ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA

Para la estimación de la población empleada para el cálculo del caudal de

Diseño se hizo uso de los censos de los años 1936, 1951,1964 y1993.

La proyección se realizó mediante el método aritmético mediante las siguientes

ecuaciones

PF=Pf + R *años proyectados

R=𝑃𝑓−𝑃𝑖

𝑇𝑓−𝑇𝑖=

Donde

PF=población futura

R= rata de crecimiento

Pf=población del último censo

Pi=población del censo inicial

Tf=tiempo del último censo

Ti=tiempo

AÑO POBLACIÓN (Hab)

1936 1800

1951 2430

1964 3364

1993 8030

Remplazando valores para obtener la rata de crecimiento

R1=2430𝐻𝑎𝑏−1800𝐻𝑎𝑏

1951𝑎ñ𝑜−1936 𝑎ñ𝑜= 42 Hab/año

R2=3364 𝐻𝑎𝑏−2430 𝐻𝑎𝑏

1964 𝑎ñ𝑜−1951 𝑎ñ𝑜= 71 Hab/año

R2=8030 𝐻𝑎𝑏−3364 𝐻𝑎𝑏

1964 𝑎ñ𝑜−1951 𝑎ñ𝑜= 160.89 Hab/año

R (promedio)=42

𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜+71

𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜+160.89

𝐻𝑎𝑏

𝑎ñ𝑜

3 = 91.24 Hab/año

Remplazando valores para obtener la población futura

PF= 8030 Hab + (91.24 Hab/año * 25 años)

PF= 10312 Hab

NIVEL DE COMPLEJIDAD

De acuerdo al RAS, Numeral A.3.1, Niveles de Complejidad del Sistema, se establece

que según la población proyectada éste se ubica en un Nivel de Complejidad Medio.

DOTACIÓN NETA

La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las

necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema

de acueducto.

Consumo doméstico = 160 litros/habitantes/dia

Consumo escolar = 40 litros/habitantes/dia

Consumo público = 91 litros/habitantes/dia

Consumo industrial= 0.8 litros/habitantes/dia

Consumo comercial = 0.4 litros/habitantes/dia

Perdidas= 20%

Dotación neta total = 210.2 litros/habitantes/dia

CONSUMO TOTAL

El consumo total de la población se determina a partir d la siguiente expresión B.2.1 del

ras

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1−%𝑃

Donde

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎= dotación para la población proyectada

𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎 = dotación de la población actual

%𝑃 = porcentaje de perdidas

Remplazando valores

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 210.2 litros/habitantes/dia

1−0.2

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎= 262 litros/habitantes/dia

DEMANDA

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+𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400

Remplazando valores

𝑄𝑚𝑑 = 10312+262

86400

𝑄𝑚𝑑 =31.3 l/s

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

El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación:

𝑄𝑀𝐷= 𝑄𝑚𝑑 *k1

𝑄𝑀𝐷= 33.1*1.30

𝑄𝑀𝐷= 40.7 l/s

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 B.2.7.5) según la siguiente ecuación

𝑄𝑀𝐻= 𝑄𝑀𝐷 *k2

𝑄𝑀𝐻= 40.7 l/s *1.60

𝑄𝑀𝐻= 65.1 l/s

CAUDAL DE DISEÑO

Con el fin de diseñar las diferentes estructuras hidráulicas del sistema d acueducto, es

necesario calcular el caudal apropiado, el cual debe combinar las necesidades de la

población e diseño y los costos e la construcción de un acueducto para un caudal excesivo.

Normalmente se trabaja con tres tipos de caudales

Caudal medio diario

Caudal máximo diario

Caudal máximo horario

Cundo se dispone de un sistema de regulación de caudal como un tanque de

almacenamiento, las estructuras de acueducto se diseñan con el caudal máximo diario, en

caso contrario se debe diseñar todo el acueducto con el caudal máximo horario lo cual

pertenece a nuestro diseño

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜= 65.1 l/s

DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO

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 se supone un

ancho de presa de 3.00 m

Caudales del rio

Q mínimo (rio)= 150 l/s

Q Medio (rio)=450 l/s

Q Máximo (rio)= 800 l/s

Verificación

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 < 𝑄𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑖𝑜

65.1 l/s < 150 l/s

Ok

DISEÑO GARGANTA DE BOCATOMA

Debe depender del ancho total de la estructura de captación. Se asume un ancho:

L=3.00m. Por lo tanto, la lámina de agua en las condiciones de diseño es:

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜= 1.84 *L*𝐻3

2 despejando H obtenemos

H= (𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜

1.8∗𝐿)

2

3

Donde

L= ancho de presa

H = lamina de gua en las condiciones de diseño

Remplazando valores

H= (0.0651 𝑚3/𝑠

1.8∗3.00)

2

3

H=0.052 m

Corrección por contracción

A causa de la existencia de las contracciones laterales de las contracciones laterales se

debe hacer la correspondiente corrección e la longitud de vertimiento, según lo indicado

por la siguiente ecuación

𝐿𝐼= L – 0.1*n*H

Donde

𝐿𝐼=longitud corregida debido las contracciones

n= número de contracciones

H= lamina de gua en las condiciones de diseño

Remplazando valores obteneos

𝐿𝐼= 3m – 0.1*2*0.052m

𝐿𝐼= 2.98 m

Velocidad del rio sobre la presa

V (rio sobre la presa) = 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜

𝐿𝐼∗𝐻

V (rio sobre la presa) = 0.0651 𝑙/𝑠

2.98 𝑚∗0.052 𝑚

V (rio sobre la presa) =0.42 m/s

La velocidad debe cumplir con la siguiente condición

0.3 m/s <velocidad del rio sobre la presa < 3.0 m/s

0.3 m/s < 0.42 m/s < 3.3 m/s

Ok

DISEÑO DE LA REJILLA Y EL CANAL DE ADUCCIÓN

El ancho del canal d aducción (B) se calcula a partir de las ecuaciones del alcance de

chorro

Xs= 0.36*V𝑟2

3 +0.60*𝐻4

7

Xi= 0.18*V𝑟4

7 +0.74*𝐻3

4

B= Xs + 0.10

Donde

Xs= alcance filo superior (m)

Xi = alcance filo inferior (m)

Vr= velocidad de rio sobre la presa (m/s)

H= profundidad de la lámina de agua sobre la presa (m)

B= ancho del canal de aducción (m)

Remplazando valores obtenemos

Xs= 0.36*0.422

3 +0.60 * 0.0524

7

Xs =0.302 m

Xi= 0.18*0.424

7 +0.74*0.0523

4

Xi= 0.19 m

B= 0.302 +0.10

B= 0.402 se adopta 0.40 por comodidad de trabajo

REJILLA

Se adoptan barrotes de 5/8 (0.0159 m), con un a separación de 5 cm entre ellos, por otra

parte se supone una velocidad entre barrotes de 0.2 m/s

An = 𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜

0.9∗𝑉𝑏

Lr = 𝐴𝑛(𝑎+𝑏)

𝑎∗𝐵

Donde

An = área neta de la rejilla (m)

Vb = velocidad entre barrotes (máxima de 0.2 m/s, para disminuir el arrastre de solidos

hacia la rejilla)

a = separación entre barrotes (m)

b = diámetro de barrotes (m)

Remplazando valores obtenemos

An = 0.0651

0.9∗02

An = 0.36 m2

Lr = 0.36(0.05+0.0159)

0.05∗0.40

Lr =1.18 m se adopta 1.20 m

Recalculando

An = 𝑎

𝑎+𝑏∗ 𝐵 ∗ 𝐿𝑟*2

An = 0.05

0.05+0.0159∗ 0.40 ∗ 1.20*2 (asumiendo u factor de seguridad de 2)

An = 0.76 m

El número de orificios es

N= 𝐴𝑛

𝑎∗𝐵

N= 0.76

0.05∗0.40

N= 38 orificios

Separados cada 5 cm

Los niveles de agua en el canal de aducción

Aguas abajo

he = hc = (𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜2

𝑔∗ 𝐵2 )1

3 = (0.06512

9.81∗ 0.402)1

3 = 0.14 m

Aguas arriba

L canal = L rejilla + espesor del muro = 2.40 + 0.3 = 2.70

Se adopta una pendiente, i de 3 %

ho = [2 ∗ ℎ𝑒2 + (ℎ𝑒 − 𝑖∗𝐿𝑐

3)

1

2 −2

3∗ 𝑖 ∗ 𝐿𝑐]

ho = [2 ∗ 0.142 + (0.14 − 0.03∗2.70

3)

1

2 −2

3∗ 0.03 ∗ 2.70]

ho =0.15 m

La altura total de los muros del canal de aducción es

Borde e libre en función del cauda con revestimiento= 0.10

Ho = ho + BL (borde libre) =0.15+0.10 =0.35 m

He = Ho + i * Lc = 0.35 +0.03*2.70= 0.43

Velocidad al final del canal

Ve= 𝑄 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜

𝐵∗ℎ𝑒 Ve=

0.0651

0.40∗0.14 = 1.16 m/s

0.3 m/s < 1.16 m/s < 3.0 m/s

Ok

DISEÑO DE LA CÁMARA DE RECOLECCIÓN

Xs= 0.36*V𝑒2

3 +0.60*ℎ𝑒4

7

Xs= 0.36*1.162

3 +0.60*0.144

7

Xs=0.60 m

Xi= 0.18*𝑣𝑒4

7 +0.74*ℎ𝑒3

4

Xi= 0.18*1.164

7 +0.74*0.143

4

Xi= 0.42 m

B= 0.60+0.10

B=0.70 m

Por facilidad de acceso y mantenimiento se adopta un cámara de 1.30 m (en el sentido de

Bcamara) por 2.5 m de lado

Calculo de la altura de los muros de contención

Tomando el caudal máximo del rio de 0.8 m3/s, la altura de la lámina de agua en la

garganta de la bocatoma es

H= (𝑄𝑀 𝑟𝑖𝑜

1.8∗𝐿)

2

3

H= (0.8

1.8∗3)

2

3

H= 0.27 m

CALCULO DEL CAUDAL DE EXCESOS

Se calcula mediante el caudal promedio

Qpromedio= Q promedio del rio –Q de diseño

Qpromedio= (0.150 m3/s+0.450 m3/s + 0.800 m3/s

3 ) –0.0651 m3/s

Qpromedio=0.40 m3/s

Altura de lámina de agua en la garganta y caudal de excesos

H= (𝑄 𝑝𝑟𝑜𝑚

1.8∗𝐿)

2

3

H= (040

1.8∗3)

2

3

H=0.27 m

Qcaptado = Cd* An*√2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻

Qcaptado = 0.3* 0.76*√2 ∗ 9.81 ∗ 0.27

Qcaptado = 0.52 m3/s

Qexcesos =Qcaptado – Qdiseño

Qexcesos =0.52 - 0.0651

Qexcesos = 0.46 m3/s

Las condiciones en el vertedero de excesos serán

Hexceso = (𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜

1.84∗𝐵 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎)

2

3

Hexceso = (0.46

1.84∗1.30)

2

3

Hexceso = 0.33 m

Vexceso= 𝑄𝑒𝑥𝑐

𝐻𝑒𝑥𝑐∗𝐵𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎

Vexceso= 0.46

0.33∗1.30

Vexceso= 1.07 𝑚/𝑠

Xs= 0.36*V𝑒2

3 +0.60*ℎ𝑒4

7

Xs= 0.36*1.072

3 +0.60*0.334

7

Xs= 0.70 m

El vertedero de excesos estará colocado a 1 m (070 m + 0.3 m) de la pared aguas debajo

de la cámara de recolección, quedando aguas arriba del mismo una distancia de 1.5 m

(2.5 m -1 m).

CALCULO DE LA TUBERÍA DE EXCESOS

Calculo de cotas

Fondo del rio en la captación = 100.00

Lamina de la presa

Diseño =100.00 + 0.052 =100.52

Máxima =100.00 + 0.27 =100.27

Promedio =100.00 + 0.17 =100.17

Corona de los muros de contención =100.00 +0.43 = 100.43

Canal de aducción

Fondo aguas arriba = 100.00 – 0.35 = 99.65

Fondo aguas abajo = 100.00 – 0.43 = 99.57

Lamina aguas arriba = 100.00 – 0.10 = 99.90

Lamina aguas abajo = 100.00 – 0.29 = 99.71

Cámara de recolección

Lámina de agua = 99.57 – 0.10 = 99.47

Cresta del vertedero de excesos = 99.47 – 0.33 = 99.12

Fondo = 99.12 – 0.40 = 98.72

Se adopta en esta etapa del diseño un valor de 40 cm, correspondientes a las perdidas en

la aducción de la bocatoma al desarenador. Este valor deberá ser corregido al momento

de hacer el diseño de la aducción

Tubería de excesos

Cota de entrada = 98.72

Cota del rio en la entrada = 97.65 (valor supuesto del plano topográfico del rio)

RESULTADOS DE DISEÑO

5/8

1.3

0

2.4

0

3.00

1.0

0

1.5

2.7

0

100.60

100.27

1.3

99.65

100.052

100.17

99.12

99.47

98.72

99.57

100.43

99.57

0.43

98.72

0.14

0.10

0.24

2.40

2.70

99.57

0.10

0.15

99.65 0.43

0.08

0.01

DISEÑO BOCATOMA DE FONDO

ALUMNOS

JOSE BUILES MOSCOTE

FABIÁN CANALES MARTÍNEZ

CRISTIAN JESÚS MÉNDEZ FUENTES

LUIS FERNANDO BARROS LÓPEZ

HUMBERTO PEÑARANDA

ING CIVIL

CATEDRÁTICO

UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

VIII SEMESTRE

RIOHACHA, LA GUAJIRA

2013