para el diseno se considera una altura de1 O0 m.2. Dimensionam iento de la canastillaLongitud d e canastilla:

L = 3 x 5.08 = 15.24 = 16 cm.L = 6 x 5 . 0 8 = 3 0 . 4 8 = 3 1 c m.L asumido = 20 cm.Ancho d e la ranura = 5 mm.Largo de la ranura = 7 mm.

Siendo el area de la ranura (Ar) = 7 x 5 = 35 mm2

Area transversal de la tuberia de la linea de conduccion (Ac):4[ Dc2Ac=-- 2.02683 x l o 3 m2, para Dc = 2"4 (0.0508 m.)


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4. Chequeo:Por vuelco:

Mr 235.17c d v = --- - -- - 6.43 > 1.6 bien.Mo 36.55

Maxima carga unitaria :

P, = 0.17 1 Kglcm2 < 1 Kglcm2 bien.

Por deslizamiento:F 256.536

-Chequeo =-- - = 1.64> 1.6 bien.P 156.64

Para u = 0.42 y F = u x W, = 256.536 Kg.


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La linea de conduccion en un sistema de abastecimiento de agua po-table por gravedad es el conjunto de tuberias, valvulas, accesorios,estructuras y obras de arte encargados de la cond uccion del agua desdela captacion hasta el reservorio, aprovechando la carga estaticaexistente. Debe utilizarse al maximo la energia disponible paraconducir el gasto deseado, lo que en la m ayoria de los casos nos llevaraa la seleccion del diametro minimo q ue permita presiones igu ales omenores a la resistencia fisica que el material d e la tuberia soporte.Las tuberias normalmente siguen el perfil del terreno, salvo el casode que , a lo largo de la ruta por do nde se deberia realizar la instalacionde las tuberias, existan zonas rocosas insalvables, cruces d e quebradas,terrenos erosionables, etc. que requieran de estructuras especiales.Para lograr un mejor funcionam iento del sistema, a lo largo de la lineade conduccion puede requerirse camaras rom pe presion, valvulas deaire, valvulas de purga, etc. Cada uno d e estos elementos precisa d eun diseno d e acuerdo a caracteristicas particulares.Todas estas consideraciones seran desarrolladas en el presente capituloy serviran para disenar y definir los diametros de las tuberias y laubicacion de las camaras rompe-presion.5.1 CRITERIOS DE DISENODefinido el perfil d e la linea d e conduccion, es necesario considerarcriterios de diseno qu e permitan el planteamiento final en base a lassiguientes consideraciones:

PERFIL DE LA LlNEADE WNDUCCION

Figura 5.1 : Carga disponible e n la unea de conduccion

La carga disponible (Figura 5.1) vienerepresentada por la diferencia deelevacion en tre la obra de captaciony el reservorio.

E l g a s t o d e d i s e n o e s e lcorrespondiente al gasto maximod i a r i o ( Q m d ) , e l q u e s e e s t i m aconsiderando el caudal m edio de lapoblacion para el periodo de d isenoseleccionado (Qm) y el factor K1 deld i a d e m a x i m o c o n s u m o ( v e rCapitulo 2).


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Las clases de tuberia a seleccionarse estaran definidas por las m aximaspresiones q ue ocurran en la linea representada por la linea de cargaestatica . Para la seleccion se deb e considerar una tuberia que resistala presion mas elevada qu e pueda producirse, ya que la presion maxim ano oc urre bajo condiciones d e operacion, sino cuando se presenta lapresion estatica, al cerrar la valvula de control en la tuberia.En la mayoria d e los proyectos d e abastecimiento d e agua potablepara poblaciones rurales se utilizan tuberias de PVC. Este materialtiene ventajas comparativas con relacion a otro tipo de tuberias: eseconom ico, flexible, durable, de poco peso y d e facil transporte einstalacion; ademas, son las tuberias que incluyen diametroscom erciales menores de 2 pulg y qu e facilmente se encuentran en elmercado.En e l Cuadro 5.1 y la Figura 5.2, se presentan las clases comercialesde tuberias PV C con sus respectivas cargas d e presion.

Clase de tuberias PVC y maxima presion de trabajo

DE CAROA ESTATICAA, - - - - - - - - - - - - - - - - - -

U5 0-z070

>J

100

DISTANC 1 A


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IFigura 5.3 : Valvula de aire manual

Cuando las presiones sean mayores a las que soporta la tuberia PV C,cuan do la naturaleza del terreno haga antieconornica la excav acion ydonde sea necesaria la construccion de acuedu ctos, se recomiendautilizar tuberia de fierro galvanizado.

Para determinar los diametros se consideran dif erentes soluciones yse estudian diversas alternativas desde el punto d e vista econ om ico.Considerando el maximo desnivel en toda la longitud del tramo, e ldiametro seleccionado debera tener la capacidad de conducir el ga stode diseno con velocidades comprendidas entre 0.6 y 3.0 mls; y la sperdidas de carga por tramo calcu lado deben ser menores o igu ales ala carga disponible.

- Valvulas de aireEl aire acumulado en los puntos altos provoca la reduccion del areade flujo del agua, produciendo un aum ento de perdida d e carga y unadisminucion del gasto. Para evitar esta acumulacion es necesarioinstalar valvulas de aire pudiendo ser autom aticas o manuales. Debidoal costo elevado de las valvulas automaticas, en l a mayoria d e laslineas de conduccion se utilizan valvulas de compuerta con susrespectivos accesorios que requieren ser operadas periodicamente.(ver Figura 5.3) .- Valvulas de purgaLos sedimentos acumulados en los puntos bajos de la linea deconduccion con topografia accidentada, provocan la reduccion delarea de flujo del agua, siendo necesario instalar v alvulas de purga q uepermitan per iodicamente la l impieza de t ramos de tuberias(ver Figura 5.4).- Camaras rompe-presion

Figura 5.4 : Valvula de purga

Cuando existe much o desnivel entrela captacion y algunos puntos a lolargo de la linea de conduccion,pueden generarse presiones supe-riores a la maxima que puede sopor-tar una tuberia. En esta situacion,es necesaria la construccion dec a m a r a s r o m p e - p r e s i o n q u epermitan disipar la energia y reducirla presion relativa a cero (presionatmosferica), con la finalidad deevitar danos en la tuberia. Estasestructuras permiten utilizar tube-rias de menor clase, reduciendoconsiderablemente os costos en lasobras de abastecimiento de aguapotable.


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estructuras complementarias de la linea deconducion.

La linea d e gradiente hidraulica (L.G.H.) indicala presion de agu a a lo largo d e la tuberia bajocondiciones de operacion. Cuando se traza lalinea de gradiente hidraulica para un caudal quedescarga libremente en la atmosfera (comoden tro de un t anaue) . ~ u e d eesultar aue la

En la Figura 5.5 se ilustra la ubicacion de las 1

. , . apresion residual en el punto de descarga se Figura 5.5 : Ubicacion de estructuras complementariasvuelva positiva o negativa, com o se ilustra en laFigura 5.6.En el Figura 5.6a se observa lapresion residual positiva, que indicaque hay un exceso de ene rg iagravitacional; quie re decir, qu e hayenergia suficiente para mover elflujo. En la Figura 5.6b s e observala presion residual negativa, queindica que no hay suficiente energiagravitacional para mo ver la cantidaddeseada d e agua; m otivo suficientepara que la cantidad de agua nofluya. Se puede volver a trazar laL.G.H. usand o un menor cauda l y10un diametro mayor de tuberia conla finalidad de tener en toda lalongitud de la tuberia una cargaoperativa de agua positiva.

La perdida de carga es el gasto d eenergia necesario para vencer lasr e s i s t e n c i a s q u e s e o p o n e n a lmovimiento d el fluido de un puntoa otro en una seccion d e la tuberia.

PRESlON RESIDUALPos IT lvA GI I

O ) FlRESION RESIDUAL POSITIVA

PERDIDA DECARGA

PI)ESION RESIDUALNEOATIVA 1 - 1

b ) PRESION RESIDUAL NEGATIVA

Figura 5.6 : Presiones residuales positivas y negativasLas perdidas d e carga pueden ser lineales o de friccion y singulares olocales. Las primeras, son ocasionadas p or la fuerza de rozamientoen la superficie d e contacto entre el fluido y la tuberia; y las segundasson producidas por las deformaciones de flujo, cambio en susmovim ientos y velocidad (estrechamientoso ensanchamientosbruscosde la seccion, torneo de las valvulas, grifos, compuertas, codos, etc.).Cuando las perdidas locales son mas del 10% de las perdidas defriccion, la tuberia se denomina corta y el calculo se realizaconsiderando la influencia de estas perdidas locales.


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Debido a que en la linea de conduccion las perdidas locales no superanel lo%,para realizar los calculos hidraulicos solamen te se consideranlas perdidas por friccion.

Para el ca lculo de la perdida de carga unitaria, pueden u tilizarse muchasformulas, sin embargo una d e las mas usadas en conductos a presion,es la d e Hazen y Williams. Esta form ula es valida unicamente paratuberias de flujo turbulento, con comportamiento hidraulico rugoso ycon diametros mayores a 2 pulg.Las Normas del Ministerio de Salud, para el calculo hidraulicorecomiendan el empleo de la formula de Fair-Whipple para diametrosmenores a 2 pulg.; sin embargo se puede utilizar la formula de H azeny Williams, con cuya ecuacion los fabricantes de nuestro pais elaboransus nomogramas en los que incluyen diametros menores a 2 pulg.(ver Figura 5.7).Para los propositos de diseno se considera:Ecuacion de Hazen y Williams

Donde:D = Diametro de la tuberia (pulg).Q = Caudal (11s).hf = Perdida de carga unitaria (m/Km).C = CoeficientedeHazen -Wiliiams expresadoen @ie)lRlseg .

En caso deM A T E R I A LFierro fundidoConcretoAceroAsbesto Cemento/P.V.C

Para una tuberia de PV C o asbesto-cemento, donde el valor de C =140;el caudal, la perdida de carga unitaria y el diametro quedan d efinidoscomo:

usar:M A T E R I A LFierro fundidoConcretoAceroAsbesto Cemento/P.V.C

C1O011 0120140


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Figura 5.7 : Nomograma para la formula de Hazen y Williams (para tuberia con C = 140)


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Figura 5.8 : Perfil longitudinal de un a linea de conduccion

presen ta un e jemplocuya informacion es la , N +

Considerando un solo diametro de tuberia.

siguiente:

Calculos:Carga disponible = Cota capt. - Cota reserv.= 2500 - 2450 = 50 m.

io c LO0 m< -8 "DISTAHC18 I ~ I

Carga disponiblePerdida de Carga unitaria(hf) =

L5O

h f = --- = 0.1316 (131.6 "lw)380Para determinar el valor del diametro mediante el uso d el nomogramade Hazen-W illiams (F igura 5.7), se consideran los valores del gastode d iseno (2.1 11s) y la perd ida de carga unitaria (131.6 m. por cada100 0 m). C on dicha inform acion resulta un d iametro de tuberiacomprendida entre 1" y 1 112".Co mo el diseno considera un solo diametro, se selecciona el de 1 112"La perd ida de carga unitaria real se estima con la ayud a del nomogram acuy os valores de entrada son el gasto d e diseno (2.1 11s) y el diametroselecccionado (1 112"); resultando el valor de 10 0% . Adicionalm entese hace lectura de la velocidad cuyo valor es de 1.9 m/s y se encuentradentro del rango recomendado.Conocido el valor de la perdida de carga unitaria se estiman los valoresde perdida d e carga por tramo:Perdida de carga unitaria(hf) = 100 "Io0

L x h fPerdida d e carga en el tramo (Hf) =1O00380 x 100

Hf = = 38.00 m.10 0 0


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Para determinar con mayor precision el valor d el diametro d e tuberia,se utilizan las ecuaciones de H azen-Williams y d e Fair Whipp le. Encaso que el resultado no represente un diametro comercial, al igualque con el uso del nomograma, s e selecciona el diametro mayor.Considerando los datos del ejemplo y reemplazando en la ecuacion5.4 (Hazen-Williams), se obtiene el valor del diam etro (D):Reemplazando los valores de Q (2.1 Vs) y hf (0.13 16 m/m) se obtiene:

D = 1.44" ; iendo su valor comercial d e 1 112"Con el valor del diametro comercial de tuberia selecccionada de 1 112"y el gasto d e diseno d e 2.1 11s se estima la pe rdida d e carga unita riamediante la ecuacion 5.3, resultando:

hf=O.lOl3 m/m.Perdida de carga en el tramo ( Hf ) =L x hf

Hf= 380 x 0.1013 = 38.50 m.Este valor permite el calculo de la presion dinamica, com o sedescribeen el siguiente acapite.

DE REFERENCIA

Figura 5.9 : Energias de posicion. presion y velocidad

En la linea de condu ccion, la presion representa la cantidad de energiagravitacional contenida en el agua. En un tramo d e tuberia q ue estaoperando a tubo lleno, podemos plantear la ecuacion de Bem oulli:


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Donde:Z = Co ta del punto respecto a un nivel de referencia

arbitraria (m).P- Altura o carga d e presion "Pes la presion y y el pesoy especifico del fluido" (m).V =Velocidad m edia del punto considerado (m ls).Hf =Es la perdida d e carga que se produce en el tramo

de 1 a 2 (m).Se asu me que la velocidad es despreciable debido a que la carga develocidad, considerando las velocidades maximas y minimas, es de46 cm . y 18cm. En base a esta consideracion la ecuacion 5.9 quedadefinida como:

p , p 2--- + Z, + = Z2+- Hf

DE REFERENCIA

Figura 5.1 0 : Energias de posicion y presionSe recomienda iniciar el diseno desde la c6mara de ca ~t ac io n. n estaestructura la presion es igual a la presion atmosferica, por lo que lacarga d e presion se asum e como cero. El mismo criterio s e aplicacuando s e considera e n el diseno como punto de partida una cam ararom pe presion, resultando al final del tramo:

p2- - - Z, - Z, - HfY

NIVEL DE CARGA ESTATICA

1 1 vDISTANCIA (m )

Figura 5.11 : Equilibrio de presiones dinamicas


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Utilizando los datos del ejemplo anterior y considerando el valor deHf = 38.50 m., se presenta e l calculo de la cota piezometrica y de lapresion al final del tramo (Figura 5 .12):

cota piezxeserv. = cota terr.cap. - Hfcota piez.reserv. = 2500.00 - 38.50 = 2461.50presion final del tramo = cota piez.reserv - cota reserv.presion fina l del tramo = 2461.50 - 2450.00 = 11.50 m.

*2000 4- N IVEL DE CARO* ESTATIC*

- \S \

"1 = YI.Xln'\

: '..

2.30 -

IW -0 300 3110

O ISTANC IA 11

Figura 5.12 : Representacion de la presion final, perdida de carga por tramo y linea de gradientehidraulica (L.G.H.)

5.5 COMBINACIONDETUBER~ASCuando se disena una seccion de tuberia puede no hab er un diame trounico de tuberia disponible qu e de el factor de perdida de carga porfriccion deseado. En este caso se usara una com binacion d e diametrosde tuberias.El metodo para disenar la I inea de conduccion mediante lacomb inacion de tuberias tiene las ventajas de: manipular las perdidasde carga, conseguir presiones dentro de los rangos admisibles ydisminuir considerablemente los costos del proyecto; al emplearsetuberias de menor diam etro y en algu nos casos, evita un m ayor numerode camaras rompe presion.La longitud de cada tuberia debe ser suficiente como para que la sumade las perdidas de carga de cada una sea igual a la perdida de cargatotal deseada. De la Figura 5.13 se define lo siguiente:

Hf = Perdida de carga total deseada (m).L = Longitud total de tuberia (m).X = Longitud de tuberia del diametro menor (m).L-X = Longitud de tuberia del diametro m ayor (m).hfl = Perdida de cargau nitariad e a tub. de mayor diametro.hf2 = Perdidadecarga unitaria de la tub. de m enor diametro.h f l x (L - X) = Perdida de carga del tramo d e diametromayor (H fl).

hf2 x X = Perdida de carga del tramo d e diametro menor (Hf2).


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Figura 5.13 : Perfil de la combinacion de tuberias

La perdida d e carga total deseada Hf, es la suma d e las perdidas decarga en los dos tramos d e tuberia.

Despejando el valor de la longitud de la tuberia de diametro m enor(X) resulta:

Hf - (hf 1 x L)X = hf2 - h f l

Con la finalidad d e mostrar paso a paso el procedimiento d e disenode la linea d e conduccion, se considera un proyecto desarrollado porSE R en la sierra norte del departamento d e Lima (Figura 5.14).Datos:

Qmd = 1.18Vs.Cota captacion = 3506.00m.s.n.m.Cota del reservorio = 3322 m.s.n.m.Carga disponible = 184 m.


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Analisis preliminarPara la instalacion d e la linea d e conduccion se proyecta el uso detuberias de PV C, clase 10 y C =1 40 . Los diametros y longitudes serandefinidos mediante calculos hidraulicos considerando velocidadesmaximas y minimas de 3.0 d s 0 .6 d s , espectivamente ; mientrasque para la ubicacion de las cam aras rompe presion, se consideranpresiones estaticas maximas d e 70 m. y presiones dinamicas minimasde 5 m.La carga disponible en tre la camara de captacion y el reservorio d eregulacion es d e 184 m. Este valor es mayor qu e la presion maximade trabajo que soportarian las tuberias PV C, por lo q ue es necesarioplantear la constniccion d e dos camaras rompe presion.Co mo se puede observ ar en la Figura 5 .15, desde la captacion a laromp e presion nro 1 hay 420 m de longitud y 5 9 m de desnivel. Eneste tramo si se instalara una tuberia de l" , se obtendrian presionesnegativas, por consiguiente sera necesario utilizar una tuberia de mayordiametro.

Figura 5.15 : Perfil longitudinal desde la captacion a la rompe - presion No 1Calculo preliminar de la p erdida de carga unitaria disponible:

Enel nomograrna de Hazen y Williarns (Figura5.7), con Qmd= 1.18 11s yhf= 140 n/uo, se obtiene un diametro entre 1" y 1 112".En base a esta informacion , se proyecta realizar una combinacion detuberias considerando una presion residual de 1 0 m. y diametroscomerciales de 1 y 1 112".El segu ndo tramo, com prendido entre la rompe presion nro. 1 y larompe-p resion nro. 2 tiene 540 m. de longitud y 69.50 m. de desnivel.Si se considerase una tuberia d e 1" resultaria una presion negativa,mientras qu e con tuberia de 1 112" resulta una presion may or que laresidual desea da (20 m.); por lo que, al igual que en el primer tramo,se realiza una combinacion d e tuberias adoptando diametros de 1 y1 112".


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La presion residual, como se indica en el item 5.2, es la energia necesariapara mover el flujo, pudiendo ser esta igual o mayo r a cero. Las Norm asdel Ministerio de Salud recomiendan presiones dinamicas may ores de 5metros y menores de 50 m etros, siendo ello motivo mas qu e suficientepara que en el presente ejemplo se asuma arbitrariamente 10y 20 metrosde presion residual para el primer y segundo tramo, respectivamen te.A partir de la rompe p resion nro. 2, hay 55.50 m. d e desnivel hasta laubicacion del reservorio. A pesar de no ser necesaria, se instalara lacamara rompe presion nro. 3 a un desnivel de 48.75 m. Esta camaracumplira la funcion de sum inistrar directamente el agua a la linea d eaduccion y que la poblacion n o se perjudique cuando s e realice lalimpieza o reparacion del reservorio.Se ha identificado com o tercero el tramo com prendido entre la rompepresion nro. 2 y la rompe presion nro. 3, y como cuarto al tramocomprendido entre la rompe presion nro. 3 y el reservorio; en estecaso, a diferencia de los dos primero s tramos, se proyecta la instalacionde tuberia de un solo diametro usandose 1" para el tercer tramo y1 112" para el cuarto tram o (ver Figura 5.14).La identificacion de tramos con sus respectivas longitudes, cotas ydesnivel se muestran en el siguiente Cuadro:

Identificacion de tramos en la Iinea de conduccion

Procedimiento de calculoA fin de presentar el diseno de la tuberia, se agm paran los tramos co nsemejantes requerim ientosde calculo. Para el caso del primer y segundotramo, se utilizara la combinacion de tuberias con diametros de1 112" y 1".

TRAMO

Capt. - CRICRI - CR2

El procedimiento de calculo en base al item 5.5, considera comoconocidos la longitud de tuberia, el caudal de diseno y una perdida decarga por friccion deseada.

LONGITUD

420540

DIFER.DECOTA59.0069.50

COTAS.INICIAL3506.003447.00

FINAL3447.003377.50


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T R A M O

ICap1 - RP N0I

CUADRO.3Calculos hidraulicos del 1er y 2do tramo (metodo de com binacion de tuberias)

Longitud Caudal COTA DELTERRENO Presion Perdida / Perdida 1 1 Perdida 1 COTADELTERRENO / Desnivel 1 Perdida 1 COTAPIEZOMETR~unitaria

de cargaHfl.Hf-2

acurnuluda Inicial FinalIPresionFinal(m)20

Nota: A partirdelacolumna9 seesta nconsiderandodo s valores paracadacolumna; el pr im pa ra el di am em mayo ry el segundo parael diameto menor.


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Datos:Qmd = 1.913 11s.Cota rompe presion 1 = 2340 m.s.n.m.Cota del reservorio = 2890 m.s.n.m.Cota parte critica (punto E) = 2810 m.s.n.m.

En la Figura 5.16, se observa que la carga maxima ocurre en el punto"E" cuya presion hidrostatica sera la diferencia entre el nivel maximode la camara rom pe presion NO. 3 (2940.00 m.s.n.m.) y l a elevacionde la tuberia en e l punto E (281 0.00 m.s.n.m.). El valor resulta 130.00m.por lo qu e se recomienda utilizar diferentes clases de tuberia.De acuerdo a las clases de tuberia senaladas el el acapite 5. lc , sepuede utilizar tuberias d esde la clase 5 hasta la clase 15. La m ejorsolucion consistira en determinar las longitudes correspondientes acada clase con la finalidad de aprovechar al maximo la de menor costohasta alcanzar su presion m axima de trabajo.Para las condiciones d e presion maxima de trabajo desde la camararompe presion nro. 3 hasta la progresiva 0+360, se recomienda laclase 5; desde la progresiva 0+360 a la progresiva 0+600, serecomienda la clase 10; y de la progresiva 0+600 a la progresiva 0+900se recomienda la cla se 15. Para la parte mas critica, que comprende eltramo d e la progresiva 0+ 900 a la progresiva 1+200, se recomiendatuberia de fierro galvanizado. Finalm ente para el tramo ascendenteque corresponde desde la parte critica (E) al reservorio (Bl) seproyectan las clases 15 y 10, cuyas longitudes y progresivas semuestran en la Figura 5.16.En el Cuad ro 5.5 se presentan los resultados del calculo hidraulicodel ejem plo propuesto.Con la finalidad de facilitar el diseno de la linea d e conduccion, en e lAnexo 1se presentan programas d e calculo con ejemplos ilustrativos.

5.7 DISENOHIDRAULICO DE LA CAMARA ROMPEPRESIONEn el acapite 5. l e se define la funcion de la camara rompe presionpara el ejem plo del diseno hidraulico que presenta la Figura 5.17 .En el eje mplo, asum imos que el caudal de diseno ingresara medianteuna tuberia de 1 112" y saldra por una tuberia d e 1".Para determinar la altura de la camara rompe presion, es necesarioconocer la carga requerida (H ) para que el gasto de salida pueda fluir.Este valor se determina mediante la ecuacion experimental deBemoulli.


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CUADRO.4Calculos hidraulicos del 3er y 4to tramo

LongitudL

(m)(3 )

COTA DEL TERRENInicial Final(msnm) (msnm)

3377.50 3328.75

3328.75 3322.00

Desniveldelterreno(m )(6 )

Disponible

0.443

0.3857 1 112

T R A M O(1 )

Perdidade CargaTramoHf (m)(11)27.591

0.610

Presion(m)(14)21.16

6.14RP NO3 - RESERV

CO TA P IEZO MET RICP

CUADRO.5Calculos hidraulicos - perfil en "U"

Inicial(msnm)(12)3377.50

3328.75

CaudalQmd( W1.9131.9131.913

Final(msnm)(13)3349.909

3328.14

DiametroD(pulg.)

33

3

LongitudL

COTADELTERRENO DesniveldelTerreno(m)

102.00

Velocidadv Perdidade CargaUnitaria

0.002935

Perdida Perdidade CargaAcumulada

(m)

COTA PIEZOMETRICA 1de CargaTramoHf (m)

Final(msnm)

3937.368

Presion(m)msnm)

T R A M O

(* ) Tuberia deF"Go uyo valor es de C=100. La perdida de carga unitaria (hf) determinada mediante la ecuacion 5.1.


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VISTA DE PLANTAESC. 1/20

FIERRO 1/4" 6) .10

ENTRADA--Al'LIPLL DE CONCRETO. 2

TUB. REBOSE

Figura 5.17 : Camara rompe presion


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L o s r e s e rv o r i o s d ealmacenamiento pueden sere l e v a d o s , a p o y a d o s yenterrados. Los elevados, quegeneralmente t ienen formae s f e r i c a , c i l i n d r i c a y d eparalelepipedo, son construidossobre torres, columnas, pilotes,e t c ; l o s a p o y a d o s , q u eprincipalmente tienen formarectangular y circular, sonconstruidos directamentesobrela superficie del suelo; y losenterrados, de forma rectannu -lar, son construidos por debajo L- "'de la super f ic ie de l sue lo

e ) ELEVADO

(cisternas).Para capacidades medianas y pequenas, como es el caso de losproyectos d e abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales,resulta tradicional y economica la construccion de un reservorioapoyad o de forma cuadrada.

La ubicacion esta determinada principalmente por la necesidad yconveniencia de mantener la presion en la red dentro de los limites deservicio, garantizandopresiones minimas en las viviendas mas elevadasy presiones maximas e n las viviendas mas bajas.De acuerdo a la ubicacion, los reservorios pueden ser de cabecera oflotantes. En e l primer caso s e alimentan directamente de la captacion,pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados o apoyados, yalimentan directamente de agua a la poblacion. En el segundo caso,son tipicos reguladores de presion, casi siempre son elevados y secaracterizan porque la entrada y la salida del agua se hace por elmismo tubo.Consideran do la topografia del terreno y la ubicacion de la fuente deagua, en la mayoria d e los proyectos de agua potable en zonas ruraleslos reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad.El reservorio s e debe ubicar lo mas cerca posible y a una elevacionmayor al centro poblado.6.2 CASETA DEVALVULU

El diame tro esta definido por la tuberia d e conduccion, debiendo estarprovista de una valvula com puerta de igual diame tro antes de la entrada

Figura 6.1 :Tipos de reservorios: apoyado y elevado


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6.3 CALCULO DE LACAP ACIDAD DEL RESERVORIOPara el calculo del volumen dealmacenamiento se utilizanmetodo s graficos y analiticos.Los primeros se basan en ladeterminacion de la "curva demasa" o de "consumo inte-g r al ", c o n s i d e r a n d o l o sconsumos acumulados; paralos m etodos analiticos, se debed i s p o n e r d e l o s d a t o s d econsum o por horas y del cau-dal disponible de la fu ente, quepor lo general es equivalenteal consumo promedio diario(ver Figura 6.3).E n l a m a y o r i a d e l a spob lac iones ru ra le s no s ecuenta con informacion quepermita utilizar los metodosmencionados,pero si podemoses t imar e l consumo mediodiario anual. En base a estain fo rmac ion s e ca lcu la e lvolumen de almacenamientode acuerdo a las Norm as delMinisterio de Salud.Para los proyectos de aguap o t a b l e p o r g r a v e d a d , e lMinis ter io de Salud reco-mienda una capac idad deregulacion del reservono del 25a l 3 0 % d e l v o l u m e n d e l

01 CURVA DE VARIACIONES HORARIAS DEL DIA DE MAXIMO MN SU MO

b l CURVA DE CONSUMOS ACUMULADOS, OBTENIDO DEL GRAFICO a

consumo promedio diar io anual (Qm).Con la finalidad de presentar el procedimiento de calculo de la capacidady del dim ensionam iento de un reservorio s e desarrolla el siguienteejemplo:

Datos: Poblacion futura (Pf) = 977 habitantesDotacion = 80 Vhab./diaResultados:

Consumo prom edio anual (Qm):Qm =Pf x Dotacion = 78,160 litros

Figura 6.3 :Curva de v a n a c i o n e s h o r a ri a s yde c o n s u m o s a c u m u l a d o s

Volumen del re se no no considerando el 25% d e Qm:V =Q m x 0.25 = 19,540 litros = 19.54m3


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Resulta: blh = 3.711.48= 2.50Para la relacion blh = 2.50, se presentan los coeficientes (k) para elcalculo de los momentos, cuya informacion se muestra en elCuadro 6.1

Coeficientes (k) para el calculo de momentos de las paredes de reservorioscuadrados- tapa librey fondo empotrado (')

Los mom entos se determinan mediante la siguiente formula:

Conocidos los datos se calcula:yax h3= lOOO~(1.48)~ya x h3= 3242 KgPara y = O y reemplazando valores de K en la ecu acion se tiene:

MxO = OMx114 = 0.012 x 3242 = + 38.90 Kg-m.Mx112 = 0.011 x 3242 = +35.66 Kg-m.Mx314 = - 0.021 x 3242 = - 68.08 Kg-m.Mxl = - 0.108 x 3242 = - 350.136Kg-m.

Siguiendo el mismo procedimiento se calculan los mo mentos Mx yMy para los valores de y, cuyos resultados se presentan en el Cuad ro6.2 y en la Figura 6.6.

(1) Informacion extraida del Cuadro H.5 (Anexo H) de este libro - Referencia: Rivera Feijoo, J. pp. 77.


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El espe sor totaligual a 6.57 cm ;= 10 cm.). Para

(e), considerando un recubrimiento de 2.5 cm., serasiendo menor que el espesor minimo encontrado (eel diseno se considerad = 10 - 2.5 = 7.50 cm.

Losa de fondoAsumiendo el espesor de la losa de fondo igual a 0.15 m. y conocidala altura de agua d e 1.48 m., el valor d e P sera:

Peso propio del agua 1.48 x 1000 = 1480 Kg/m2.Peso propio del concreto 0.15 x 2400 = 360 Kg/m2.W = 1840 Kg/m2.

La losa d e fondo sera analizada com o una placa flexible y no comouna placa rigida, debido a que el espesor es pequeno en relacion a lalongitud; ademas la considerarem os apoyada en un m edio cuya rigidezaumen ta con el empotramiento. D icha placa estara empotrada en losbordes.Debido a la accion de las cargas verticales actuantes para una luzinterna de L = 3.70 m., s e originan los siguientes momentos:Mo mento de emp otramiento en los extremos:

Mo mento en el centro:

Para losas planas rectangulares armadas con armaduras en dosdirecciones, Timoshenko(') ecomienda los siguientes coeficientes:Para un momento e n el centro = 0.0513Para un momento de empotramiento = 0.529

Mo mentos finales:Empotramiento (Me) = 0.529 x (- 131.20)= - 69.4 Kg-m.Centro (Mc) = 0.0513 x 65.60 = 3.36 Kg-m.Cheq ueo del espesor:El esp esor se calcula mediante el m etodo elastico sin agrietamientoconsiderando e l maximo momento absoluto (M = 69.40 Kg-m) conla siguiente relacion:

( 1 ) Referencia: Hany Parker,M.C. pp 172 - 180.


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La cuan tia minima se determina mediante

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