Diseño de Acueductos

DISEÑO DE ACUEDUCTOS

INTRODUCCION

La Constitución Política de Colombia establece como uno de los fines principales de la actividad del Estado, la solución de las necesidades básicas insatisfechas, entre las que está el acceso al servicio de agua potable, que es fundamental para la vida humana. El abastecimiento adecuado de agua de calidad para el consumo humano es necesario para evitar casos de morbilidad por enfermedades como el cólera y la diarrea. Entre las principales causas que contribuyen a enfermedades y a una alta mortalidad infantil en comunidades rurales del mundo, se encuentran el consumo y manejo del agua en condiciones no potables, la disposición inadecuada de excretas y de las aguas grises, el manejo inadecuado de los desechos sólidos y la práctica de malos hábitos de higiene. Estas condiciones afectan directamente los recursos naturales de las cuencas, especialmente los cursos de agua, mediante la contaminación y constituyen una amenaza para la calidad de vida de las poblaciones humanas.

El presente proyecto busca la ejecución de las condiciones de saneamiento básico, que consiste en el diseño de la infraestructura hidráulica del acueducto para la población de la parcelación LAS MERCEDES ubicada en el municipio de Jamundí, buscando mejorar y fortalecer las capacidades locales en la gestión de saneamiento básico de sus habitantes.

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

Los factores expansionistas que se han llevado a cabo en los últimos años han llevado a la sociedad a ocupar mayor territorio para sus asentamientos, tal es el caso de la parcelación LAS MERCEDES del municipio de Jamundí cuyos habitantes lo componen personas que poseen trabajos en las crecientes industrias vallecaucanas acentuadas alrededor del municipio de Jamundí. Para la ejecución de este nuevo proyecto habitacional se deben cumplir reglamentos básicos de saneamiento para la comodidad de sus habitantes, es así que, a través del proceso civil desarrollamos el proyecto de estudio y diseño del acueducto para esta población, evaluando los diferentes procesos e ítems que conlleva la realización de estos proyectos de ingeniería.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar el sistema de acueducto para la población de la parcelación las MERCEDES aplicando los conceptos concernientes al diseño de acueductos y alcantarillados.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar los diferentes factores que se deben tener en cuenta al momento de diseñar un sistema de acueductos.

Estudiar la factibilidad hidráulica e hidrológica del proyecto teniendo en cuenta el afluente de abastecimiento.

Identificar el nivel socioeconómico de la población a tratar caracterizándola con un nivel de complejidad determinado (Dado por el RAS 2000).

Enumerar una serie de recomendaciones para la vida útil del proyecto, garantizando así su correcta funcionalidad.

DESCRIPCION AREA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO

POBLACIONLa población que habita la parcelación LAS MERCEDES se compone de personas que laboran en las industrias alrededor del municipio de Jamundí y sus alrededores. La infraestructura de la parcelación se compone de 405 viviendas, de las cuales 2 son escuelas con un número menor de 20 estudiantes, 37 piscinas distribuidas en algunas viviendas y un total de 3 parques recreacionales.El número de habitantes a la fecha (2013) es de 1620; el índice de crecimiento de la zona de Jamundí, área donde se ubica el proyecto, es de 0,032 teniendo en cuenta lo anterior se hizo la expansión de la población futura, teniendo en cuenta el método logarítmico1, y el periodo de diseño de 16 años previsto para el sistema de acueductos2.

AñoPoblación

(log)2013 16202014 16732015 17272016 17832017 18412018 19012019 19632020 20272021 20932022 21612023 22312024 23032025 23782026 24562027 25362028 2618

Es decir que para cuando el periodo de retorno sea el máximo tendremos un total de 2618 habitantes 998 más que la inicial. (véase figura 1 anexo).

TOPOGRAFIA Plano HIDROLOGIA

El afluente escogido para abastecer a la población es el rio Jamundí (véase figura 2 del anexo). La cuenca hidrográfica del río Jamundí está localizada al suroccidente del departamento del Valle del Cauca en el flanco oriental de la cordillera occidental, en jurisdicción de los municipios de Jamundí y Santiago de Cali. El río Jamundí nace a una altura de 3800 msnm en jurisdicción del parque Nacional Los Farallones de Cali y desemboca en el río Cauca(Figura3.anexo). La cuenca

del río Jamundí, es una cuenca de cuarto orden,pertenece a la cuenca del río Jamundí, pero por su interés económico se realiza el estudio independiente de ella. El río Jamundí en la parte plana sirve como límite entre los municipios de Santiago de Cali y Jamundí.

DEMANDA DE AGUA Demanda de agua para uso agrícola Para la estimación de la demanda agrícola se tomaron las coberturas de cultivos permanentes, semipermanentes, transitorios y el pasto de corte. La demanda agrícola para la zona productora y consumidora se resume en el anexo 4. En el gráfico 3 y el cuadro 1 se puede apreciar que la demanda agrícola en la zona consumidora es mayor que en la productora. La zona consumidora posee el valor de más alta demanda en el mes de agosto (85,2 mm) y el menor valor el mes de noviembre con 59,6 mm. La zona productora tiene como valores máximo y mínimo 71,9 mm en el mes de agosto y 47 mm en el mes de diciembre, respectivamente.Demanda DomésticaEsta demanda fue estimada partiendo de los valores del último censo (Dane, 2005, población compensada Mayo 2.007) y realizando la proyección al año 2.0071. La demanda doméstica de la cabecera municipal es de 170,65 l/s, la demanda doméstica para el sector rural dada la inexistencia de los censos veredales, se estimó teniendo en cuenta un porcentaje del 30% de la población rural reportada por el DANE del municipio de Jamundí. Esta demanda tiene un valor de 24,50 l/s; aclarando que la dotación para la zona rural y la cabecera es de 200 l/s por habitante. La demanda doméstica de esta cuenca es de 16.861.48 m3/día, lo cual equivale a 2,63 mm/mes.Demanda Industrial Dada la ausencia de información consolidada sobre la demanda de agua del sector industrial esta será estimada como el 8% de la demanda agrícola. Los resultados se relacionan en la tabla 6 del anexo.Demanda Ambiental Esta demanda refiere al mantenimiento de la corriente, en ella está involucrado tanto el caudal ecológico como la calidad del agua de la misma, puesto que no se ha definidouna metodología corporativa para la estimación de esta se asumirá un porcentaje en busca de propender por la conservación de las aguas de este cauce, tanto cuantitativa como cualitativamente. Será estimado como el 30% del caudal registrado en la estación o punto de aforo, en cada uno de los meses del año. Los resultados de la demanda ambiental se presentan en la tabla 6 del anexo.

Precipitación

La precipitación en la cuenca del río Jamundí presenta un comportamiento bimodal, sus dos periodos secos se presentan en los meses de diciembre, enero y febrero y entre junio, julio y agosto; así como sus dos periodos húmedos en los meses de marzo, abril, mayo y septiembre, octubre y noviembre. La zona consumidora posee el valor mínimo de precipitación media en el mes de agosto con 56 mm y el valor más alto en el mes de abril con 237 mm. La zona productora tiene como valor mínimo de lluvia 109 mm en el mes de julio; el valor máximo es de 364 mm en el mes de octubre. Se presentan las precipitaciones en la tabla 7 del anexo.

ECONOMIALa economía de este sector depende en gran medida de la zona industrial que está a los alrededores del municipio de Jamundí, debido a que gran parte de los residentes son trabajadores en estas industrias. En el interior del condominio no se registran ningún tipo de actividad económica exceptuando las tiendas de abarrotes pequeñas de víveres que tienen algunas viviendas; este factor no se tiene en cuenta en la economía de la parcelación ya que es parte de la vivienda en sí.

EDUCACION AMBIENTAL Y SANITARIA Enfermedades hídricas

Nos referimos a estas en el punto 8 del anexo. Por lo tanto, la disponibilidad y uso de sistemas de abastecimiento de

agua potable adecuados, así como medios higiénicos de colocación apropiada de residuos, son partes integrales de la atención de la salud. Debido a que en muchos lugares los sistemas de agua y saneamiento están a cargo de autoridades no ligadas al sector salud, el diseño del proyecto y la construcción de los sistemas hidráulicos urbanos requerirán una atención especial en este rubro sanitario.

PARAMETROS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ACUEDUCTOS

PARAMETROS DE DISEÑO

Los parámetros de diseño se definirán siguiendo las recomendaciones dadas en las normas establecidas por el Ministerio de Desarrollo Económico en su documento “Reglamento Técnico del sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS-2000)’’. Adicionalmente se tendrá en cuenta el libro “ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS” del autor Ricardo López cuella.

MARCO LEGAL

Por diseño, obras y procedimientos correspondientes al Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico se entienden los diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la construcción, la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los sistemas de acueducto que se

desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad, durabilidad, funcionamiento adecuado, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro de un nivel de complejidad determinado. (Artículo 3 RAS-2000).

PROYECCION DE LA POBLACION

Para la proyección de la población, se utilizó el método de progresión geométrica, con una tasa de crecimiento del 3,2% anual, dato obtenido de los Informes de diagnóstico del municipio. Se proyectara la población aplicando el método logarítmico a partir del 2013, el método se expresa mediante la siguiente expresión matemática.

kg= ln Pcp−LnPcaTcp−Tpa Ec.1

Dónde:

Kg=Tasa crecimiento

Pcf=Población censo final

Pca=Población censo actual

Tcf=Tiempo censo final

Tca=Tiempo censo actual

NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

El concepto del nivel de complejidad del sistema se determina a través del titulo A del RAS 2000 el cual se ha definido como medio alto debido a que la población aquí residente no se encuentra en estado de desplazamiento y de conflicto interno, y según el DNP la zona se encuentra en estratificación media alta, es así que se lo caracterizo el nivel de complejidad como medio alto para nuestro sistema.

PERIODO DE DISEÑO

El periodo de diseño se define como el periodo de capacidad operativa optima de la obra en cuestión, tanto en el tiempo presente como en la proyección a futuro de la obra. Este periodo depende en gran medida de nuestro nivel de complejidad y para esto tomamos el valor de la tabla B.4.2. Del RAS. (Ver punto 9 del anexo), según el cual nuestro periodo de diseño es 25 años para un nivel medio alto de complejidad.

CLASIFICACION DEL CONSUMO DE AGUA

Teniendo en cuenta el libro de “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados” de Ricardo López Cualla se clasifico el consumo de un habitante día mediante el literal 10 del anexo. Donde queda definido un caudal total de consumo de Q=202767 (Lts/Hab Dia) (véase ítem 10 del anexo).

CAUDAL DE DISEÑO

Con el fin de garantizar un nivel de agua apropiado tanto en épocas de creciente como de estiaje del rio Jamundí se debe obtener un caudal apropiado que supla la demanda requerida para la población de estudio; para obtener este valor se procede mediante:

Dotación neta: La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante en un año sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto. De acuerdo a lo anterior el consumo neto para la población de la parcelación LAS MERCEDES queda expresado como el caudal de dotación total según la tabla de clasificación de consumos (Ítem 10 del anexo) y mediante la ecuación 1.1

Dotneta=Q(consumo total )

86400 Ec.2

Así se establece que la dotación neta para la parcelación las mercedes es de Dn=0.00235 (m3/seg)

Dotación bruta: La dotación bruta debe establecerse según la siguiente ecuación:

Dbruta= Dneta1−P% Ec.3

Donde P= porcentaje de pérdidas que se establecen por cuestión de la tubería y accesorios.

Caudal medio diario: El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

Qmd= P∗Dem.bruta86400 Ec.4

De la ecuación Ec.4 se obtiene un Qmd= 0.00009 M3/Seg. Caudal máximo diario= El caudal máximo diario, QMD, corresponde al

consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1. (Véase literal 11 de anexo).El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación:

QMD=Qmd∗k 1 Ec.5El caudal Máximo diario con un k1 de 1.2entonces queda dado por QMD= 0.00011 M3/Seg.

Caudal máximo horario: El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, (véase literal 12 del anexo) según la siguiente ecuación:

QHD=QMD∗k 2 Ec.6Es así que con un k2 de 1.4 el caudal a manejar es QHD= 0.00016 M3/Seg.

A continuación se presenta una tabla resumen de los caudales a manejar en el proyecto.

Dotacion neta(m3/s)

Dotacion bruta(m3/s)

Qmed diario(m3/s)

Qmax diario(m3/s)

Qmax horario

0.00235 0.00313 0.00009 0.00011 0.00016

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS HIDRAULICOS

Bocatoma de fondo

Son estructuras empleadas para captaciones de pequeñas cantidades de agua en ríos, en las cuales la lámina de agua se reduce considerablemente. El objetivo de este tipo de estructuras es que se puedan proyectar de tal forma que se acomode al lecho del río, procurando que en épocas de caudal mínimo el agua pase por la rejilla. El agua captada mediante la rejilla localizada en el fondo del río, se conduce a una caja de donde la tubería sale al desarenador.

Este tipo de bocatomas constan de lo siguiente:

Una presa para represar el agua, colocada de manera normal a la corriente. Dentro de ella se encuentra el canal de conducción.

Muros laterales de contención para proteger la presa y encauzar el río. El ancho de estos muros depende de la estabilidad estructural; siendo de concreto ciclópeo, el ancho de los muros puede ser de 60 centímetros o menos.

Una rejilla colocada sobre la presa cubriendo la canaleta de aducción. La longitud de la rejilla, y por tanto la del canal de aducción, puede ser menor que la longitud de la presa o del ancho de la garganta, según las necesidades del que se ha de captar. Los barrotes y el marco pueden ser de hierro, con separación entre barrotes de 5 a 10 centímetros y diámetros de ½”, ¾” o 1”.

Un canal de aducción colocado dentro de la presa y debajo de la rejilla. Este recibe agua a través de la rejilla y entrega el agua captada a la cámara de recolección.

Una cámara de recolección de agua situada al final de la canaleta. La sección de este canal puede ser rectangular o semicircular, que por facilidad de construcción se ha de escoger la rectangular.

Un vertedero de excesos dentro de la cámara de recolección, para arrojar al río los excesos de agua que no transporten por la tubería de conducción.

DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO

Diseño de la presa

Para diseñar la bocatoma, se debe verificar en primer lugar que el caudal de diseño sea inferior al caudal mínimo del río en el sitio de captación. La presa y la garganta de la bocatoma se diseñan como un vertedero rectangular con doble contracción. La capacidad de diseño de las obras de captación, para un nivel de complejidad medio alto, debe ser igual a 2 veces el caudal máximo diario.

QMD=2*QMD=2* 0.0= 0.02046 m3/Seg Caudal mínimo del rio>2QMD; esto es 2270 Lts/seg>20.46 Lts/Seg

(Cumple)

Para determinar el valor de la lámina de agua para las condiciones de diseño y para las condiciones máximas y mínimas del río, se aplica la ecuación:

Q=1.84 LH1.5 Ec. 7

Despejando H obtenemos que:

H=¿

Donde

Q= caudal de diseño. H= lámina de agua

L= ancho de la presa debe depender del ancho total de la estructura de captación (numeral B.4.4.5.4 – norma RAS 2000). Se asume un ancho: b = 2.

m. Por lo tanto, la lámina de agua en las condiciones de diseño es: H=¿

La corrección de la longitud del vertimiento por las dos contracciones laterales del vertedero es:

L’=L-0.1*n*H=2-0.1*2*0.035=0.989mts. =1mts

Donde:

N=número de contracciones.

H= Lámina de agua.

L= Ancho de la presa.

L’= longitud corregida.

La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla debe cumplir la relación: 0.3ms <Vr<3

ms

Velocidad del rio sobre la presa:

Vr= QL'∗H

=0.02046 m3

s2m∗0.035m

=0.40ms .

Verificando la relación de velocidad se tiene que:

0.3ms <0.40

ms <3

ms Cumple

Diseño de la rejilla:

El ancho del canal de aducción será:

Xs=0.36(Vr)2/3+0.60H4/7=0.36(0.40)2/3+0.60(0.035)4/7=0.28mts

Xi=0.18(Vr)4/7+0.74H3/4=0.18(0.40)4/7+0.74(0.035)3/4=0.17mts

B=Xs+0.10=0.28+0.10=0.38m=0.40mts.

Donde

Xs=alcance del chorro de agua sobre le filo superior del canal (mts).

Xi=Alcance del chorro de agua sobre el filo inferior del canal (mts).

B= Ancho canal de aducción (mts).

El ancho de la rejilla depende del ancho total de la estructura de captación1. Según literatura especializada, el ancho mínimo de la rejilla es de 0.40 m y la longitud mínima debe ser de 0.70m.

La separación entre los barrotes para ríos caracterizados por el transporte de gravas finas, la separación entre barrotes debe ser entre 20 mm y 40 mm (numeral B.4.4.5.3 – norma RAS 2000).

Barras b= ¾”=1.90 cm Nº Barras= N

Espacios entre barras= a=4cms Nº Espacios= N+1

Se supone una velocidad entre los barrotes de 0.10ms

.

Areaneta=0.02046 m3

s

0.9m∗0.10 ms

=0.227m 2

Lr= An∗(a+b)a∗B

=0.227∗(0.04+0.019)0.04∗0.40

=0.84mts

An= aa+b

B∗Lr= 0.040.04+0.019

0.40∗0.84=0.227 ms

El número de barras N, se calcula a partir del área neta y el ancho de la rejilla.

N= Ana∗B

= 0.2270.04∗0.40

=14.2=15barras

Condiciones finales para la rejilla:

An=a∗B∗N=0.04∗0.4∗15=0.24m 2

Vb= Q0.9∗An

= 0.020460.9∗0.24

=0.095ms<0.2 m

sCumple

Lr= An∗(a+b)a∗B

=0.24∗(0.04+0.019)0.04∗0.40

=0.90mts

Los niveles de agua en el canal de aducción son:

Aguas abajo: Para que la entrega a la cámara de recolección se haga en descarga libre, se debe cumplir que la altura de la lámina de agua a la entrada sea igual a la profundidad crítica de la misma.

he=hc hc=(Q2

g∗B2¿1/3==(

(0.02046m 3/s)29.81m2/s∗(0.40m)2

¿1/3=0.064mts.

Donde :

Q=Caudal dediseño=m 3s

B=Ancho del canal de aducción (m)

G=Aceleración de la gravedad (ms2 )

La velocidad del agua al final del canal será:

Ve=Q

B∗he =0.020460.4∗0.064

=0.8ms

0.3ms<Ve<3m

s 0.3ms<0.8 m

s<3 m

s cumple

Nivel aguas arriba: Asumiendo que todo el volumen de agua es captado al inicio del canal, el nivel de la lámina aguas arriba es obtenido por medio del análisis de cantidad de movimiento en el canal.

ho=√2he2+¿¿Dónde:ho= Profundidad aguas arribahc= profundidad criticahe= profundidad aguas abajoi= pendiente del canalSe asume una pendiente de 2%.Lc=Lr+espesor de muros= 0.90+0.3=1.2mts.

ho=√2 (0.064 )2+¿¿La altura del canal aguas arriba es igual a la suma de la altura de la lámina de agua más un borde libre de 14 cm.Ho=ho+BL=0.08+0.14= 0.0.22mts.He=he+(ho-hc)+iLc+BL=0.064+(0.080-0.064)+0.03*1.2+0.14=0.26m

Diseño de la cámara de recolección: Debido a que la velocidad del agua a la entrada de la cámara cumple con el rango establecido, las dimensiones mínimas de la cámara pueden determinarse con base a las ecuaciones del alcance de chorro del agua, reemplazando los términos por los de la condición de entrada a la cámara. Xs=0.36(Vr)2/3+0.60H4/7=0.36(0.8)2/3+0.60(0.064)4/7=0.43mts

Xi=0.18(Vr)4/7+0.74H3/4=0.18(0.8)4/7+0.74(0.064)3/4=0.25mts

Bcamara=Xs+0.30=0.43+0.30=0.73mts.

De los cálculos hidráulicos se establecen las condiciones mínimas de la cámara de recolección. Sin embargo, es importante determinar que éstas cumplan con estándares de dimensionamiento que faciliten las labores de mantenimiento de la misma. Por lo tanto, la cámara adquiere las siguientes dimensiones:

Ancho=1.5mts Largo=1.5mts B.L=0.30mts

Calculo de la altura de los muros de contención

Debido a que el caudal máximo del rio es de 183.5 Lts/seg, entonces la altura de los muros se determina mediante:

Hmax= (Q max1.84∗L

¿2/3== ((0.1835m 3/s)1.84∗1

¿2/3=0.22mts

Dejando un borde libre de 38cms, entonces la altura de los muros será de 60 cms.

CAUDAL DE EXCESOS

Conociendo el caudal promedio del río 95L/s, se calcula la lámina de agua en estas condiciones

Qprom=Qprom.rio-Qd=0.095 m3/Seg -0.02046 m3/Seg=0.07454 m3/Seg

H= (Q prom1.84∗L

¿2/3== ((0.07454m3/ s)

1.84∗1¿2/3=0.118mts

La capacidad máxima de captación de la rejilla, se puede aproximar al caudal a través de un orificio, a partir de la ecuación:

Qcaptado=Cd*Aneta*√2gH=0.3*0.24 m2*√2∗9.8 ms 2

∗0.118=0.101 m3/Seg

Donde:

Qcaptado=Caudal a través de la rejilla (m3s

)

Cd=Coeficiente de descarga=0.3

Aneta=Área neta de la rejilla (m2)

H=Altura lámina de agua (m)

Qexcesos= Qcaptado-Qd=0.101-0.02046=0.08054 m3/Seg

La altura de la lámina del agua de excesos, se calcula a partir del caudal de excesos obtenido y teniendo en cuenta las dimensiones de la cámara.

Hexcesos= (Q Exceso1.84∗L

¿2/3== ((0.08054m3/ s)

1.84∗1¿2/3=0.12 mts.

Vexcesos== QExcesos

Hexcesos∗Bcamara==

0.08054m3/ s0.12mts∗1.5mts

=0.448mts

Nuevamente se aplican las ecuaciones de alcance de chorro para calcular la posición del muro de la cámara de salida, utilizando los valores de exceso.

Xs=0.36(Ve)2/3+0.60Hex4/7=0.36(0.448)2/3+0.60(0.12)4/7=0.39mts.

Se adiciona un espacio de borde libre de 30 cm, para que no golpee el muro y evitar el deterioro de la estructura.

El vertedero de excesos estará colocado a 0.8 m de la pared de la cámara de recolección.

Calculo de la tubería de excesos

i= 2256.43−2255.68

16.36∗100=4.5%

J=0.045mm

Q=0.2785*CD2.63*J0.54

Despejando el diámetro obtenemos que:

D=( Q0.2785∗C∗J 0.54

)12.63=¿0.175mts=6.9pulg

Aproximando al diámetro comercial 8” con el fin de que la tubería no trabaje a presión.

RED DE DISTRIBUCIÓN

La red matriz está conformada por las tuberías mayores, utilizadas para la distribución de agua potable desde la planta de tratamiento hacia las redes menores del acueducto, estas tuberías son las que conforman las mallas principales.

A partir de la red matriz se distribuye el agua potable hacia las viviendas y establecimientos por medio de redes secundarias o terciarias.

Estudios previos para diseño de la red matriz

Para diseñar la red matriz se debe tener la información necesaria, tomada de estudios previos que se hacen en el lugar donde se ejecutara el proyecto, la información con la que se contó al momento de diseñar el proyecto fue:

Topografía del terreno (anexo 1)

Plano de distribución urbana (anexo 1)

Densidad de población a abastecer = 1620 hab.

Área a abastecer =1.276.499,8877 m2

Características sociales y económicas de la población

Con estos datos se realizó el trazado y se calcularon los parámetros necesarios para el diseño de la red matriz, como lo son caudales de demanda, cotas del terreno, nivel de complejidad del proyecto, presiones mínimas a garantizar en cada nodo, longitud, pendiente y diámetro de la tubería.

Diseño de la red matriz

Para realizar el diseño de la red se establecieron los siguientes parámetros de acuerdo a la información obtenida del RAS-2000 titulo B

Periodo de diseño: 25 años el cual es el adecuado para el nivel de complejidad del proyecto (medio alto) según el RAS-2000 titulo B tabla B.7.1. Literal 13 del anexo.

Caudal de diseño: Caudal máximo diario=10.23 L/s

Presión mínima a garantizar: 15 m la cual es la adecuada para el nivel de complejidad del proyecto (medio alto) según el RAS-2000 titulo B tabla B.7.4. Literal 14 del anexo

Diámetro de los conductos: Se tomó un diámetro inicial de 6 pulgadas, el cual es el diámetro mínimo necesario para el nivel de complejidad dado según el RAS-2000 titulo B tabla B.7.4. Literal 15 del anexo.

Para el trazado de la red se establecieron los siguientes criterios:

-Los conductos principales deben pasar por las zonas de mayor demanda.

-Deben utilizarse en lo posible áreas de carácter público para el recorrido de la red.

-Deben evitarse interferencias con estructuras mayores que causen importantes dificultades técnicas.

-Deben disponerse las tuberías de mayor diámetro formando una red enmallada sin puntos aislados

-Se debe buscar el mínimo costo posible garantizando un óptimo servicio, para esto se debe buscar el menor recorrido posible para los conductos y seleccionar los diámetros adecuados.

Con la información obtenida se realizó la distribución de los caudales por medio del método de Hardy Cross teniendo en cuenta factores económicos al momento de seleccionar los diámetros necesarios y la densidad de la población en cada sector para realizar la distribución inicial de los caudales.

Resultados obtenidos con método de Hardy Cross

CONDICION INICIALMALLA

TRAMO LONGITUD(m) D(pulg.)

Q(L/s) S(m/m) H(m) H/Q DQ

1

1 2 586,75 6 -2,5 0,0001 -0,0846 0,0338 -1,47201 3 479,30 6 7,73 0,0012 0,5589 0,0723 -1,47202 4 544,48 6 -2,5 0,0001 -0,0785 0,0314 -1,47203 4 616,87 6 2 0,0001 0,0588 0,0294 -0,1451

0,4546 0,1669

2

3 4 616,87 6 -2 0,0001 0,0588 -0,0294 0,14513 5 558,83 6 5,73 0,0007 0,3743 0,0653 -1,32694 6 566,10 6 -4,5 0,0004 -0,2424 0,0539 -1,32695 6 805,93 6 3 0,0002 0,1628 0,0543 -3,2613

0,3536 0,1440

3

5 6 805,93 6 -3 0,0002 0,1628 -0,0543 3,26135 7 332,47 6 2,73 0,0002 0,0564 0,0207 1,93456 8 846,09 6 -7,5 0,0011 -0,9329 0,1244 1,93457 8 991,52 6 2,73 0,0002 0,1682 0,0616 1,9345

-0,5454 0,1524

1 ITERACCIONMALLA

TRAMO

LONGITUD(m)

D(pulg.) Q(L/s) S(m/m) H(m) H/Q DQ

1

1 2 586,75 6 -3,97197 0,0003-

0,1994 0,0502-

0,1309

1 3 479,30 6 6,25803 0,0008 0,3779 0,0604-

0,1309

2 4 544,48 6 -3,97197 0,0003-

0,1850 0,0466-

0,1309

3 4 616,87 6 1,85488 0,0001 0,0512 0,0276-

0,82040,0447 0,1847

2

3 4 616,87 6 -1,85488 0,0001 0,0512-

0,0276 0,82043 5 558,83 6 4,40315 0,0004 0,2298 0,0522 0,6896

4 6 566,10 6 -5,82685 0,0007-

0,3911 0,0671 0,6896

5 6 805,93 6 -0,26131 0,0000 0,0018-

0,0068 0,8534-

0,1084 0,0849

3

5 6 805,93 6 0,26131 0,0000 0,0018 0,0068-

0,8534

5 7 332,47 6 4,66446 0,0005 0,1521 0,0326-

0,1638

6 8 846,09 6 -5,56554 0,0006-

0,5369 0,0965-

0,1638

7 8 991,52 6 4,66446 0,0005 0,4537 0,0973-

0,16380,0707 0,2331

2 ITERACCIONMALLA

TRAMO

LONGITUD(m)

D (pulg.) Q(L/s) S(m/m) H(m) H/Q DQ

1

1 2 586,75 6 -4,10286 0,0004-

0,2117 0,0516 0,08431 3 479,30 6 6,12714 0,0008 0,3634 0,0593 0,0843

2 4 544,48 6 -4,10286 0,0004-

0,1964 0,0479 0,08433 4 616,87 6 1,03443 0,0000 0,0174 0,0168 0,1612

-0,0274 0,1756

2

3 4 616,87 6 -1,03443 0,0000 0,0174-

0,0168-

0,1612

3 5 558,83 6 5,09271 0,0005 0,3009 0,0591-

0,0769

4 6 566,10 6 -5,13729 0,0005-

0,3097 0,0603-

0,0769

5 6 805,93 6 0,59206 0,0000 0,0081 0,0136-

0,05520,0165 0,1162

3

5 6 805,93 6 -0,59206 0,0000 0,0081-

0,0136 0,0552

5 7 332,47 6 4,50064 0,0004 0,1424 0,0316-

0,0218

6 8 846,09 6 -5,72936 0,0007-

0,5665 0,0989-

0,0218

7 8 991,52 6 4,50064 0,0004 0,4246 0,0943-

0,02180,0085 0,2112

3 ITERACCIONMALLA

TRAMO

LONGITUD(m)

D (pulg.) Q(L/s)

S(m/m) H(m) H/Q DQ

11 2 586,75 6

-4,0186 0,0003 -0,2037 0,0507

-0,0082

1 3 479,30 6 6,2114 0,0008 0,3727 0,0600-

0,00822 4 544,48 6 -

4,01860,0003 -0,1890 0,0470 -

0,0082

3 4 616,87 6 1,1957 0,0000 0,0227 0,0190 0,00880,0027 0,1767

2

3 4 616,87 6-

1,1957 0,0000 0,0227 -0,0190-

0,0088

3 5 558,83 6 5,0158 0,0005 0,2925 0,0583-

0,0169

4 6 566,10 6-

5,2142 0,0006 -0,3184 0,0611-

0,0169

5 6 805,93 6 0,5369 0,0000 0,0067 0,0125-

0,02170,0035 0,1129

3

5 6 805,93 6-

0,5369 0,0000 0,0067 -0,0125 0,02175 7 332,47 6 4,4789 0,0004 0,1411 0,0315 0,0048

6 8 846,09 6-

5,7511 0,0007 -0,5705 0,0992 0,00487 8 991,52 6 4,4789 0,0004 0,4208 0,0940 0,0048

-0,00189

0,21213

RESULTADOS FINALES

TRAMO

LONGITUD(m)

DIAMETRO (pulg.)

CAUDAL(L/s)

VELOCIDAD(m/s)

CAIDA H

COTA INICIAL

COTA FINAL

PIEZOMETRI

INICIAL

1 2 586,75 6 4,0104 0,21990,202

9 2240 2232

1 3 479,3 6 6,2196 0,34100,373

6 2240 2239

2 4 544,48 6 4,0104 0,21990,188

3 2232 2230,7

3 4 616,87 6 1,0505 0,05760,017

9 2239 2230,7

3 5 558,83 6 5,1691 0,28340,309

3 2239 2239,6

4 6 566,1 6 5,0609 0,27740,301

3 2230,7 2230

5 6 805,93 6 0,6463 0,03540,009

5 2239,6 2230

5 7 332,47 6 4,5228 0,24790,143

7 2239,6 2239,6

6 8 846,09 6 5,7072 0,31290,562

5 2230 2230

7 8 991,52 6 4,5228 0,24790,428

5 2239,6 2230

Con estos resultados ya se puede realizar el diseño final para la red de distribución con los caudales, presiones y diámetros obtenidos.

Formulas utilizadas para calcular las diferentes variables

S=¿ H=S∗L DQ=∑ H

1.85∑ HQ

V=QA Cota piezometricafinal=Cota piezometrica inicial−H

Presion=Cota piezometrica final−cota delterrreno

Accesorios

-No codos: 9

-No válvulas de corte: 18

-No Tees: 4

Parámetros de construcción

Material de la tubería: Polivinilo de cloruro (PVC)

Ubicación: los conductos se deben localizar en los costados norte y oriente de las calles y carreras.

Profundidad: La profundidad a la que debe colocarse la tubería, medida desde la clave hasta la superficie del terreno debe ser como mínimo de 1m y máximo 1.5m

Q: L/S V: m/s D: pulgadas P: mca.

Se muestra la gráfica de los parámetros en el literal 16 del anexo.

CONDUCCIÓN

Se diseño una conducción para con el fin de transportar el agua potable desde el tanque de almacenamiento hacia la red de distribución, la cual opera a presión por acción de la fuerza de gravedad.

Estudios previos para el diseño de la conducción

Para el diseño de la conducción fue necesario tener un conocimiento previo de datos como:

-Plano topográfico

-Caudal de diseño

-Presión mínima a garantizar

-Coeficiente de rugosidad de la tubería

Diseño de la conducción

Para el diseño de la conducción se utilizó la ecuación de Hazen-Willians tomando como coeficiente de rugosidad un valor de C=150 dado para el polivinilo de cloruro (PVC), tomando como criterio para la selección del diámetro un valor que garantizara una presión mínima de 15 mca para la red de distribución, buscando también que fuera la alternativa mas económica posible.

El trazado se realizo siguiendo los criterios encontrados en el RAS-2000 titulo B, buscando el camino mas corto y mas directo de modo que se evitara la adición de accesorios que causen importantes perdidas de energía.

S=¿

Presion=Cota piezometrica final−cota delterrreno

Cota piezometrica final=Cota piezometrica inicial−H

Resultados obtenidos

COTA COTA LONGIT D(pul J(m/m) H( COTA COTA PRESIO

SUPERIOR(m)

INFERIOR(m)

UD DE LA TUBERIA(m)

g.) m)PIEZOMET

RICA INICIAL (m)

PIEZOMETRICA

FINAL(m)N(m)

2255,682240,0

0 370,54 8,000,0004

8260,1

8 2255,68 2255,50 15,50

Parámetros de construcción

Material de la tubería: Polivinilo de cloruro (PVC)

Profundidad: La tubería debe colocarse por debajo de la línea piezometrica, para garantizar su correcto funcionamiento en condiciones de presión, además debe estar enterrada mínimo 0.6 metros en el terreno y cuando pase por lugares con altas cargas externas se debe enterrar a una distancia de mínimo 1.0 m.

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

En base al nivel de complejidad y características del proyecto se vio la necesidad de diseñar un tanque de almacenamiento, con capacidad para almacenar agua potable en momentos en que el consumo por parte de la población sea menor al suministro dado, para posteriormente distribuirla cuando la demanda aumente.

Estudios previos para el diseño del tanque de almacenamiento

Para el diseño del tanque de almacenamiento fue necesario contar con los datos de consumo para las 24 horas del día, esto con la finalidad de obtener las curvas de consumo y consumo acumulado. Las gráficas representativas del consumo se encuentran en los literales 17-18 del anexo

Hora

ConsumoQ(L/h)Habitante

Consumo

Q(L/h)Poblacion

Consumo Q(L/hab.)acumulado

Consumo Q(m3/hab.)acumulado

0 0,5 1309 1309 1,3091 0,5 1309 2618 2,6182 2 5236 7854 7,8543 2,2 5759,6 13613,6 13,61364 2,5 6545 20158,6 20,15865 7 18326 38484,6 38,48466 7,5 19635 58119,6 58,11967 16 41888 100007,6 100,00768 16 41888 141895,6 141,89569 18 47124 189019,6 189,0196

10 19,5 51051 240070,6 240,070611 20 52360 292430,6 292,430612 17 44506 336936,6 336,936613 8 20944 357880,6 357,880614 10 26180 384060,6 384,060615 11 28798 412858,6 412,8586

16 11,5 30107 442965,6 442,965617 12 31416 474381,6 474,381618 15 39270 513651,6 513,651619 16 41888 555539,6 555,539620 10 26180 581719,6 581,719621 8 20944 602663,6 602,663622 7 18326 620989,6 620,989623 1 2618 623607,6 623,607624 0,5 1309 624916,6 624,9166

Diseño del tanque

A partir de la curva de consumo acumulado se obtuvo el volumen del tanque sumando los volúmenes máximos de déficit y de exceso.

Volumen del tanque de almacenamiento (m3)

160 60 100580 520 60

160Para el dimensionamiento se utilizó la siguiente ecuación

h=V /3+k; ab=n+12n donde n=1 y k=2 de acuerdo con la siguiente tabla

Volumen de almacenamiento en cientos de m3 K h(m) a/b

a*b(m2)

a(m)

b(m)

1,6 2 2,5 1 64 8 8

RECOMNDACIONES DE MANTENIMIENTO

Recomendaciones de mantenimiento.

Es notable que las partes principales de la bocatoma sean: la presa, los muros de encauzamiento y la rejilla de captación. En consecuencia hay que tener en cuenta que, la presa o barraje, aunque necesita poco mantenimiento, debe estar libre de de

rajaduras o filtraciones, de vegetación, arenas y piedras, por lo cual es necesario considerar el retiro de estos últimos materiales, especialmente en épocas de lluvias.

La existencia de rajaduras o filtraciones en la presa se pueden observar mejor en época de estiaje. Durante esta temporada se deben realizar los trabajos de resane; de no ser posible, se debe impermeabilizar temporalmente la filtraciones con sacos de arena.

La rejilla de captación es el punto donde el agua deja el río para irse por el canal, por lo cual es necesario inspeccionar esta rejilla regularmente en épocas de estiaje y diariamente en épocas de avenidas; ya que sabemos que dentro de sus funciones esta evitar el paso algunos materiales flotantes, los cuales pueden quedar atrapados en las rejas, bloqueando el paso del agua. Los desfogues y rebosaderos que formar parte de la bocatoma también deben ser inspeccionados periódicamente para detectar daños que podrían ocurrir con el tiempo, como rajaduras o deslizamientos de la cimentación, que deben ser reparados rápidamente, pues los daños podrían extenderse y ser causa de costosas reparaciones.

ANEXO

1. Localización territorial de la parcelación LAS MERCEDES.

Topografía

2. Gráfica del crecimiento poblacional teniendo en cuenta el periodo de retorno de la obra a ejecutar.

2010 2015 2020 2025 20300

50010001500200025003000

Crecimiento poblacionalacueducto

Crecimiento de poblacion

Años

Pobl

acio

n

3. Localización geográfica.

Distribución urbana

4. Tabla de demanda del uso agrícola en el rio Jamundí.

5. Tabla uso industrial rio Jamundí.

6. Tabla demanda ambiental del rio Jamundí.

1 este método se obtuvo del libro Diseño de elementos para acueductos y alcantarillados de López Cualla Ricardo. Ed 1 2 el periodo de diseño se obtuvo del libro Diseño de elementos para acueductos y alcantarillados de López Cualla Ricardo. Ed 1

7. Tabla de precipitación del rio Jamundí.

8. Tabla de enfermedades hídricas (Fuente O.P.S).

9. Tabla B.4.2 clasificación del periodo de diseño

10. Tabla de clasificación de consumos.

Consumo ItemConsumo (L/habdia)

Número total de habitantes total

Domestico Aseo personal 45 1620 72900

Descarga de sanitarios 40 1620 64800lavado de ropa 20 1620 32400cocina 15 1620 24300riego de jardines 10 405 4050lavado de pisos 5 405 2025piscinas 60 37 2220

Incendios demanda contra incendios 5 3 15


publico riego de parques 9 3 27escuelas < a 20 estudiantes 2 15 30

total consumo

202767

11. Tabla par el coeficiente k1 según el nivel de complejidad del sistema para caudal máximo diario QMD.

12. Tabla par el coeficiente k2 según el nivel de complejidad del sistema para caudal máximo horario QHM.

13.14.

15.


16.

17. Distribución de la red


18. Grafica de consumo

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

5

10

15

20

25

CURVA DE CONSUMO

Hora

Caud

al (l

/h) p

or h

abita

nte

19. Grafica de consumo acumulado


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